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- Biocatalytic performance of Butyribacterium methylotrophicum in the long-term conversion of synthesis gas produced from low-grade lignin gasification by Butyribacterium methylotrophicum [Resumo]Publication . Pacheco, Marta; Pinto, Filomena; Andre, Rui N.; Marques, Paula; Gírio, Francisco; Moura, PatríciaABSTRACT: Second-generation biorefineries produce large streams of low-grade lignin. Its thermochemical conversion, through gasification, enables the carbon recovery from an otherwise recalcitrant by-product. The main product of gasification is producer synthesis gas (PS), which is mainly composed by carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2), methane (CH4) and minor impurities. Carboxydotrophic acetogenic bacteria can utilize CO and CO2 as carbon and energy source, and convert them into biomass, biofuels and biochemicals through the Wood-Ljungdahl pathway.
- Lignin syngas bioconversion by Butyribacterium methylotrophicum: advancing towards an integrated biorefineryPublication . Pacheco, Marta; Pinto, Filomena; Ortigueira, Joana; Silva, Carla; Gírio, FranciscoABSTRACT: Hybrid bio-thermochemical based technologies have the potential to ensure greater feedstock flexibility for the production of bioenergy and bioproducts. This study focused on the bioconversion of syngas produced from low grade technical lignin to C-2-/C-4-carboxylic acids by Butyribacterium methylotrophicum. The effects of pH, medium supplementation and the use of crude syngas were analyzed. At pH 6.0, B. methylotrophicum consumed CO, CO2 and H-2 simultaneously up to 87 mol% of carbon fixation, and the supplementation of the medium with acetate increased the production of butyrate by 6.3 times. In long-term bioreactor experiments, B. methylotrophicum produced 38.3 and 51.1 mM acetic acid and 0.7 and 2.0 mM butyric acid from synthetic and lignin syngas, respectively. Carbon fixation reached 83 and 88 mol%, respectively. The lignin syngas conversion rate decreased from 13.3 to 0.9 NmL/h throughout the assay. The appearance of a grayish pellet and cell aggregates after approximately 220 h was indicative of tar deposition. Nevertheless, the stressed cells remained metabolically active and maintained acetate and butyrate production from lignin syngas. The challenge that impurities represent in the bioconversion of crude syngas has a direct impact on syngas cleaning requirements and operation costs, supporting the pursuit for more robust and versatile acetogens.
- Infraestrutura de investigação para a biomassa e a bioenergia: BBRI - Biomass and Bioenergy Research InfrastructurePublication . Reis, Alberto; Abreu, Mariana; Pacheco, Marta; Bernardo, Joana; Silva, R.; Domingues, Lucília; Teixeira, J.A.; Gírio, FranciscoRESUMO: A BBRI é a única Infraestrutura Nacional de Investigação em Biomassa e Bioenergia, que integra o Roteiro Nacional de Infraestruturas de Investigação de Interesse Estratégico em Portugal desde 2014, sendo distribuída por dois nós. O nó de Lisboa tem por base as infraestruturas laboratoriais e piloto existentes na Unidade de Bioenergia e Biorrefinarias (UBB) do Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) e o nó de Braga, as infraestruturas laboratoriais e tecnológicas do Centro de Engenharia Biológica (CEB) da Universidade do Minho (UM). As atividades científicas da BBRI estão focadas nas tecnologias de conversão de biomassa para obtenção de biocombustíveis avançados, produtos não-energéticos de base biológica e outros biomateriais, inseridas em seis sub-plataformas de investigação (sub-RIs). O trabalho da BBRI nestas 6 sub-RIs encontra-se complementarmente organizado em atividades de formação, serviços e atividades de disseminação, visando a capacitação de novos profissionais em bioenergia sustentável e contribuindo para a excelência da investigação em Portugal no domínio da Bioenergia e Bioeconomia.
- Effects of Lignin Gasification Impurities on the Growth and Product Distribution of Butyribacterium methylotrophicum during Syngas FermentationPublication . Pacheco, Marta; Pinto, Filomena; Brunsvik, Anders; Andre, Rui N.; Marques, Paula; Mata, Ricardo; Ortigueira, Joana; Gírio, Francisco; Moura, PatríciaABSTRACT: This work evaluated the effects of condensable syngas impurities on the cell viability and product distribution of Butyribacterium methylotrophicum in syngas fermentation. The condensates were collected during the gasification of two technical lignins derived from wheat straw (WST) and softwood (SW) at different temperatures and in the presence or absence of catalysts. The cleanest syngas with 169 and 3020 ppmv of H2S and NH3, respectively, was obtained at 800 degrees C using dolomite as catalyst. Pyridines were the prevalent compounds in most condensates and the highest variety of aromatics with cyanide substituents were originated during WST lignin gasification at 800 degrees C without catalyst. In contrast with SW lignin-based condensates, the fermentation media supplemented with WST lignin-derived condensates at 1:100 vol. only supported residual growth of B. methylotrophicum. By decreasing the condensate concentration in the medium, growth inhibition ceased and a trend toward butyrate production over acetate was observed. The highest butyrate-to-acetate ratio of 1.3 was obtained by supplementing the fermentation media at 1:1000 vol. with the condensate derived from the WST lignin, which was gasified at 800 degrees C in the presence of olivine. B. methylotrophicum was able to adapt and resist the impurities of the crude syngas and altered its metabolism to produce additional butyrate.
- Fixação biológica de CO, CO2 e H2: fermentação de gás de síntese com produção de ácidos orgânicos de cadeia curtaPublication . Pacheco, Marta; Ortigueira, Joana; Gírio, Francisco; Moura, PatríciaRESUMO: Os perfis de assimilação de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e hidrogénio (H2) de gás de síntese (singás) por Butyribacterium methylotrophicum foram caracterizados e foram determinadas as percentagens de fixação de carbono. Testaram-se duas formulações diferentes de singás, duas condições de pH para a cultura do microrganismo e o efeito da suplementação do meio com acetato de sódio (NaAc). Foi observada uma assimilação mais rápida do CO por B. methylotrophicum acompanhada por crescimento celular. A assimilação de CO2 foi limitada pela disponibilidade de H2. O microrganismo produziu maioritariamente ácido acético, mas a razão butirato/acetato aumentou significativamente após suplementação do meio de cultura com NaAc. O valor mais elevado de fixação de carbono do singás por B. methylotrophicum foi de 87 %(mol/mol). Este trabalho veio demonstrar o potencial da fermentação de singás para a fixação biológica de carbono na forma de ácidos orgânicos como possíveis precursores de combustíveis avançados, por ex. ácido butírico para esterificação a butil-butirato.