Life cycle assessment of 2G bioethanol production from residual lignocellulosic biomass

Bárbara Clemente Correia

Key information

Authors:

Bárbara Clemente Correia (Bárbara Clemente Correia)

Supervisors:

Henrique Aníbal Santos de Matos (Henrique Aníbal Santos de Matos); Tiago Filipe Francisco Lopes (Tiago Filipe Francisco Lopes)

Published in

November 24, 2024

Abstract

O presente estudo analisou a produção de bioetanol a partir de duas biomassas: biomassa florestal residual (BFR) de eucalipto e palhas de milho. Inicialmente, realizou-se a simulação do processo no Aspen Plus, seguida do dimensionamento dos equipamentos e análise económica. Posteriormente, realizou-se a Análise de Ciclo de Vida (ACV) recorrendo ao software SimaPro e ao método Environmental Footprint 3.0. A análise económica permite estudar a viabilidade económica da biorrefinaria e inclui os custos do equipamento e de produção e a determinação do Valor Atual Líquido (VAL). Concluiu-se que a biorrefinaria não é economicamente viável ao preço de mercado considerado do bioetanol (824 €/ton, 0.65 €/L). O preço mínimo de venda para o processo ser rentável é 2.19 €/L e 2.45 €/L para a BFR de eucalipto e palhas de milho, respetivamente. Realizaram-se análises de sensibilidade ao preço do bioetanol pela redução dos custos das utilidades e equipamento. Estudou-se a integração energética, a venda do melaço obtido no pré-tratamento e a produção de enzima in situ. A ACV avalia os impactos ambientais associados à produção de bioetanol 2G. A produção a partir de BFR de eucalipto resulta num impacto de 0.264 kg CO2 eq/MJ etanol enquanto as palhas de milho apresentam um impacto de 0.254 kg CO2 eq/MJ etanol na categoria de Alterações Climáticas. Analisaram-se os impactos da produção de enzima, integração energética e utilização de energias renováveis. A combinação da produção de enzima com recurso a energias renováveis diminui as emissões de CO2 equivalente em 89% para as duas biomassas. The present study analyzed the production of second-generation (2G) bioethanol from two types of residual biomass: eucalyptus residual forest biomass (RFB) and corn stover. Initially, the process was simulated using the Aspen Plus software, followed by equipment design and economic analysis. Subsequently, the Life Cycle Assessment (LCA) of the process was carried out using the SimaPro software and the Environmental Footprint 3.0 method. The economic analysis studies the biorefinery's economic viability, including equipment and production costs, and determines its Net Present Value (NPV). The results showed that at the considered market price of bioethanol (824 €/ton, 0.65 €/L), the biorefinery is not economically feasible. In the base scenario, the minimum ethanol selling price for the process to become profitable is 2.19 €/L and 2.45 €/L for eucalyptus RFB and corn stover, respectively. Sensitivity analyses were carried out on the price of bioethanol with the reduction in utility and equipment costs. Additionally, the heat integration of selected processes, the sale of molasses from biomass pretreatment and in situ enzyme production were studied. The LCA evaluated the environmental impacts associated with bioethanol production. Bioethanol production from eucalyptus RFB results in an impact of 0.264 kg CO2 eq/MJ ethanol while the use of corn stover results in 0.254 kg CO2 eq/MJ ethanol. The impacts of enzyme production, energy integration and use of renewable energy were analyzed. The combination of enzyme production with the use of renewable energy makes it possible to reduce CO2 emissions by 89% for both biomasses.