O pré-tratamento hidrotérmico no conceito das biorrefinarias

Hoje em dia os pré-tratamentos precisam ser robustos, para num mesmo processo, se produzirem compostos de alto valor acrescentado, como os xilooligossacarídeos (XOS) que podem ser aplicados na indústria alimentar, farmacêutica e energética, além de isto a produção de substratos para a conversão em biocombustíveis, como o bioetanol, e assim reduzir os altos custos das biorrefinerias de segunda geração. Além disso, é fundamental no desenvolvimento de reatores que ajudem a eficientar o processo de aquecimento em processos hidrotérmicos. Por tanto, o processo hidrotérmico reúne as características para ser aplicado ao conceito de biorrefinaria de segunda geração. Neste trabalho, apresenta-se o fundamento, e uma serie aplicações do pré-tratamento hidrotérmico realizados no nosso grupo de trabalho

Estudo da produção do vapor e da sua utilização

Esta dissertação foi realizada em parceria com a empresa MAPRIL, Lda. Teve como objetivo estudar a unidade de produção, distribuição e utilização de vapor, visando a minimização dos consumos anuais energéticos, materiais, respetivos custos e promover a sustentabilidade. Primeiramente realizou-se o levantamento da linha de produção, distribuição e utilização de vapor e de descarga de condensados. Posteriormente caracterizaram-se as correntes em causa efetuando as medições necessárias. Em seguida foi feito um ensaio, com a caldeira a funcionar à pressão nominal e sem purga, onde foram analisados os gases de combustão e efetuadas todas as medições necessárias para a determinação das condições de queima e da eficiência térmica do gerador de vapor, pelo método das perdas. Por último, foram propostas e analisadas 5 medidas para otimizar a eficiência térmica das caldeiras e minimizar os consumos e custos, entre as quais: reaproveitamento dos condensados, instalação de um economizador, otimização do excesso de ar, instalação de um pré-aquecedor do ar de combustão, e alteração do combustível de fuelóleo para gás natural. O valor final atual obtido para a eficiência térmica do gerador de vapor foi de 82,6%, sendo que se obtiveram 10,1% de perdas nos gases de combustão e 7,3% de perdas por radiação e convenção natural. Através da avaliação da viabilidade ambiental e económica da implementação das medidas indicadas, de forma isolada e combinada verificou-se que a implementação do reaproveitamento de condensados de forma isolada seria a medida mais viável. Dada a redução no consumo de combustível até 7,6% e de água, cerca de 393 toneladas, o que representa uma poupança anual monetária em água e combustível de -- --- €. Adicionalmente consegue-se reduzir as emissões de dióxido de carbono até 7,6%, sendo o valor das mesmas neste caso de 133 tonCO2e. Por fim, esta medida corresponde ao menor período de retorno do investimento, cerca de 5 anos e meio, sendo o valor do investimento de -- --- €.This dissertation was carried out in partnership with the MAPRIL, Lda company. Its objective was to study the unit of steam production, distribution and use, with an intention to minimizing annual consumption of the energy, materials, its costs and to promote the sustainability. Firstly, the production, distribution and use of steam and condensate discharge lines were surveyed. After, the currents in question were characterized by making the necessary measurements. Then a trial was carried out, with the boiler running at nominal pressure and without a purge, where the flue gases were analyzed and all the measurements necessary to determine the burning conditions and the thermal efficiency of the steam generator were carried out by the losses method. Finally, 5 measures were proposed and analyzed to optimize the thermal efficiency of boilers and to minimize consumption and costs, such as: reuse of condensates, installation of an economizer, optimization of excess air, installation of an air preheater of combustion, and alteration of fuel from fuel oil to natural gas. The current final value obtained for the thermal efficiency of the steam generator was 82,6%, with 10,1% of losses in the flue gases and 7,3% of losses by radiation and natural convention. Through the evaluation of the environmental and economic viability of the implementation of the indicated measures, in an isolated and combined way, it was verified that the implementation of reuse condensates in isolation would be the most viable measure. Given the reduction in fuel consumption up to 7,6% and water, around 393 tonnes, which represents an annual monetary saving in water and fuel of -- --- €. In addition, carbon dioxide emissions can be reduced until 7,6% and its value in this case is 133 tonCO2e. Finally, this measure corresponds to the shortest investment return period, about 5 and a half years, with an investment value of -- --- €

Perspectivas epistemológicas do conceito de biorrefinaria para o desenvolvimento da bioeconomia no Brasil

O aumento da população mundial, juntamente com a mudança no estilo de vida, levou a mudanças no padrão e no consumo de materiais e energia. Atualmente, o petróleo é uma matéria-prima básica para a produção da maioria dos combustíveis e produtos químicos. Porém, o seu rápido esgotamento cria uma pressão sobre a indústria. Juntamente com isso, existem evidências de que as emissões de gases de efeito estufa decorrentes da combustão de combustíveis fósseis, e as mudanças no uso da terra, estão impactando no clima do planeta. Nesse contexto, houve um interesse considerável em encontrar alternativas consideradas renovável e sustentável e assim uma mudança para a bioeconomia. As biorrefinarias são novos tipos de configurações tecnológicas que podem produzir os elementos básicos necessários à bioeconomia uma vez que pesquisadores destacam a biorrefinaria como a personificação da bioeconomia e outros a sublinham como o elemento principal para a transição sociotécnica de economias de base fóssil para a economias de base biológica. O desenvolvimento de pesquisas relacionadas às biorrefinarias está em desenvolvimento, porém, é complexo. No eixo das políticas públicas, os formuladores necessitam cada vez mais de aproximações com as demandas sociotécnicas sustentáveis. A compreensão desses aspectos, pode desenvolver redes conhecimento e apoiar as investigações dos modelos de governança atuais e futuros, como é o caso da transição sociotécnica para a bioeconomia. Nesse sentido, um novo olhar em relação ao entendimento de biorrefinaria torna-se pertinente a fim de abrir novas discussões entre os especialistas do governo, academia e indústria. Nesse estudo, foram revisadas as definições da terminologia biorrefinaria, classificadas em três grupos, conceitos direcionados aos insumo, conceitos direcionados aos processos e conceitos direcionados aos bioprodutos. Ainda construiu-se um conceito mais amplo a pa Ainda construiu-se um conceito mais amplo a partir do estudo epistemológico do prefixo “bio” + o radical “refino”, a terminologia biorrefinaria pode ser entendida como: Um processo físico e/ou químico e/ou biológico, que purifica e/ou separa elementos constituintes de ativos biológicos dos reinos monera, protista, plantae, animália e fungi, oriundos do ambiente terrestre ou oceânico, em bioprodutos para o uso final ou que sirvam de matéria-prima para outros bioprodutos. Posteriormente por meio da Metodologia Q, foram submetidas 45 narrativas, apresentando elementos do conceito de biorrefinaria da literatura, do conceito proposto e elementos parciais (do conceito proposto e da literatura). Participaram do estudo 36 especialistas do governo, academia e a indústria. Nos resultados, foram extraídos 8 fatores que respondem por 63,35% da variação total. Os elementos dos três grupos se dividiram entre os fatores extraídos. Os especialistas ponderaram 44,35% das narrativas pertencentes ao conjunto de narrativas que apresentam elementos do conceito proposto, sendo que o grupo das narrativas parciais e da literatura ficaram, respectivamente, com 16,98% e 38,67%. Esse fato evidencia uma aceitabilidade pelos agentes dos diferentes setores em introduzir novos elementos, provenientes dos ativos biológicos, no entendimento do conceito de biorrefinaria. A compreensão e introdução dos elementos que compreendem o novo conceito podem possibilitar incentivos para implementação de novas biorrefinarias ou a expansão das já existentes e que não são consideradas como tal. Assim, pensando na importância do desenvolvimento da bioeconomia no Brasil, a ação de incentivar novas oportunidades de cadeia de valor, usufruindo da biodiversidade brasileira, na implementação de novas biorrefinarias, é uma possibilidade e alternativa que precisa ser melhor explorada.The increase in the world population, together with the change in lifestyle, has led to changes in the pattern and consumption of materials and energy. Currently, oil is a basic raw material for the production of most fuels and chemicals. However, its rapid exhaustion creates pressure on the industry. Along with this, there is evidence that greenhouse gas emissions from the combustion of fossil fuels, and changes in land use, are impacting the planet's climate. In this context, there was considerable interest in finding alternatives considered renewable and sustainable and thus a shift to the bioeconomy. Biorefineries are new types of technological configurations that can produce the basic elements necessary for the bioeconomy as researchers highlight biorefinery as the personification of bioeconomics and others emphasize it as the main element for the socio-technical transition from fossil-based economies to economies of biological basis.The development of research related to biorefineries is under development, however, it is complex. In terms of public policies, formulators increasingly need approximations with sustainable socio-technical demands. Understanding these aspects can develop knowledge networks and support investigations of current and future governance models, such as the socio-technical transition to the bioeconomy. In this sense, a new look in relation to the understanding of biorefinery becomes pertinent in order to open new discussions between specialists from the government, academia and industry. In this study, the definitions of biorefinery terminology were revised, classified into three groups, concepts directed to input, concepts directed to processes and concepts directed to bioproducts. A broader concept was also built from the epistemological study of the prefix “bio” + the radical “refining”, the biorefinery terminology can be understood as: A physical and / or chemical and / or biological process, which purifies and / A physical and / or chemical and / or biological process, which purifies and / or separates elements constituting biological assets from the kingdoms monera, protista, plantae, animália and fungi, from the terrestrial or oceanic environment, in bioproducts for final use or that serve as raw material for other bioproducts. Subsequently, through the Q Methodology, 45 narratives were submitted, presenting elements of the biorefinery concept of literature, of the proposed concept and partial elements (of the proposed concept and of literature). 36 experts from the government, academia and industry participated in the study. In the results, 8 factors were extracted, which account for 63.35% of the total variation. The elements of the three groups were divided between the factors extracted. The experts weighed 44.35% of the narratives belonging to the set of narratives that present elements of the proposed concept, with the group of partial narratives and literature being, respectively, 16.98% and 38.67%. This fact shows an acceptability by agents from different sectors to introduce new elements, coming from biological assets, in the understanding of the concept of biorefinery. The understanding and introduction of the elements that comprise the new concept can provide incentives for the implementation of new biorefineries or the expansion of existing ones, which are not considered as such. Thus, considering the importance of the development of the bioeconomy in Brazil, the action of encouraging new opportunities in the value chain, taking advantage of Brazilian biodiversity, in the implementation of new biorefineries, is a possibility and alternative that needs to be better explored

Pré-tratamento de resíduos agro-industriais e novas perspectivas na produção de bioprodutos

Visando contribuir para a melhoria das condições ambientais pela eliminação dos resíduos agrícolas/agroindustriais, bem como proporcionar a formação de uma linha de pesquisa com propósito de captar e disseminar informações técnicas e tecnológicas agregando maior valor nestes subprodutos ou resíduos é que o presente trabalho foi realizado. Deste modo, o sabugo de milho in natura foi submetido a dois diferentes processos de prétratamento para a extração das hemiceluloses, como etapa inicial de aplicação integral do resíduo, onde posteriormente estudos e aplicação do complexo celulose-lignina resultante seriam realizados. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi determinar a eficiência de extração de frações de hemiceluloses de sabugo de milho por processos alcalinos (0,75 a 1,25 mol/L em 42,5ºC/180 min), e processos de autohidrólise (165 a 185ºC, razão líquida de 10:1p/p por 40 min). Este procedimento indicou o potencial de pré-tratamentos, em especial dos licores hemicelulosicos obtidos, como parte de um processo que conduza à utilização de materiais lignocelulósicos em diferentes processos biotecnológicos

Valorização sustentável de biomassa de macroalgas: um exemplo prático de biorrefinaria utilizando a Ulva lactuca

Para amenizar os desafios globais causados pelas mudanças climáticas, poluição ambiental e crescimento populacional, a valorização de matérias-primas provenientes de biomassa renovável através da biorrefinaria mostra-se como uma alternativa promissora e eficiente para enfrentar esses problemas. A abordagem do conceito de biorrefinaria permite o fracionamento sustentável da biomassa para produção de múltiplos produtos, criando maior valor acrescentado à cadeia produtiva e zero desperdício. Entre as fontes de biomassa disponíveis na natureza, as macroalgas (algas marinhas verdes, castanhas e vermelhas) são crescentemente consideradas um recurso alternativo de biomassa sustentável para a produção de alimentos, bioquímicos, biomateriais e biocombustíveis. De acordo com o tipo e espécie de alga marinha, é possível extrair elevadas quantidades de hidratos de carbono, proteínas, sais minerais, ácidos graxos e outras substâncias químicas. Neste estudo, a atenção é voltada para a macroalga verde Ulva lactuca, uma espécie encontrada mundialmente, que oferece alta produção de biomassa e contêm compostos químicos com grande potencial para aplicações farmacêuticas, cosméticas, químicas e energéticas. Neste trabalho, um modelo de biorrefinaria foi realizado, para produção de seis diferentes produtos a partir da mesma biomassa de Ulva lactuca. Os procedimentos foram etapas sequenciadas de extrações, no qual em cada extração um determinado método foi aplicado e todo resíduo gerado foi aproveitado. Um total de 73% da biomassa inicial foi recuperado em produtos separados. A fração dos produtos recuperados da biomassa seca inicial foi de 22% de sais minerais, 9% de amido, 6% de lípidos, 4% de ulvanas, 11% de proteínas e 21% de celulose. A fração de lípidos recuperada apresentou 24% de carotenoides, esse produto demonstra grandes utilidades na indústria nutracêutica e alimentícia. A fração de proteínas indicou 28% de proteínas totais, a qual pode ser utilizada na alimentação humana ou animal. Através de uma análise referente às possíveis aplicações para os outros produtos recuperados, a biomassa de Ulva lactuca se mostrou uma fonte de matéria-prima promissora para ser utilizada em biorrefinaria.To mitigate the global challenges caused by climate change, environmental pollution and population growth, the valorization of raw materials from renewable biomass through biorefinery is a promising and efficient alternative to address these problems. The biorefinery concept approach allows the sustainable fractionation of biomass for the production of multiple products, creating greater added value to the production chain and zero waste. Among the sources of biomass available in nature, macroalgae (green, brown and red seaweed) are increasingly considered an alternative resource of sustainable biomass for the production of food, biochemicals, biomaterials and biofuels. According to the type and species of seaweed, it is possible to extract high amounts of carbohydrates, proteins, mineral salts, fatty acids and other chemicals. In this study, attention is focused on the green macroalgae Ulva lactuca, a species found worldwide, which offers high biomass production and contains chemical compounds with great potential for pharmaceutical, cosmetic, chemical and energy applications. In this work, a biorefinery model was carried out to produce six different products from the same biomass of Ulva lactuca. The procedures were sequenced steps of extractions, in which in each extraction a certain method was applied and all residue generated was used. A total of 73% of the initial biomass was recovered in separate products. The fraction of the products recovered from the initial dry biomass was 22% of mineral salts, 9% of starch, 6% of lipids, 4% of ulvans, 11% of proteins and 21% of cellulose. The fraction of lipids recovered presented 24% carotenoids, this product demonstrates great uses in the nutraceutical and food industry. The protein fraction indicated 28% of total proteins, which can be used in human or animal feed. Through an analysis of the possible applications for the other products recovered, Ulva lactuca biomass proved to be a promising raw material source to be used in biorefinery

Implementação de sistemas de gestão de consumos energéticos

O presente trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Dissertação/Estágio, do Mestrado de Engenharia Química, no ramo de Energia e Biorrefinaria do ISEP, na empresa Continental – Industria Têxtil do Ave durante o período de 8 meses. O principal objetivo deste trabalho foi a implementação de um sistema de aquisição de dados, MESSDAS e PME (Power Monitoring Expert), softwares que visam o controlo e gestão dos consumos energéticos. Paralelamente foi feita a avaliação da implementação do sistema ECO VAC, nos consumos de gás natural das estufas da máquina de impregnar tela. Para a implementação dos sistemas de gestão, foi feito um estudo prévio do seu funcionamento assim como a otimização das comunicações existente de forma a eliminar as falhas que ocorriam. O PME ficou funcional para os analisadores de energia elétrica, estando os restantes ainda em estudo para avaliar a melhor forma de comunicação com o servidor. O ESSDAS, devido à ocorrência constante de erros, proveniente da comunicação em paralelo dos dois softwares, ficou em standby. É então necessário determinar a parametrização correta para que o equipamento de medição possa comunicar com ambos os sistemas de gestão sem que haja falhas. A avaliação energética à máquina de impregnar tela, não foi efetuada com o auxilio dos sistemas de gestão implementados, pois só foram ligados aos sistemas os analisadores de energia eletrica, por isso a avaliação foi feita com ensaios experimentais, lendo os valores de consumos diretamente dos contadores. O ECO VAC é um sistema de otimização que, dependendo da pressão atmosférica local, controla o caudal de exaustão das estufas, contribuindo assim para melhorar o consumo A de gás natural da máquina de impregnar tela (Zell). Foi estudada a influencia deste sistema em três tipos de telas, verificando-se uma diminuição da ordem dos 8% no consumo de gás natural.The present work was carried out within the scope of the Dissertation / Internship discipline, of the Master of Chemical Engineering, in the Energy and Biorefinery branch of ISEP, in the company Continental - Industria Têxtil do Ave during the period of 8 months. The main objective of this work was the implementation of a data acquisition systems, ESSDAS and PME (Power Monitoring Expert), software’s aimed at the control and management of energy consumption. At the same time, the evaluation of the implementation of the ECO VAC system was carried out, in the natural gas consumptions of the greenhouses of the screen impregnation machine. For the implementation of the management systems, a previous study of its operation was made as well as the optimization of the existent communications to eliminate the faults that occurred. The PME was functional for the electric energy analyzers, with the rest still under study to evaluate the best way to communicate with the server. The MESSDAS, due to the constant occurrence of errors, coming from the parallel communication of the two software’s, was in standby. It is then necessary to determine the correct parameterization so that the measuring equipment can communicate with both management systems without failures. The energy evaluation of the screen impregnation machine was not performed with the id of the implemented management systems, since only the electrical energy analyzers were connected to the systems, so the evaluation was done with experimental tests, reading the consumption values directly from the counters. ECO VAC is an optimization system that, depending on the local atmospheric pressure, controls the exhaust flow rate of the greenhouses, thus contributing to improve the natural gas consumption of the impregnating machine (Zell). The influence of this system was studied in three types of screens, being verified an 8% drop in natural gas consumption

Estratégias para o uso de biomassa em química renovável.

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Avaliação técnico-econômica e ambiental da produção integrada de bioetanol 1G e 2G em biorrefinaria de cana utilizando levedura recombinante

With the global increase in energy demand and global concern with climate change on the planet, incentives for research and development of biofuel production processes, such as ethanol, have grown in recent decades, aiming at the full use of biomass and the minimum generation of waste. In order to make possible the implementation of 2G technology in Brazilian 1G biorefineries, studies with economic and environmental assessments are essential to identify possible procedural bottlenecks and help in decision-making. Thus, the main objective of this work was to carry out a technical-economic analysis (TEA) and life cycle assessment (LCA) of ethanol production in a biorefinery that integrates 1G and 2G technology from sugarcane and its waste. For this, three scenarios were evaluated: Scenario I which represents an autonomous Brazilian distillery, while Scenarios II and III present an integrated 1G2G technology addressing different types of pre-treatment (acid and hydrothermal) and using recombinant yeast in the fermentation step. Scenario simulations were performed using the EMSO software, while the LCA was performed using the SimaPro® software. The integrated process increased ethanol production by 14% in Scenario II and 16% in Scenario III compared to Scenario I. The integrated processes (Scenarios II and III) had high production costs, resulting in a minimum selling price of ethanol greater than the marketed value of ethanol around 31% for Scenario II (693.59 US$/m³) and 48$/m³), which made the processes unfeasible from the point of view economic. In the environmental analysis, both Scenarios did not have the necessary potential to mitigate the environmental impacts of the 1G2G ethanol production process in relation to Scenario I, in order to obtain all categories of environmental impact lower or close to Scenario I. The obtained results indicated the need to select other ethanol production processes as a way to improve the integration of processes in sugarcane-based biorefineries.Com o aumento mundial da demanda energética e da preocupação mundial com as mudanças climáticas do planeta, estímulos à pesquisa e ao desenvolvimento de processos de produção de biocombustíveis, como o etanol, cresceram nas últimas décadas, visando a utilização integral da biomassa e geração mínima de resíduos. Para que seja possível a implementação da tecnologia 2G nas biorrefinarias brasileiras 1G, estudos com avaliações econômicas e ambientais são fundamentais para identificar possíveis gargalos processuais e auxiliar na tomada de decisões. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi realizar uma análise técnica-econômica (ATE) e avaliação do ciclo de vida (ACV) da produção de etanol em uma biorrefinaria que integra a tecnologia 1G e 2G a partir da cana-de-açúcar e seus resíduos. Para isso, três cenários foram avaliados: o Cenário I que representa uma destilaria autônoma brasileira, enquanto os Cenários II e III apresentam uma tecnologia integrada 1G2G abordando diferentes tipos de pré-tratamento (ácido e hidrotérmico) e utilizando levedura recombinante na etapa de fermentação. As simulações dos cenários foram realizadas no software EMSO enquanto a ACV foi realizada no software SimaPro®. O processo integrado aumentou a produção de etanol em 14% no Cenário II e 16% no Cenário III em comparação ao Cenário I. Os processos integrados (Cenários II e III) apresentaram elevados custos de produção, ocasionando em um preço mínimo de venda do etanol maior que o valor comercializado do etanol em torno de 31% para o Cenário II (693,59 US$/m³) e 48$/m³), tornando os processos inviáveis do ponto de vista econômico. Na análise ambiental, constatou-se que ambos os Cenários não apresentaram potencial necessário para mitigar os impactos ambientais do processo de produção de etanol 1G2G em relação ao Cenário I, de forma a obter todas as categorias de impacto ambiental inferiores ou próximas ao Cenário I. Os resultados obtidos indicaram a necessidade da seleção de outros processos de produção de etanol a fim de melhorar a integração de processos nas biorrefinarias a base de cana-de-açúca