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Research Project
Advanced biofuel production with energy system integration
Funder
Authors
Publications
The effect of the chemical character of ionic liquids on biomass pre-treatment and posterior enzymatic hydrolysis
Publication . Bernardo, Joana; Gírio, Francisco; Lukasik, Rafal M.
ABSTRACT: Ionic liquids have been recognised as interesting solvents applicable in efficient lignocellulosic biomass valorisation, especially in biomass fractionation into individual polymeric components or direct hydrolysis of some biomass fractions. Considering the chemical character of ionic liquids, two different approaches paved the way for the fractionation of biomass. The first strategy integrated a pre-treatment, hydrolysis and conversion of biomass through the employment of hydrogen-bond acidic 1-ethyl-3-methyimidazolim hydrogen sulphate ionic liquid. The second strategy relied on the use of a three-step fractionation process with hydrogen-bond basic 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate to produce high purity cellulose, hemicellulose and lignin fractions. The proposed approaches were scrutinised for wheat straw and eucalyptus residues. These different biomasses enabled an understanding that enzymatic hydrolysis yields are dependent on the crystallinity of the pre-treated biomass. The use of acetate based ionic liquid allowed crystalline cellulose I to change to cellulose II and consequently enhanced the glucan to glucose yield to 93.1 +/- 4.1 mol% and 82.9 +/- 1.2 mol% for wheat straw and eucalyptus, respectively. However, for hydrogen sulphate ionic liquid, the same enzymatic hydrolysis yields were 61.6 +/- 0.2 mol% for wheat straw and only 7.9 +/- 0.3 mol% for eucalyptus residues. These results demonstrate the importance of both ionic liquid character and biomass type for efficient biomass processing.
Gasificação de biomassa rica em lignina para produção de gás para usar em fermentação bacteriana
Publication . Pinto, Filomena; Marques, Paula; Mata, Ricardo; Costa, Paula; Gírio, Francisco
RESUMO: A gasificação de lenhina é bastante inovadora, devido ao alto teor de matéria mineral existente nesses sólidos, que pode causar aglomeração no leito e erosão do gasificador. O uso de temperaturas de gasificação mais baixas para evitar estes problemas afeta a composição do gás de gasificação e promove a produção de alcatrão, o que exige que os processos de limpeza do gás sejam mais complexos. Pretende-se que o gás de gasificação de sólidos ricos em lenhina seja utilizado em fermentação bacteriana para produzir compostos bioquímicos, o que é uma utilização bastante inovadora. A informação disponível acerca desta utilização do gás ainda é escassa, mas revela que os teores de CO, CO2 e H2 são um fator importante, assim como baixos teores de alcatrão, NH3 e H2S. Como tal, o gás foi submetido a um processo de limpeza para reduzir estes contaminantes. O processo estudado mostrou ser eficaz na redução dos teores de alcatrão, NH3 e H2S. Após limpeza, o gás apresentou teores mais elevados em H2 e CO2 e mais baixos em CO e hidrocarbonetos, consequentemente foi observado um grande aumento na razão H2/CO.
Análise do impacto do processo organosolv para pré-tratamento de biomassa lenhocelulósica na redução das emissões de gases com efeito de estufa (GEE)
Publication . Lopes, Tiago; Cerone, N.; Contuzzi, L.; Duarte, Luís C.; Carvalheiro, Florbela; Gírio, Francisco
RESUMO: No âmbito do projeto H2020 AMBITION, foram desenvolvidos processos de pré-tratamento inovadores e energeticamente eficientes, a fim de serem integrados num conceito de melhoria do processamento da biomassa para a produção de correntes líquidas de açúcares e derivados de lenhina para aplicações em bioenergia e produtos de valor acrescentado. O objetivo deste trabalho consiste em analisar os impactos ambientais do pré-tratamento organosolv de biomassa (palha de trigo e resíduos de eucalipto) utilizando misturas etanol/água, a fim de avaliar a sua integração num processo multiproduto de modo a originar elevados rendimentos de açúcares e recuperar lenhina de alta qualidade num conceito de biorrefinaria. O processo foi simulado em SuperPro Designer (Intelligen Inc.) para determinar os balanços de massa e energia, bem como para desenvolver o Inventário de Ciclo de Vida (LCI). A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi realizada utilizando o software SimaPro 9.0 (PRé Consultants BV) com a base de dados Ecoinvent 3.5, sendo comparada com os processos clássicos de pré-tratamento à escala industrial (e.g. explosão com vapor). O processo organosolv com etanol e para uma razão líquido-sólido (RLS) padrão de 10, apresenta resultados em termos de emissões de GEE (numa abordagem gate-to-gate) ligeiramente superiores aos obtidos para a explosão com vapor, concluindo-se posteriormente que na tecnologia organosolv, só a redução da RLS pode conduzir a melhorias significativas em termos ambientais.
Desenvolvimento de processos de pré-tratamento da biomassa para a separação eficiente das correntes de lenhina e de açúcares
Publication . Carvalheiro, Florbela; Lukasik, Rafal M.; Duarte, Luís C.; Roseiro, Luisa B.; Ribeiro, Belina; Marques, Susana; Bernardo, Joana; Van-Dúnem, Vanmira; Pires, Filipa; Costa, Diogo; Sanfins, Luís; Gírio, Francisco
RESUMO: O fracionamento da biomassa é um dos principais pontos críticos no desenvolvimento das biorrefinarias. Neste trabalho, são apresentadas três estratégias inovadoras com vista à separação seletiva das frações de celulose, hemicelulose e lenhina, utilizando compostos orgânicos, geralmente em solução aquosa: i) utilização de líquidos iónicos (ILs) em particular [emim][OAc] e [emim][HSO4]); ii) processos organosolv baseados na utilização de misturas etanol:água (50:50); e iii) um processo não aquoso baseado em imidazole. Os processos com ILs permitiram um fracionamento diferencial e, em geral, uma redução da cristalinidade da celulose. Os processos organosolv permitiram modular a distribuição de produtos derivados da hemicelulose e da lenhina entre as fases sólida e líquida. A utilização de imidazole, permitiu a separação das duas frações de polissacáridos e contribuiu para despolimerização da lenhina.
Fixação biológica de CO, CO2 e H2: fermentação de gás de síntese com produção de ácidos orgânicos de cadeia curta
Publication . Pacheco, Marta; Ortigueira, Joana; Gírio, Francisco; Moura, Patrícia
RESUMO: 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.
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Funding agency
European Commission
Funding programme
H2020
Funding Award Number
731263