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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Otimização do processo de fermentação escura da vinhaça da cana-de-açúcar para produção de hidrogênio de baixo carbono
Autor(es): Santos, Adrielle Silva dos
Data do documento: 24-Fev-2026
Orientador: Bispo, Diego Fonseca
Coorientador: Maciel, Samia Tássia Andrade
Resumo: A produção de energia sustentável ganhou destaque na atualidade devido a intensificação das mudanças climáticas frente ao uso predominante dos combustíveis fósseis. Mediante esse cenário, a transição energética para uma matriz composta majoritariamente por fontes renováveis tem aumentado, e entre os caminhos seguidos para essa mudança destaca-se a produção de hidrogênio, considerada uma fonte limpa de energia e um vetor energético promissor, especialmente quando produzido a partir de resíduos orgânicos por processos biotecnológicos. O presente estudo teve como objetivo otimizar o processo de fermentação escura visando a maximização da produção fermentativa de hidrogênio a partir do uso da vinhaça da cana-de-açúcar como substrato e lodo de esgoto como inóculo. Foram aplicados pré-tratamentos para potencializar a atividade dos microrganismos produtores de hidrogênio e maximizar a disponibilidade de açúcares facilmente fermentáveis no sistema reacional. O substrato foi submetido a um pré-tratamento ácido auxiliado por ultrassom (pH, temperatura e tempo de sonicação) e o lodo de esgoto a um pré-tratamento ácido/térmico e incubação por 24 horas (pH- 3,0 e incubação a 55°C), ambos os resíduos foram caracterizados quanto aos parâmetros físico-químicos. As fermentações foram processadas em um biorreator anaeróbio de 7,5L, sendo delineado um planejamento fatorial (23 ) das variáveis a serem otimizadas, pH, temperatura e proporção volumétrica de substrato/inóculo. A quantificação dos gases foi realizada por um cromatógrafo gasoso (GC-TCD/FID) a partir do método cromatográfico desenvolvido e validado nesse estudo. Os resultados obtidos atestaram o elevado potencial energético da vinhaça, decorrente da alta carga de matéria orgânica biodegradável, bem como a eficiência do pré-tratamento no aumento da biodegradabilidade e disponibilidade de açúcares. A partir do planejamento fatorial as condições otimizadas para as variáveis foram: pH- 5,5; temperatura-55°C; proporção volumétrica de substrato/inóculo- 50%, proporcionando uma produção máxima de 1104,4 N mL H₂ L⁻¹substrato. Através do ensaio de validação sobre as condições otimizadas foi obtida uma produção máxima específica de e 1158,6 N mLH2 L -1 substrato e uma produção acumulada de 3267,6 N mLH2 L -1 substrato ao longo do processamento da reação. Esses resultados demonstram que a integração entre os pré-tratamentos e condições otimizadas das variáveis operacionais potencializam o processo de fermentação escura e maximizam a produção de hidrogênio, e que a rota proposta pode ser considerada como uma alternativa complementar à rota convencional de produção de hidrogênio.
Abstract: Sustainable energy production has gained prominence in recent years due to the intensification of climate change resulting from the predominant use of fossil fuels. In this context, the transition toward an energy matrix composed mainly of renewable sources has increased, and among the pathways pursued for this shift, hydrogen production stands out. Hydrogen is considered a clean energy source and a promising energy carrier, especially when produced from organic residues through biotechnological processes. The present study aimed to optimize the dark fermentation process in order to maximize fermentative hydrogen production using sugarcane vinasse as the substrate and sewage sludge as the inoculum. Pretreatments were applied to enhance the activity of hydrogen-producing microorganisms and to maximize the availability of readily fermentable sugars in the reaction system. The substrate was subjected to an acid pretreatment assisted by ultrasound (pH, temperature, and sonication time), while the sewage sludge underwent an acid/thermal pretreatment followed by incubation for 24 hours (pH 3.0 and incubation at 55 °C). Both residues were characterized in terms of their physicochemical parameters. Fermentations were carried out in a 7.5 L anaerobic bioreactor, and a factorial experimental design (2³) was employed to optimize the variables pH, temperature, and substrate/inoculum volumetric ratio. Gas quantification was performed using a gas chromatograph (GC-TCD/FID) based on the chromatographic method developed and validated in this study. The results confirmed the high energy potential of vinasse, resulting from its high load of biodegradable organic matter, as well as the efficiency of the pretreatment in increasing biodegradability and sugar availability. Based on the factorial experimental design, the optimized conditions for the variables were: pH 5.5, temperature 55 °C, and substrate/inoculum volumetric ratio of 50%, resulting in a maximum hydrogen production of 1104.4 N mL H₂ L⁻¹ substrate. Through the validation assay conducted under the optimized conditions, a maximum specific hydrogen production of 1158.6 N mL H₂ L⁻¹ substrate and an accumulated hydrogen production of 3267.6 N mL H₂ L⁻¹ substrate were obtained throughout the reaction process. These results demonstrate that the integration of pretreatments and optimized operational conditions enhances the dark fermentation process and maximizes hydrogen production, indicating that the proposed route can be considered a complementary alternative to the conventional hydrogen production pathway. Keywords: Sustainability, energy transition, biohyd
Palavras-chave: Sustentabilidade
Transição energética
Bio-hidrogênio
Energia limpa
Fermentação anaeróbia
Sustainability
Energy transition
Biohydrogen
Clean energy
Anaerobic fermentation
área CNPQ: ENGENHARIAS
Agência de fomento: Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Ambientais
Citação: SANTOS, Adrielle Silva dos. Otimização do processo de fermentação escura da vinhaça da cana-de-açúcar para produção de hidrogênio de baixo carbono. 2026. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências Ambientais) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25248
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia e Ciências Ambientais

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