Advanced biofuel production with energy system integration

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.