Estudo de viabilidade técnico-económica da instalação de caldeiras a biomassa para o aquecimento central do ISEP

Neste projeto pretende-se utilizar uma fonte energética renovável (nomeadamente a biomassa), no âmbito da produção de água quente para aquecimento central das instalações do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). O objetivo principal remete para a avaliação técnico-económica da substituição das quinze caldeiras existentes, alimentadas a gás natural, por seis caldeiras alimentadas a biomassa, nomeadamente a pellets. Desta forma, permite-se apostar na biomassa como uma alternativa para reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. Neste trabalho apresenta-se uma comparação realista do sistema de aquecimento existente face ao novo a implementar, alimentado por um combustível renovável utilizando caldeiras a pellets de 85% de rendimento. Para realizar esta comparação, usou-se as faturas energéticas de gás natural do ISEP, o custo da quantidade equivalente necessária de pellets, os custos de manutenção dos dois tipos de caldeiras e, os custos do consumo de energia elétrica por parte de ambas as caldeiras. Com este estudo, estimou-se uma poupança anual de 84.100,76 €/ano. Determinaram-se experimentalmente, em laboratório, os parâmetros essenciais de uma amostra de pellets, que foram usados para calcular as necessidades energéticas em biomassa no ISEP, bem como a produção de cinzas gerada por parte das caldeiras. Foi proposto um destino ambientalmente adequado para os 788,5 kg/ano de cinzas obtidas – a utilização na compostagem, após tratamento e aprovação de ensaios ecotoxicológicos realizados pela empresa que fará a sua recolha. As caldeiras a pellets terão um consumo mínimo teórico de 16,47 kgpellets/h, consumindo previsivelmente 197,13 tpellets/ano. Para este efeito, serão usadas caldeiras Quioto de 150 kW da marca Zantia. Para comparar distintas possibilidades de investimento para o projeto, avaliaram-se dois cenários: um foi escolhido de forma a cobrir o somatório da potência instalada das caldeiras atuais e o outro de forma a responder aos consumos energéticos em aquecimento atuais. Além disso, avaliaram-se cenários de financiamento do investimento distintos: um dos cenários corresponde ao pagamento do investimento total do projeto no momento da aquisição das caldeiras, enquanto o outro cenário, mais provável de ser escolhido, refere-se ao pedido de um empréstimo ao banco, no valor de 75% do investimento total. Para o cenário mais provável de investimento, obteve-se um VAL de 291.364,93 €/ano, com taxa interna de rentabilidade (TIR) de 17 %, um índice de rentabilidade (IR) de 1,85 e um período de retorno (PBP) de 5 anos. Todos os cenários avaliados registam rentabilidade do projeto de investimento, sem risco para o projeto.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

Estudo da pirólise de misturas de resíduos de plásticos, pneus e biomassa

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Produção de biocombustíveis a partir da biomassa : melhoria da resistência do zeólito ZSM-5 aos compostos fenólicos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Projecte de la intal·lació de calefacció i ACS amb energia solar i caldera de biomassa en un edifici de quatre vivendes.

Projecte de la instal•lació de calefacció i agua calenta utilitzant energia solar tèrmica i ajudant-se d’ una caldera de biomassa en un edifici en construcció situat a Colera (Alt Empordà). Es tracta d’un bloc de quatre vivendes distribuïdes en dues plantes, soterrani i terrassa superior

Estudi de la viabilitat de l’aprofitament de biomassa residual amb implantació d’una planta de cogeneració al sector del Pla de Baix de Domeny

L’estudi pretén incorporar el residu de fusta i poda com a combustible en una planta de cogeneració al sector del Pla de Baix de Domeny, per obtenir un benefici econòmic amb la venda d’energia elèctrica generada i utilitzar l’energia tèrmica residual per a la calefacció i l’aigua calenta sanitària dels habitatges. S’han analitzat els habitatges, els residus de biomassa i els diferents tipus de cogeneració. I s’ha proposat una cogeneració amb el cicle orgànic de Rankine, utilitzant l’estella de residus de fusta i poda per a 1219 habitatges del Pla de Baix de Domeny i s’ha estudiat la viabilitat econòmica

Efeitos de crises crônicas e agudas induzidas por pentilenotetrazol sobre a hidrólise de nucleotídeos púricos em soro de ratos adultos

A adenosina tem sido descrita como tendo importante efeito neuromodulatório em SNC, inibindo a liberação de neurotransmissores excitatórios através da ativação dos receptores A1. Agonistas de receptores A1, bem como adenosina e seus análogos, tem sido descritos como supressores de crises epilépticas. Uma das vias de produção de adenosina é a hidrólise extra-celular completa do ATP envolvendo as enzimas ATP difosfoidrolase (CD39) e 5’-nucleotidase (CD73). Embora esta associação enzimática já esteja bem descrita, o envolvimento da enzima fosfodiesterase não pode ser descartado, uma vez que esta hidrolisa nucleotídeos como ATP e ADP, além de outros substratos. Recentemente, foi demonstrado em nosso laboratório um aumento das atividades ATP difosfoidrolase e 5’-nucleotidase em sinaptossomas de ratos após a indução de 2 diferentes modelos de epilepsia de lobo temporal. Neste trabalho, nós investigamos o efeito de crises agudas e crônicas induzidas pelo agente pró-convulsivante pentilenotetrazol (PTZ) sobre a hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP em soro de ratos, uma vez que formas solúveis de nucleotidases já estão descritas. No modelo agudo os animais receberam apenas 1 injeção de PTZ ou salina, sendo mortos por decapitação em diferentes tempos após a injeção da droga. A hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP apresentaram aumento significativo de 40 –50% nos ratos tratados em relação aos ratos controle até 24 após a última injeção. Em 48 horas, este efeito foi abolido. Já, a hidrólise do substrato artificial p-Nph-5’-TMP usado como marcador para a fosfodiesterase, não apresentou nenhum aumento significativo em ratos tratados quando comparado aos animais controle. No modelo crônico (kindling), os animais recebiam doses inicialmente subconvulsivantes que resultam em crises progressivamente mais intensas ao longo das subseqüentes estimulações. Para descartar o efeito da injeção aguda, os ratos foram mortos 48 horas após a última estimulação. Com exceção do substrato artificial para a fosfodiesterase, a hidrólise dos nucleotídeos testados aumentou de maneira significativa (cerca de 40% - 45%) em soro de ratos submetidos ao modelo de kindling. Estes resultados demonstram o envolvimento de nucleotidases solúveis no controle dos níveis do neurotransmissor ATP e do neuromodulador adenosina, sendo estas respostas presentes tanto em situações patológicas agudas, como em situações patológicas crônicas que envolvem o fenômeno de plasticidade sináptica.

Variação da estrutura e da biomassa fitoplanctônica na Lagoa Itapeva (Litoral Norte do Rio Grande do Sul) em função da hidrodinâmica

As lagoas costeiras em geral exibem reduzidas profundidades máximas, sendo portanto, ambientes altamente vulneráveis às oscilações dos fatores climáticos, em particular o vento. Movimentos da água em zonas pelágicas são fortemente influenciados por mudanças no tempo, as quais promovem mudanças no plâncton. A biomassa é uma importante variável em ecossistemas aquáticos uma vez que representa a quantidade de energia estocada em certo nível trófico da comunidade biológica. O trabalho teve como hipótese principal do trabalho que o vento (principal fator determinante na hidrodinâmica da Lagoa Itapeva), influencia diretamente a biomassa fitoplanctônica. Períodos de ausência de ventos ou ventos fracos provocam uma homogeneidade da comunidade, devido á estabilidade da coluna d’água, propiciando eventos de florações com alta biomassa e baixa diversidade. Outra hipótese formulada é que há variação espaço-temporal da biomassa, da diversidade de espécies e das diferentes frações de tamanho na Lagoa Itapeva, no período estudado. O objetivo do trabalho foi determinar o efeito do vento, principal fator hidrodinâmico da Lagoa Itapeva, sobre a comunidade fitoplanctônica em termos de biomassa, diversidade de espécies e categorias de tamanho. A Lagoa Itapeva é a primeira lagoa do Sistema Lagunar de Tramandaí no sentido N→S. Foram realizadas análises espaciais, formando-se três pontos de amostragem (Norte, Centro e Sul) ao longo do maior eixo longitudinal da lagoa, aliada a uma escala temporal diária (turnos de amostragem: 6h, 10h, 14h e 18h) e sazonal (quatro estações do ano), procurando estabelecer padrões e relações com os fatores hidrodinâmicos (velocidade e direção de vento, e nível d’água). Durante o estudo a Divisão Cyanophyta foi a responsável pelos elevados valores de biomassa observados nos pontos de amostragem. Este fato deve-se principalmente às florações de Anabaena circinalis durante as campanhas sazonais. A biomassa foi a variável que melhor se relacionou com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento) pela ação dos ventos de quadrantes predominantes que resultavam num fetch efetivo longo. Neste estudo foram apresentados índices de diversidade de espécies calculados através de indivíduos (H’ind) e de biomassa (H’ biom). Estes índices apresentaram estreitas relações positivas entre si. Os índices também apresentaram relações diretas e significativas com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento). Na Lagoa Itapeva, a contribuição das diferentes categorias de tamanho em função da biomassa (estimada através do biovolume), ressaltou três frações que melhor representaram a comunidade fitoplanctônica: nanoplâncton, microplâncton e netplâncton. A fração netplanctônica predominou sobre as demais frações de tamanho. A predominância desta fração sobre as outras estudadas deu-se principalmente às espécies de colônias filamentosas Aulacoseira granulata, Anabaena circinalis e A. spiroides. O comportamento da comunidade fitoplanctônica na Lagoa Itapeva sugere estar de acordo com a Hipótese de Distúrbio Intermediário de Connell (1978). Os distúrbios intensos (provocados pelos forte ventos e fetch longo) ou a falta deste (criando um ambiente estável), nos pontos de amostragem, resultaram em florações da cianobactéria Anabaena circinalis. Essas florações proveram uma densa biomassa em todo o período da pesquisa, além de promoverem a baixa diversidade através do domínio desta cianobactéria, e provocar sucessões das frações de tamanho do fitoplâncton.

Hidrólise de resíduos de couro curtido ao cromo

O grande volume de resíduos gerados nos curtumes durante a operação de rebaixamento do couro curtido tem motivado a pesquisa de novas alternativas tecnológicas para tratamento destes resíduos, atualmente dispostos em aterros sanitários controlados. Este trabalho aborda o processo de hidrólise enzimática da serragem de rebaixamento como alternativa de tratamento para este resíduo. Foi utilizada uma enzima do tipo protease de nome comercial Novocor SG. Os fatores controláveis analisados foram a granulometria do resíduo, a concentração de basificante, o tempo de basificação, a concentração de enzima, o tempo de incubação e a temperatura. O processo foi analisado através do emprego de um projeto de experimentos fatorial fracionado para a avaliação dos efeitos dos fatores controláveis e suas interações, buscando-se obter uma solução protéica com baixo teor de cromo. Foi confirmada a possibilidade de hidrólise enzimática da serragem de rebaixamento obtendo-se uma solução protéica com teores de cromo menores do que 0,56 ppm. Este fato demonstra que este processo pode ser empregado como uma alternativa tecnológica para o tratamento da serragem uma vez que a solução protéica obtida possui baixo teor de cromo e a torta de cromo remanescente poderá ser tratada para obtenção de cromo reciclado.

Produção de mudas e rendimento de biomassa de melissa (Melissa officinalis L.) sob diferentes espaçamentos de plantas e coberturas de solo

Os objetivos gerais do presente trabalho foram: fomentar o cultivo de melissa como uma opção para os agricultores familiares, através da produção de matéria-prima de alta qualidade; oportunizar a produção de fitoterápicos; reduzir a importação de matéria-prima; e levantar subsídios que possam fortalecer a cadeia produtiva de plantas medicinais, com ênfase na Melissa officinalis L.

Estudo da estabilidade do plasmídeo e da expressão de jaburetox-2Ec em Escherichia coli BL 21 utilizando lactose como indutor

A seqüência de nucleotídeos codificante do peptídeo derivado da hidrólise da canatoxina (jaburetox-2Ec), foi clonada e expressa nos sistema pET101/E. coli BL 21. Neste trabalho, estudamos a estabilidade dos plasmídeos da série pET contendo a seqüência codificante do jaburetox-2Ec no sistema de expressão E. coli BL 21 (Mulinari, 2004), e as condições para aumentar produção do peptídeo recombinante, avaliando a velocidade de transferência de oxigênio, o controle do pH, e a utilização da lactose como indutor em substituição ao IPTG. O cultivo da bactéria recombinante em incubadora orbital contendo 10 g/l de lactose como indutor produziu 1,26 μg de jaburetox-2Ec/mg de proteína total após oito horas de cultivo. A estabilidade do plasmídeo e a expressão do peptídeo recombinante foram estudadas em biorreatores. A expressão do jaburetox-2Ec foi fortemente afetada pelo pH da cultura, com a diminuição de mais de 50 % da concentração desse peptídeo quando ocorre acidificação do meio de cultura. Da mesma forma, o aumento da aeração e agitação tem efeito negativo sobre a produção do peptídeo, diminuindo em sete vezes a produção do jaburetox-2Ec Apesar do aumento da biomassa devido ao cultivo da E. coli recombinante em meio mínimo, contendo como fonte de carbono a glicose, isto não representou aumento da concentração do peptídeo recombinante. Contudo, sob a melhor condição de cultivo em biorreator estudada (pH controlado e menor transferência de oxigênio), obteve-se uma produção de 7,14 μg de jaburetox-2Ec/mg de proteína total, representando em torno de 2 % da proteína total da célula. Em todas as bateladas, após atingir a máxima expressão do peptídeo, essa concentração diminui provavelmente devido à atividade das proteases da célula causando a degradação do peptídeo recombinante. A carga metabólica imposta à célula devido à expressão do jaburetox-2Ec, é uma das possíveis causas da instabilidade do plasmídeo observada em todas as bateladas.

Análise prospectiva da utilização de uma usina como plataforma para uma biorefinaria

Este trabalho teve como objetivo verificar as possibilidades de utilização de uma usina de produção de etanol açúcar e energia elétrica como plataforma para implantação de uma biorefinaria. De forma prospectiva, foram avaliados os principais blocos de construção para o desenvolvimento de uma gama de produtos com base em matérias-primas açucaradas. Alguns destes produtos, como o ácido cítrico, a lisina e o sorbitol, já são fabricados a partir de biomassa no país. Devido ao baixo custo do açúcar de cana e da disponibilidade de fibra para geração de utilidades, as usinas se mostraram plataformas adequadas para anexar unidades para geração de produtos com maior valor agregado. A operação sazonal, entretanto, constitui um dos grandes empecilhos para a viabilização destes complexos, levando à necessidade de estocagem de combustível para operação anual das caldeiras, bem como para produção a estocagem de açúcar, melaço ou etanol como matérias-primas para os processos anexos. Fatores de competitividade, como economia de escala, escopo, diversificação, diferenciação e flexibilidade foram avaliados visando fornecer subsídio para escolha do tamanho de unidades e tipos de produtos e processos. A produção de 15.000 toneladas de cana por dia foi escolhida como módulo de produção eficiente para região de expansão. Esta escala se mostrou adequada para a produção dos produtos derivados de sacarose que atualmente são produzidos no Brasil. Entretanto, a integração da produção de eteno por rotas alcoolquímica à usina demanda unidades com capacidade de processamento acima de 30.000 toneladas de cana por dia. Para avaliação das premissas teóricas, foi realizado um estudo de caso de um complexo envolvendo a produção de etanol, açúcar, ácido cítrico, lisina, PHB e leveduras. A este complexo foi anexada uma unidade de extração de óleo de soja e uma planta de produção de biodiesel. A integração do complexo soja se mostrou viável sob o ponto de vista de suprimento de utilidades (vapor e energia elétrica) e produção de rações de farelo de soja com lisina e levedura. A produção de soja na reforma da área de cana apresenta benefícios de redução de custo de plantio, sendo uma alternativa de integração entre culturas energéticas e de alimentos. Esta produção, entretanto, é insuficiente para justificar a instalação de extratoras de soja anexas a usinas. A biorefinaria sugerida apresentou um valor presente líquido superior ao da instalação de uma usina autônoma utilizada como referência. Para futuros trabalhos foram sugeridos estudos de programação linear para as rotas de produção dos produtos intermediários e finais a partir dos blocos de construção identificados, a integração da biorefinaria com unidades de produção de proteína animal, com a cultura do sorgo e eucalipto. Esta integração tem como objetivo aumentar o fator de utilização dos equipamentos e possibilitar a inserção de tecnologias avançadas, por rotas de hidrólise e gaseificação além da produção de microalgas para melhor aproveitamento do CO2.

Efeitos de flavonóides e suco de uva sobre a hidrólise de nucleotídeos em soro de ratos adultos

No presente estudo, foi avaliada a hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP em soro de ratos em presença dos seguintes flavonóides: resveratrol, quercitina e rutina in vitro. Também avaliamos os efeitos do resveratrol, administrado na forma de suco de uva sobre a hidrólise dos nucleotídeos em soro de ratos adultos. Por último foi avaliado o efeito do resveratrol sobre a hidrólise dos nucleotídeos, administrado na forma de suco de uva, antes dos ratos serem submetidos ao tratamento com arginina. A hidrólise dos nucleotídeos em soro de ratos in vitro, em presença do resveratrol, aumentou para o substrato ATP em aproximadamente 40% e para o substrato ADP em aproximadamente 60%, mas não mostrou qualquer efeito sobre a hidrólise do AMP, ou seja, a enzima NTPDase foi ativada, enquanto a 5’-nucleotidase não sofreu qualquer alteração. Para a quercitina e para a rutina, outros flavonóides testados in vitro nas mesmas condições, observamos que a hidrólise dos nucleotídeos ATP, ADP e AMP diminuiu. Foi avaliado também, o efeito do suco de uva sobre a hidrólise dos nucleotideos em soro de ratos submetidos a cinco, dez e quinze dias de tratamento. Após quinze dias de tratamento, observou-se aumento na hidrólises de ATP, ADP e AMP. Com esse resultado então, tentamos avaliar se animais recebendo injeções de arginina (tratamento que já mostrara redução na hidrólise dos nucleotídeos em trabalho anterior), tendo previamente acesso ao suco de uva durante quinze dias, poderiam recuperar as atividades de hidrólise dos nucleotídeos. Concluimos que o resveratrol pode aumentar a hidrólise destes nucleotídeos em soro de ratos e que o suco de uva se administrado no lugar da água, também leva a um aumento na hidrólise de ATP, ADP e AMP. Nos protocolos onde houve diminuição na atividade de hidrólise do nucleotídeos por tratamento com arginina, observamos que o tratamento prévio com suco de uva preveniu o decréscimo na atividade das enzimas NTPDase e 5’-nucleotidase.