Spent coffee grounds for biodiesel production and other applications

This work evaluates the possibility of using spent coffee grounds (SCG) for biodiesel production and other applications. An experimental study was conducted with different solvents showing that lipid content up to 6 wt% can be obtained from SCG. Results also show that besides biodiesel production, SCG can be used as fertilizer as it is rich in nitrogen, and as solid fuel with higher heating value (HHV) equivalent to some agriculture and wood residues. The extracted lipids were characterized for their properties of acid value, density at 15 °C, viscosity at 40 °C, iodine number, and HHV, which are negatively influenced by water content and solvents used in lipid extraction. Results suggest that for lipids with high free fatty acids (FFA), the best procedure for conversion to biodiesel would be a two-step process of acid esterification followed by alkaline transesterification, instead of a sole step of direct transesterification with acid catalyst. Biodiesel was characterized for its properties of iodine number, acid value, and ester content. Although these quality parameters were not within the limits of NP EN 14214:2009 standard, SCG lipids can be used for biodiesel, blended with higher-quality vegetable oils before transesterification, or the biodiesel produced from SCG can be blended with higher-quality biodiesel or even with fossil diesel, in order to meet the standard requirements.

A novel application of microwave-assisted extraction of polyphenols from brewer’s spent grain with HPLC-DAD-MS analysis

This paper reports a novel application of microwave-assisted extraction (MAE) of polyphenols from brewer’s spent grains (BSG). A 24 orthogonal composite design was used to obtain the optimal conditions of MAE. The influence of the MAE operational parameters (extraction time, temperature, solvent volume and stirring speed) on the extraction yield of ferulic acid was investigated through response surface methodology. The results showed that the optimal conditions were 15 min extraction time, 100 °C extraction temperature, 20 mL of solvent, and maximum stirring speed. Under these conditions, the yield of ferulic acid was 1.31±0.04% (w/w), which was fivefold higher than that obtained with conventional solid–liquid extraction techniques. The developed new extraction method considerably reduces extraction time, energy and solvent consumption, while generating fewer wastes. HPLC-DADMS analysis indicated that other hydroxycinnamic acids and several ferulic acid dehydrodimers, as well as one dehydrotrimer were also present, confirming that BSG is a valuable source of antioxidant compounds.

Brewer's spent grain from different types of malt: Evaluation of the antioxidant activity and identification of the major phenolic compounds

The antioxidant activity and phenolic composition of brewer's spent grain (BSG) extracts obtained by microwave-assisted extraction from twomalt types (light and darkmalts) were investigated. The total phenolic content (TPC) and antioxidant activity among the light BSG extracts (pilsen, melano, melano 80 and carared)were significantly different (p b 0.05) compared to dark extracts (chocolate and black types), with the pilsen BSG showing higher TPC (20 ± 1 mgGAE/g dry BSG). In addition, the antioxidant activity assessed by 2,2-diphenyl- 1-picrylhydrazyl, 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) and deoxyribose assays decreased as a result of increasing kilning temperatures in the following order: pilsen N melano N melano 80 N carared N chocolate N black. HPLC-DAD/ESI-MS/MS analysis indicated the presence of phenolic acids, such as ferulic, p-coumaric and syringic acids, as well as several isomeric ferulate dehydrodimers and one dehydrotrimer. Chocolate and black extracts, obtained frommalts submitted to the highest kilning temperatures, showed the lowest levels of ferulic and p-coumaric acids. These results suggested that BSG extracts from pilsen malt might be used as an inexpensive and good natural source of antioxidants with potential interest for the food, pharmaceutical and/or cosmetic industries after purification.

Revalorization of spent coffee residues by a direct agronomic approach

Spent coffee grounds (SCG) represent a high-volume food waste worldwide, and several reuse approaches have been attempted. Herein, a greenhouse field experiment was carried out by cultivating Batavia lettuce with 5%, 10%, 15%, 20% and 30% (v/v) espresso SCG directly composted in the soil. Healthy vegetables were obtained for all treatments, without yield loss for up to 10% SCG. A progressive increment of green color intensity with increasing SCG content was observed, corroborated by the increase of their photosynthetic pigments (chlorophylls and carotenoids). Furthermore, total ascorbic acid and tocopherols showed statistical significant increases (p < 0.001) between control and all tested groups. Marked variations of nutritionally relevant minerals, particularly potassium, phosphorous and sodium were also revealed at higher percentage treatments (20% and 30%). This approach constitutes a clean, direct, simple and cost-effective measure to produce value-added vegetables, while reducing food waste disposal.

Virtual communities of practice: investigating motivations and constraints in the processes of knowledge creation and transfer

With accelerated market volatility, faster response times and increased globalization, business environments are going through a major transformation and firms have intensified their search for strategies which can give them competitive advantage. This requires that companies continuously innovate, to think of new ideas that can be transformed or implemented as products, processes or services, generating value for the firm. Innovative solutions and processes are usually developed by a group of people, working together. A grouping of people that share and create new knowledge can be considered as a Community of Practice (CoP). CoP’s are places which provide a sound basis for organizational learning and encourage knowledge creation and acquisition. Virtual Communities of Practice (VCoP's) can perform a central role in promoting communication and collaboration between members who are dispersed in both time and space. Nevertheless, it is known that not all CoP's and VCoP's share the same levels of performance or produce the same results. This means that there are factors that enable or constrain the process of knowledge creation. With this in mind, we developed a case study in order to identify both the motivations and the constraints that members of an organization experience when taking part in the knowledge creating processes of VCoP's. Results show that organizational culture and professional and personal development play an important role in these processes. No interviewee referred to direct financial rewards as a motivation factor for participation in VCoPs. Most identified the difficulty in aligning objectives established by the management with justification for the time spent in the VCoP. The interviewees also said that technology is not a constraint.

Satisfação de utentes do ACES Tâmega I – Baixo Tâmega

A reforma dos cuidados de saúde primários surgiu, em 2005, com o objectivo principal de criar um novo modelo de organização dos cuidados de saúde primários mais próximo dos cidadãos e mais eficiente, tendo surgido, neste contexto, as Unidades de Saúde Familiares (USF) e, mais recentemente, as Unidades de Cuidados de Saúde Personalizados (UCSP). Importa agora determinar a avaliação que os utentes destas unidades fazem dos cuidados que lhes são prestados. O presente estudo pretende avaliar a satisfação dos utentes das UCSP e USF do Agrupamento de Centros de Saúde (ACES)Tâmega I- Baixo Tâmega e identificar os factores que a influenciam, tendo sido utilizado para tal uma versão adaptada e validada do questionário Europep. Os resultados demonstram queos utentes do ACES Tâmega I - Baixo Tâmega avaliam favoravelmente os cuidados de saúde. As dimensões com maior satisfação são a “relação e comunicação”, com destaque para o tempo dedicado pelo pessoal de enfermagem, os“recursos humanos”, com destaque para a competência, cortesia e carinho do pessoal de enfermagem e as“instalações”. Os níveis mais baixos de satisfação, embora positivos, são relativos à organização dos serviços e continuidade e cooperação. O tempo de espera na sala de espera, referente à organização dos serviços, é,entre todos, o aspecto com pior avaliação distanciando-se significativamente de todos os outros itens avaliados. Também na análise dos comentários relativos a surpresas agradáveis e desagradáveis encontradas nas unidades verifica-se que os aspectos organizacionais são os que mais desagradam os utentes e os relacionais os que mais agradam. Verifica-se que a idade, estado civil, escolaridade, utilização da unidade de saúde e tipo de unidade determinam diferenças na satisfação. Os utentes das USF recomendam mais a sua unidade de saúde e encontram-semais satisfeitos em todas as dimensões da satisfação avaliadas, sendoesta discrepância mais acentuada a nível da organização dos serviços e resposta às necessidades.

Espresso coffee residues: a valuable source of unextracted compounds

Espresso spent coffee grounds were chemically characterized to predict their potential, as a source of bioactive compounds, by comparison with the ones from the soluble coffee industry. Sampling included a total of 50 samples from 14 trademarks, collected in several coffee shops and prepared with distinct coffee machines. A high compositional variability was verified, particularly with regard to such water-soluble components as caffeine, total chlorogenic acids (CGA), and minerals, supported by strong positive correlations with total soluble solids retained. This is a direct consequence of the reduced extraction efficiency during espresso coffee preparation, leaving a significant pool of bioactivity retained in the extracted grounds. Besides the lipid (12.5%) and nitrogen (2.3%) contents, similar to those of industrial coffee residues, the CGA content (478.9 mg/100 g), for its antioxidant capacity, and its caffeine content (452.6 mg/100 g), due to its extensive use in the food and pharmaceutical industries, justify the selective assembly of this residue for subsequent use.

Produção de biodiesel por catálise heterogénea

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

PPO Reaction Scale-up

O óxido de polifenileno com a marca comercial PPO® é uma das resinas principais produzidas na SABIC IP e o ingrediente principal do plástico de engenharia com a marca registada, Noryl®. A equipa de tecnologia de processo de PPO® desenvolve uma série de novos produtos em reactores de pequena escala, tanto em Selkirk como em Bergen op Zoom. Para se efectuar uma transição rápida da escala laboratorial para a fábrica, é necessário um conhecimento completo do reactor. O objectivo deste projecto consiste em esboçar linhas gerais para o scale-up de novos produtos de PPO1, do laboratório para a escala industrial, baseado no estudo de um tipo de PPO, PPO 803. Este estudo pode ser dividido em duas fases. Numa primeira fase, as receitas e os perfis da reacção são comparados, de onde se retiram as primeiras conclusões. Posteriormente, com base nestas conclusões, é realizado um planeamento experimental. O estudo inicial sugeriu que a receita, a temperatura inicial do reactor e a velocidade do agitador poderiam influenciar o tempo da reacção bem como a queda da velocidade intrínseca do polímero (IV drop). As reacções experimentais mostraram que a receita é o principal factor que influencia, tanto o tempo de reacção, como a queda de viscosidade intrínseca. O tempo de reacção será tanto maior quanto menor a agitação devido à má dispersão do oxigénio na mistura. O uso de temperaturas iniciais elevadas conduz a uma queda maior da viscosidade intrínseca devido à desactivação do catalisador. O método experimental utilizado no laboratório de Bergen op Zoom é um bom exemplo, simulador, do procedimento utilizado na fábrica.

Utilização de co-solventes na produção de biodiesel a partir de óleo residual e etanol por catálise enzimática

A constante e sistemática subida de preço dos combustíveis fósseis e as contínuas preocupações com o meio ambiente determinaram a procura de soluções ambientalmente sustentáveis. O biodiesel surge, então, como uma alternativa para essa problemática, bem como uma solução para resíduos líquidos e gordurosos produzidos pelo ser humano. A produção de biodiesel tem sido alvo de extensa atenção nos últimos anos, pois trata-se de um combustível biodegradável e não poluente. A produção de biodiesel pelo processo de transesterificação usando álcoois de cadeia curta e catalisadores químicos, nomeadamente alcalinos, tem sido aceite industrialmente devido à sua elevada conversão. Recentemente, a transesterificação enzimática tem ganho adeptos. No entanto, o custo da enzima permanece uma barreira para a sua aplicação em grande escala. O presente trabalho visa a produção de biodiesel por transesterificação enzimática a partir de óleo residual de origem vegetal. O álcool usado foi o etanol, em substituição do metanol usado convencionalmente na catálise homogénea, pois a atividade da enzima é inibida pela presença deste último. As maiores dificuldades apresentadas na etanólise residem na separação das fases (Glicerol e Biodiesel) após a reação bem como na menor velocidade de reação. Para ajudar a colmatar esta desvantagem foi estudada a influência de dois cosolventes: o hexano e o hexanol, na proporção de 20% (v/v). Após a escolha do co-solvente que permite obter melhor rendimento (o hexano), foi elaborado um planeamento fatorial no qual se estudou a influência de três variáveis na produção de biodiesel por catálise enzimática com etanol e co-solventes: a razão molar óleo/álcool (1:8, 1:6 e 1:4), a quantidade de co-solvente adicionado (30, 20 e 10%, v/v) e o tempo de reação (48, 36 e 24h). A avaliação do processo foi inicialmente seguida pelo rendimento da reação, a fim de identificar as melhores condições, sendo substituída posteriormente pela quantificação do teor de ésteres por cromatografia em fase gasosa. O biodiesel com teor de ésteres mais elevado foi produzido nas condições correspondentes a uma razão molar óleo:álcool de 1:4, com 5g de Lipozyme TL IM como catalisador, 10% co-solvente (hexano, v/v), à temperatura de 35 ºC durante 24h. O rendimento do biodiesel produzido sob estas condições foi de 73,3%, traduzido em 64,7% de teor de ésteres etílicos. Contudo o rendimento mais elevado que se obteve foi de 99,7%, para uma razão óleo/álcool de 1:8, 30% de co-solvente (hexano, v/v), reação durante 48h a 35 ºC, obtendo-se apenas 46,1% de ésteres. Por fim, a qualidade do biodiesel foi ainda avaliada, de acordo com as especificações da norma EN 14214, através das determinações de densidade, viscosidade, ponto de inflamação, teor de água, corrosão ao cobre, índice de acidez, índice de iodo, teor de sódio (Na+) e potássio (K+), CFPP e poder calorífico. Na Europa, os ésteres etílicos não têm, neste momento, norma que os regule quanto à classificação da qualidade de biodiesel. Contudo, o biodiesel produzido foi analisado de acordo com a norma europeia EN14214, norma esta que regula a qualidade dos ésteres metílicos, sendo possível concluir que nenhum dos parâmetros avaliados se encontra em conformidade com a mesma.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Aproveitamento e valorização de resíduos provenientes da produção de Biodiesel

Com o desenvolvimento económico das últimas décadas, a gestão de recursos energéticos é um desafio que a sociedade moderna enfrenta. Assim, actualmente há a necessidade da procura de novas fontes de energia, fontes de energia renováveis. Sendo o biodiesel uma fonte de energia renovável, a sua crescente produção irá trazer um aumento da produção de resíduos, como o glicerol e ácidos gordos. É pois importante reduzir/valorizar estes resíduos de forma a impedir a sua acumulação ao longo do tempo. A valorização destes resíduos é o objectivo principal deste trabalho. A primeira parte consistiu na esterificação de ácidos gordos livres com glicerol, na presença de um catalisador ácido, para a produção de monoglicerídeos. Foram utilizados diferentes tipos de matérias-primas: glicerol (76,3%) e resíduo de ácidos gordos (20,8%), fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, glicerol puro (92,2%) e ácido oleico puro (93,1%). Os catalisadores usados foram o cloreto de zinco comercial e o ácido p-tolueonossulfónico comercial. Não foram efectuadas análises específicas aos monoglicerídeos, o produto foi caracterizado pelo índice de acidez. Aparentemente, a maior conversão de ácidos gordos foi obtida no ensaio de esterificação de ácidos gordos com glicerol, ambos da SOCIPOLE SA. No entanto, este não serviu como termo de comparação com os outros devido à formação de uma fase sólida (polímero). Relativamente aos outros ensaios, com razão molar glicerol/ácidos gordos de 1:3, o melhor resultado foi obtido na reacção de glicerol da SOCIPOLE SA com ácido oleico puro, na presença do catalisador ácido p-toluenossulfónico, à temperatura de 106,3ºC e tempo de reacção de 4h30min, sendo a conversão final de ácido oleico 80,7%. Na segunda parte foi feito o estudo da esterificação de ácidos gordos livres com metanol, na presença de ácido sulfúrico, para a produção de biodiesel utilizando ácidos gordos fornecidos pela empresa SOCIPOLE SA, ácidos gordos derivados dos sabões de um resíduo de glicerol fornecido pelo Laboratório de Tecnologia Química, Professora Doutora Lídia Vasconcelos do ISEP e ácidos gordos derivados dos sabões do glicerol bruto, fornecido pela empresa SOCIPOLE SA. Os ensaios foram efectuados a 65ºC, com uma agitação de 120rpm e uma razão molar ácidos gordos/metanol de 1:3. Verificou-se que o índice de acidez do produto, depois de lavado e seco, diminuía com o tempo de reacção e na generalidade a percentagem de ésteres aumentava, observando-se que a partir das seis horas, a reacção se tornava muito lenta. O estudo da razão ácidos gordos/metanol, não permitiu tirar conclusões. O melhor resultado obtido correspondeu a um produto com 96,2% de ésteres metílicos e 8,54mgKOH/gamostra de índice de acidez, pelo que não pode ainda ser designado de biodiesel.

Planeamento do consumo de energia eléctrica

O objectivo deste trabalho é optimizar o planeamento de produção tendo como meta a redução do custo total da energia eléctrica consumida. Este trabalho está dividido em 3 etapas distintas: na 1ª etapa foi feito um levantamento do problema, das restrições do mesmo e da escolha do modelo para a sua resolução. Na etapa seguinte, fez-se a escolha da ferramenta a usar, que foi o Xpress, e fez-se a implementação do problema nessa mesma ferramenta. E por fim, na 3ª etapa, foi feita a validação do modelo e análise das soluções obtidas com comparações com que o era feito antes. Recorrendo a programação inteira foi desenvolvido um modelo de optimização para atingir o objectivo em causa e consequentemente foi escrito o código que reflectisse o modelo matemático. Todos os passos necessários à sua implementação foram concluídos e validados com comparação com o que antes se fazia, notando-se assim melhorias ao nível de eficiência energética na ordem dos 8%, mas também uma melhoria no aproveitamento de recursos humanos e tempo que eram despendidos para desenvolver planos de produção de forma manual. Essa melhoria temporal que se compreende entre quatro a seis horas semanais pode ser aplicada noutras actividades da empresa com maior valor acrescentado.

Melhoria do processo produtivo da Yazaki Porto Technical Centre

No actual contexto macroeconómico, a melhoria dos processos e o aproveitamento de todas as sinergias, são factores que se tornaram ainda mais importantes e nalguns casos, condição sine qua non para a sobrevivência das próprias empresas. Cada vez mais as empresas são obrigadas a produzir mais com menos recursos, com a qualidade desejada pelos clientes e a preços competitivos. A qualidade do produto final não deve ser afectada com a desculpa da implementação de uma política da redução de custos. Pelo contrário, deve existir a preocupação de eliminar da cadeia de valor tudo o que não contribui com valor acrescentado, melhorando nalguns casos a própria qualidade do produto final. A realização deste projecto tem como objectivo, analisar e implementar, através de ferramentas relacionadas com a metodologia Lean, melhorias na produção de aplicadores de cravação numa empresa multinacional ligada ao ramo automóvel. Pretende-se um aumento da taxa de produção diária em 50%, obtida essencialmente através do balanceamento dos recursos humanos e no desenvolvimento de um sistema kanban incorporado no sector produtivo. A parte inicial do trabalho incidiu no estudo e análise do produto e respectivo processo produtivo. Posteriormente e por várias fases efectuaram-se análises aos tempos de fabrico e ao sequenciamento das operações, com vista ao conhecimento de todo o processo de montagem de modo a identificar os aspectos de melhoria. Após o registo dos pontos a eliminar e/ou a melhorar, procedeu-se a uma análise criteriosa dos dados recolhidos, efectuando-se o balanceamento dos recursos de modo a tornar eficaz a implementação do sistema kanban. Este sistema é a base da melhoria proposta para este tema de dissertação. Após implementação do sistema kanban, foi avaliado o seu desempenho e foram registadas melhorias na produção diária dos aplicadores bem como no lead time despendido no processamento dos mesmos.