Sandra I. Maintinguer

Produção biológica de biogás e reaproveitamento de resíduos

• 90% energia – combustíveis fósseis• Recurso energético limitado• Emissões COx,, NOx, SOx, CxHx, fuligem, cinzas (proc. combustão)

Cenário Mundial

RESIDUOS NO AMBIENTE

Esgotos sanitários;

Efluentes industriais;

Chorume em aterros;

Processos de baixo custo!

Processos Fermentativos

Vantagens:

(a) Produção biogáselevadas

(b) H2 CH4ininterruptamente

(c) Final do processo gerações produtos valor agregado (ácidos graxos e álcoois)

(d) possuem taxa de crescimento de microrganismos que supre a produção do sistema

VANTAGEM ENERGÉTICA do Biogás

-elevado calor de combustão

- H2 142 kJ/g

CH4 56 kJ/g

Gasolina 48 kJ/g

Etanol 27 kJ/g

- reaproveitamento resíduos

combustíveis ambientalmente sustentáveis

Resolução ANP 8 30/01/2015

....“recuperação energética do biometanogerados por processos anaeróbios

resíduos orgânicos agrossilvopastoris e comerciais destinados ao uso veicular e às instalações residenciais e comerciais, de

origem nacional, a ser comercializadoem todo o território nacional”......

Governo Brasileiro (Ministério de Minas e Energia - MME) Planos introduzir H2 na matriz energética nacional até 2025 como: combustível veículos e fonte limpa de geração de energia Após 2020, H2 produzido no Brasil deve ser a partir de fontes renováveis

Adição H2 na Matriz Energética Nacional

1) Biofotólise da água

2) Produção fermentativa

3) Produção fotossintética

4) Sistema Híbrido

Processos Biológicos de obtenção H2

Processos Fotoheterotróficos

Bactérias Fotossintetizantes

FotodecomposiçãoCompostos Orgânicos

CaHbOc + (2a – c)H2O → (2a - c + 0,5b)H2 + aCO2

Utilizam ácidos orgânicos como substrato

Ácido acético, Ácido butírico, Ácido propiônicoÁcido CítricoÁcido Málico

Ambientes expostos iluminaçãoAnaeróbias estritas

Versáteis

Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum

Sistema Híbrido aplicado à geração de H2: Biossistema Fermentativo e Biossistema Fototrófico

Produção de energia e Remoção de matéria orgânica!

Hidrolisado bagaço cana-de-açucar

Hidrogênio 2ª. Geração - Águas residuárias

Frutose Glicose e Sacarose

Xilose

Processamento madeira papel celulose

Águas residuárias - Contendo Frutose

Brasil

- 53% da produção mundial de suco de laranja

Interior SP é principal polo de exportação de suco de laranja

águas residuárias indústrias citrícolaspredomínio glicose:frutose:sacarose (1:1:2)12 g glicose e 3 g frutose / L resíduo

C6H12O6Frutose

C6H1206 + 2 H20 2CH3COOH (Ac.Acet.) +2 CO2 + 4 H2

C6H1206 + H20 CH3CH2CH2COOH (Ac But.) +2 CO2 + 2 H2

Nov/20147%

Óleos animais e vegetais

Transesterificação

Hidróxido de sódio

Metanol

Agitação

Calor

Separação

Destilação

Biodiesel

Glicerol bruto

OBTENÇÃO BIODIESEL POR TRANSESTERIFICAÇÃO

Para cada 100 kg de biodiesel são gerados 10 kg de glicerol !!!!

“Produção biológica de gás hidrogênio para concentrações reduzidas açucares”

Projeto Fapesp 2012/01318-01

OBJETIVO

Avaliar geração de H2, em reatores anaeróbios em batelada, para frutose,

glicose, sacarose e xilose em concentrações próximas de águas

residuárias de fábricas de refrigerantes, doces, cervejarias e

vinhaça

Geral

Proc Fapesp 2012/01318-01

Parceria CEMPEQC Análises Cromatográficas Implementadas

Heinken - Araraquara

DAAE- Araraquara

SEMAE – S J Rio Preto

DAERP – Rib.Preto

H2....

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Tempo (h)

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

mm

ol H

2 .

L-1

Sacarose 5 g L-1

Glicose 5 g L-1

Xilose 5 g L-1

Frutose 5 g L-1

Glicose 2 g L-1

Sacarose 2 g L-1

Xilose 2 g L-1

Frutose 2 g L-1

Isolamento....

Diversidade....

Jaccard (Tol 1.0%-1.0%) (H>0.0% S>0.0%) [0.0%-100.0%]

Sandra DGGE dez 2013

100

80

60

40

20

Sandra DGGE dez 2013

1

6

2

4

3

5

OTU 1

Enterobacter sp. (GQ871449.1)Proteobacteria

OTU 2

Bactéria não cultivada (JF200891.1)Actinobacteria

Methanosaeta thermophile (NR_028157.1)

100

0.05

OTU 2

Veillonella sp. (HQ616396.1)

Bactéria não cultivada (JQ470836.1)

Veillonella sp. (JN695643.1)

OTU 1

OTU 3

OTU 6

OTU 7

OTU 4

Bactéria não cultivada (JQ464936.1)

OTU 5

Bactéria não cultivada (HM811978.1)

OTU 10

Streptococcus salivarius (AB680534.1)

OTU 11

OTU 8

Streptococcus parasanguinis (NR_074109.1)

OTU 9

Bactéria não cultivada (JF114361.1)

Methanosaeta thermophile (NR_028157.1)

84

62

100

100

84

100

79

47

66

100

99

100

99

100

100

100

99

100

Projeto Fapesp 2013/03815-5

“Produção biológica de gás hidrogênio para concentrações reduzidas de frutose

e glicose”

Menção Honrosa CIC 2013Seleção Melhor Poster Congresso Brasileiro de Microbiologia Natal/2013

Model: Var2=P*exp(-exp(((Rm*exp(1)/P))*(L-Var1)+1))

y=(13,8)*exp(-exp((((,146803)*exp(1)/(13,8)))*((57,282)-x)+1))

1 2345678

9101112

13

14

15

16 17 18

19

1

2

3

4 5 6

7

1 2 34

5678

9101112

13

1 23

45 6 7 8 91011

1 2

3

4 5 6 7 8

-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Tempo (h)

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

mm

ol H

2 L

-1

1 2345678

9101112

13

14

15

16 17 18

19

1

2

3

4 5 6

7

1 2 34

5678

9101112

13

1 23

45 6 7 8 91011

1 2

3

4 5 6 7 8

1 Mestrado concluído1 Iniciação científica Fapesp concluída1 Estágio supervisionado1 Bolsista IC – Fundunesp1 Bolsista IAESTE – India1 Bolsista IAESTE - Escócia

Realizações

Projetos em andamento

• Produção Biológica de H2 a partir de águas residuárias de industrias citrícolas

• Produção biológica de H2 e CH4 a partir de glicerol bruto (Transesterificação biodiesel)

• Projeto Universal CNPq – Proc. 57144/2014-9

• Projeto Fapesp

• CEMPEQC – IQ UNESP

Determinação de produtos intermediários durante a Produção biológica de H2 por Cromatografia gasosa e

injeção automática via headspace

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 24 48 72 96 106 120 168

Tempo (horas)

Áci

do

s g

rax

os

vo

láte

is

Acético Isobutírico Butírico Isovalérico

Mestrado – Bolsa CAPES

Produção biológica de H2 a partir de águas residuárias beneficiamento de indústrias citrícolas

Bolsa iniciação científica FUNDUNESP/CEMPEQCDoutorado CAPES 0 50 100 150 200 250

0

3

6

9

12

15

0 50 100 150 200 2500

3

6

9

12

15

0 50 100 150 200 2500

3

6

9

12

15

Time / h

Assay 01 - 50% vinasse

Pro

du

ctio

n o

f H

2 /

mm

ol L

-1

Assay 02 - 80% vinasse

Assay 03 - 100% vinasse

Usina Piloto – Biodiesel - Uniara

...100 a 200 litros de óleo usado/dia...e o produto final poderá ser adicionado

ao óleo diesel para ser utilizado como combustível na frota do transporte

público.Araraquara / 2014

2 Mestrados IQ UNESP CAPES

Produção biotecnológica de hidrogênio a partir do glicerol, bio-produto da produção do biodiesel

Glicerol bruto a partir óleos residuais domésticos

Parcerias : Usina Piloto – Biodiesel – Uniara e CEMPEQC

1 monografia UNIARA – Eng Energias Renováveis2 IC UNESP – IQ – Eng. Química

Produção de biometano a partir do glicerol, bio-produto da produção do biodiesel

Glicerol bruto obtido a partir de processos de transesterificação de óleos residuais domésticos

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

TEMPO

0

1

2

3

4

5

6

mm

ol

H2

/ L 1,7 g/L ácido acético

0,5 g/L ácido acético

1 g/L ácido acético

Obtenção de consórcios de bactérias fototróficas geradoras de H2

Sist Lodos ativados DAAE Araraquara

Acidos orgânicosResíduos reatores fermentativos Glicerol e os citrícolas

Mestrado IQ UNESP – Biotecnologia - Capes

Obrigada!

FAPESP

CNPq

CAPES