Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Forest resources in Graciosa Island (Azores) : biomass availability for sustainable energetic use

Dissertação de Mestrado em Ambiente, Saúde e Segurança.

Análise de uma amostragem de caça submarina na Ilha Terceira, no período de 1992 a 2012 : comparação com dados de pesca artesanal

Dissertação de Mestrado em Gestão e Conservação da Natureza.

Avaliação da auto-suficiência energética na indústria nacional arrozeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia mecânica

Efeito das condições ambientais na produtividade lipídica da Dunaliella tertiolecta

Este trabalho teve como objectivo a optimização das condições de crescimento de biomassa algal tendo em vista a sua utilização como fonte de lípidos para biocombustíveis. Assim, procedeu-se à inoculação de duas estirpes, a Dunaliella tertiolecta (água salgada) e a Tetraselmis subcordiformis (água salobra), seleccionando-se a Dunaliella tertiolecta uma vez que esta apresentou um crescimento mais rápido. Escolhida a estirpe a usar, avaliou-se a influência da composição do meio de cultura da espécie, variando-se a concentração de macronutrientes (Magnésio, Potássio, Azoto, Fósforo) e de micronutrientes (Manganês, Zinco, Ferro, Cobalto) presentes no meio em 10 e 20 vezes, comparativamente à do meio de cultura padrão, o meio Artificial Seawater Medium with Vitamins. Avaliou-se o crescimento algal, a uma temperatura de 25 ºC ± 2 ºC, com uma intensidade de iluminação de 5000 lux (lâmpadas luz dia) e fotoperíodos 12:12 h, controlando possíveis contaminações nas culturas em estudo. Para os ensaios realizados com a Dunaliella tertiolecta, os melhores resultados para a produtividade média e máxima de biomassa, 63,06 mgbiomassa seca/L.dia e 141,79 mgbiomassa seca/L.dia, respectivamente, foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato). Os resultados mais satisfatórios para o teor lípidico e para a produtividade lipídica máxima, 33,45% e 47,43 mgóleo/L.dia respectivamente, também foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato), (com extracção dos lípidos usando o método de Bligh e Dyer). Foram testados dois solventes para a extracção de lipídos, o clorofórmio e o hexano, tendose obtido resultados superiores com o clorofórmio, comparativamente aos obtidos quando se usou hexano, com excepção do ensaio em que se aumentou 20 vezes a concentração de fósforo no meio de cultura das microalgas. Verificou-se que, em todos os ensaios foi atingido o estado estacionário sensivelmente na mesma altura, isto é, decorridos cerca de 25 dias após o início do estudo, excepto os ensaios em que se fez variar a concentração de cobalto, para os quais as culturas não se adaptaram às alterações do meio, acabando por morrer passados 15 dias. A adição dos macronutrientes e micronutrientes usados nos ensaios, nas quantidades testadas, não influenciou significativamente a produtividade lipídica, com excepção do azoto e ferro. Conclui-se que o aumento da concentração de azoto para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para mais do dobro (3,6 vezes – Padrão: 13,25 mgóleo/L.dia; 10x N: 47,43 mgóleo/L.dia) e que o aumento da concentração de ferro para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para aproximadamente o dobro (1,9 vezes - Padrão: 14,61 mgóleo/L.dia; 10x Fe: 28,04 mgóleo/L.dia). Nos ensaios realizados com adição de azoto ou ferro, os resultados obtidos para a concentração, teor lípidico e produtividade lipídica máxima, foram sempre superiores aos do padrão correspondente, pelo que se pode concluir que estes ensaios se apresentam como os mais promissores deste estudo, embora o ensaio mais satisfatório tenha sido aquele em que se promoveu a alteração da concentração de azoto para 10 vezes o valor padrão.

Modelação do aquecimento de água de uma indústria local por meio de energias renováveis e estudo da sua viabilidade económica

Dissertação de Mestrado, Engenharia e Gestão de Sistemas de Água, 12 de Outubro de 2015, Universidade dos Açores.

Biofiltration of Air/Styrene and Air/Styrene/Acetone mixtures in a bubble column reactor

The goal of this work was the treatment of polluted waste gases in a bubble column reactor (BCR), in order to determinate the maximum value of reactor’s efficiency (RE), varying the inlet concentration (C in) of the pollutants. The gaseous mixtures studied were: (i) air with styrene and (ii) air with styrene and acetone. The liquid phase used to contain the biomass in the reactor was a basal salt medium (BSM), fundamental for the microorganisms’ development. The reactor used in this project consists of a glass column of 620mm height and inside diameter 75mm. In all essays there were continually measured: pH, dissolved oxygen and liquid’s temperature. Temperature and pH were controlled (T=24ºC, 7.0 ≤ pH ≤ 7.7). In all experiments the liquid volume (including the biomass) used in the reactor was kept constant (1.5L) as well as the total gas flowrate (1 L/min). Concerning the goal of the work, some parameters were calculated: the organic load (OL), removal efficiency (RE), elimination capacity (EC), biomass concentration (xf) and dry biomass concentration (Xdw). In a first series of experiments, the gas mixture used was air with styrene, varying its concentration from 191 mg.m-3 to 6500 mg.m-3.It was concluded that the RE maximum value (97%) was obtained for C in Sty = 4200 mg.m-3. For the maximum tested value of C in Sty, RE obtained was 20%. In a second step, the gaseous mixture included acetone, varying C in Sty between 225 mg.m-3 and 2659 mg.m-3 and C in Ac between 153mg.m-3 and 1389 mg.m-3. The aim of these tests was the determination of C in Ac for which RE was maximum, obtaining C in Ac = 750 mg.m-3. A third series of experiments was performed, in which C in Ac was maintained equal to that value and C in Sty was varied until higher values (5422 mg.m-3). RE maximum values obtained in this last series were 100% for styrene and 40% for acetone. One important conclusion is the fact that the microorganisms available degrade better styrene than acetone. On the ambit of this study, it was possible to identify the species available in biomass: Xanthobacter antotrophicus py2, Enterobacter aerogenes, Nocardia, Corynebacterium Spp., Rhodococcus rhodochrous e Pseudomonas Sp.

Otimização das condições de cultivo de Ulva lactuca (Chlorophyta, Chlorophyceae) para alimentação de Haliotis tuberculata

Dissertação de Mestrado, Estudos Integrados dos Oceanos, 26 Fevereiro de 2016, Universidade dos Açores.

Aplicação de filmes de suberina na produção de materiais bio-funcionais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Centrais fotovoltaicas para a microprodução

Portugal, produz apenas uma pequena parte da energia que consome, toda a restante energia consumida é importada. Portugal apresenta uma forte dependência energética do exterior, das maiores da UE. Não explorando quaisquer recursos energéticos fósseis no seu território desde 1995 (quando deixou de extrair carvão), a sua própria produção de energia assenta exclusivamente no aproveitamento dos recursos renováveis, como sendo a água, o vento, a biomassa e outros em menor escala. Esta situação tem consequências directas na nossa economia, uma vez que o custo dos combustíveis fósseis importados encarece a produção de bens e serviços em território nacional. Para além disso tem também implicações sociais, pois representa custos acrescidos para o consumidor e reflecte‐se no ambiente, devido à produção crescente de Gases com Efeito de Estufa (GEE). No ano de 2008 a potência instalada em Portugal era de 14916 MW, sendo que 30,7% dessa potência é da responsabilidade das centrais hidroeléctricas, 39,01% da responsabilidade de centrais termoeléctricas e 30,29% é referente a produção em regime especial (P.R.E.). De entre os P.R.E. destacam‐se os 2624 MW da responsabilidade de produtores eólicos e apenas 50 MW instalados em sistemas fotovoltaicos [1]. No entanto Portugal, à excepção do Chipre, tem a melhor insolação anual de toda a Europa, com valores 70% superiores aos verificados na Alemanha. Esta diferença leva a que o custo da electricidade produzida em condições idênticas seja 40% menor em Portugal. Este aspecto é uma enorme vantagem que tem de ser capitalizada.

Biocatálise em meios não convencionais

Realizou-se um estudo comparativo da actividade da enzima cutinase de Fusarium solani pisi imobilizada nos zéolitos NaA e NaY, em n-hexano, acetonitrilo, etano supercrítico (etano-sc) e dióxido de carbono supercrítico (CO2-sc), a duas actividades da água diferentes (aW) fixadas com pares de sais hidratados in situ, e em condições ácido-base fixadas com tampões sólidos possuindo valores de pKa em meio aquoso entre 4,3 e 10. A reacção estudada foi a transesterificação do butirato de vinilo pelo (R,S)-2-fenil-1- propanol.

Contribuição para o estudo da influência do dióxido de carbono no processo de biodegradação (reactor fed-batch proporcional)

O reactor “Fed-batch” Proporcional utiliza o aumento de pressão que se verifica no interior do reactor, provocado pela acumulação do dióxido de carbono produzido no decurso da degradação aeróbia de um composto orgânico, para adicionar substrato ao reactor, sendo a alimentação proporcional à velocidade ou taxa de degradação de substrato. Nestas circunstâncias, e pretendendo-se avaliar da fiabilidade daquele tipo de reactor, era necessário verificar se a reacção biológica era perturbada pela acumulação de dióxido de carbono. Assim, o presente trabalho teve por objectivo estudar a influência do dióxido de carbono, dissolvido na solução de fermentação, no crescimento microbiano e no consumo de substrato, através da comparação do funcionamento, em paralelo, de dois reactores “fed-batch”, sendo um proporcional e outro aberto. Constatou-se que os valores das constantes cinéticas, taxa específica de consumo de substrato (qobs) e coeficiente de rendimento celular (Y(X/S)), determinados no reactor “Fed-batch” Proporcional e num reactor “Fed-batch” Aberto, operados em condições equivalentes, eram semelhantes. Os valores da taxa de crescimento específica (μobs) apresentam diferenças mais significativas, no entanto a maioria dos testes estatísticos não-paramétricos aplicados demonstraram que o conjunto de valores de cada reactor pertencem à mesma distribuição. A taxa de consumo de oxigénio (OUR), que reflecte a viabilidade da biomassa, é normalmente superior no reactor “Fed-batch” Aberto. Os resultados obtidos no presente estudo não evidenciaram efeitos inibidores, para a reacção biológica, provocados pelo dióxido de carbono dissolvido, ou pelos iões bicarbonato que se acumulam no reactor “Fed-batch” Proporcional.

Síntese de acetato de decilo por catálise enzimática em meio supercrítico

Este trabalho teve como objectivo o estudo, em reactor fechado, da produção de ésteres de cadeia longa por catálise enzimática em meio supercrítico com vista ao desenvolvimento de um processo sustentável, tecnologicamente eficiente e limpo e que constitua uma alternativa aos processos químicos tradicionais. Como composto modelo a produzir foi seleccionado o acetato de decilo, um éster com aplicação na indústria de fragrâncias. A reacção estudada foi a transesterificação do acetato de vinilo com o decanol, obtendo-se como principal produto o acetato de decilo. O catalisador escolhido foi a lipase B de Candida antarctica (CALB), imobilizada na resina macroporosa Lewatit B (Novozym 435®). A síntese de acetato de decilo foi estudada numa instalação experimental de alta pressão, equipada com um reactor fechado de volume variável, a operar isotermicamente a 35 ºC e a 100 bar, usando-se como solvente CO2 em condições supercríticas. Fez-se a determinação do conteúdo enzimático por tamanho de partícula de catalisador, tendo-se verificado que as partículas mais pequenas têm uma quantidade específica de enzima mais elevada, havendo uma relação inversamente proporcional entre o conteúdo enzimático e o tamanho de partícula. Verificou-se também que a enzima deve estar localizada numa camada exterior da partícula, seguindo um modelo do tipo “casca de ovo”, sendo a espessura dessa camada de 60 μm (assumindo distribuição uniforme) e independente do tamanho de partícula. Analisaram-se as resistências à transferência de massa, tanto externas como internas. Para as primeiras, fez-se apenas variar a agitação dentro do reactor, mantendo todas as outras condições de operação constantes (temperatura, pressão, quantidade de enzima, tamanho de partícula, concentração de substratos na alimentação). Verificou-se que a partir de 950 r.p.m. as resistências externas à transferência de massa são eliminadas. Relativamente às resistências internas, realizaram-se várias reacções com diferentes tamanhos de partícula, mas com a mesma quantidade de enzima, a mesma concentração dos dois substratos na alimentação, a mesma agitação, temperatura e pressão. Os resultados obtidos mostram que não há influência significativa do tamanho das partículas de catalisador sobre a velocidade inicial de reacção, pelo que as resistências internas à transferência de massa se podem considerar desprezáveis. Estudou-se também o efeito da variação da concentração dos substratos na alimentação sobre as velocidades iniciais de reacção. Observou-se que a partir de uma determinada concentração de decanol em excesso relativamente ao acetato de vinilo, a reacção é inibida pelo álcool. Pelo contrário, a reacção é favorecida quando a alimentação tem excesso de acetato de vinilo, havendo um aumento significativo da sua velocidade inicial. Estes resultados são consistentes com um mecanismo do tipo Ping-pong bi-bi com inibição competitiva por parte do álcool, comum na descrição de reacções enzimáticas de esterificação/transesterificação. Por último, fez-se uma comparação dos resultados obtidos em meio supercrítico (CO2) e em meio orgânico (hexano). Observou-se que as reacções em hexano apresentam uma velocidade inicial significativamente superior.

Quantificação da fracção de carbono neutro nos resíduos com potencial para valorização energética

A queima de combustíveis fósseis é a maior intervenção humana sobre o clima global, representando cerca de 80% das emissões antropogénicas de GEE. Nesta dissertação é estudada a opção de substituição de um combustível fóssil por um combustível rico em Biomassa (refugos do embalão e rejeitados de TMB), de maneira a reduzir as emissões de CO2. Estes dados foram analisados à luz do CELE, como forma de obtenção de créditos de carbono para o Protocolo de Quioto resultantes da queima de carbono neutro cujas emissões não são contabilizadas no balanço nacional de emissões. Esta redução das emissões de GEE associada ao desvio de resíduos dos aterros constitui vantagens significativas indicando o CDR como um combustível com potencial. Para o refugo do embalão foram obtidos valores de Biomassa de cerca 36% e para a fracção Não Biomassa de 55% enquanto que o rejeitado do TMB apresenta 72% de Biomassa e 14% de Não Biomassa. Os resultados obtidos permitiram concluir que a queima destes combustíveis ricos em Biomassa é uma solução viável para a redução das emissões de CO2 para uma percentagem de 20% quando comparada com a queima de 100% de um combustível fóssil (redução de 20 843 tCO2/ano para o refugo do embalão e de 44 371 tCO2/ano para o rejeitado de TMB). No entanto, apesar dos benefícios apontados, características como a heterogeneidade do material e a elevada humidade têm de ser tidas em consideração na utilização destes combustíveis. Palavras-chave: CO2, Biomassa, carbono neutro, CDR, comércio de emissões, combustível alternativo.

Estudo da influência das concentrações de N e P sobre o desenvolvimento de cianobactérias em cultura mista

Ao longo de 40 anos, muitos trabalhos têm vindo a ser desenvolvidos no âmbito do tema da eutrofização e desenvolvimento de biomassa fitoplanctónica. Em todos eles, eram sugeridos factores responsáveis, desde a latitude, luz, temperatura, mistura da coluna de água e os inputs de nutrientes. Toda a controvérsia gerada em torno da eutrofização, levou a que a inércia adoptada em situações de risco induzisse a degradação de muitos sistemas aquáticos. É quando, além da degradação estética, os problemas começam a surgir, que se compreende a necessidade de que surjam medidas de gestão e requalificação das lagoas e bacias hidrográficas. A tendência para a ocorrência de florescências de organismos como cianobactérias, implica a necessidade de maiores cuidados nos usos das massas de água, principalmente ao nível da produção de água para consumo humano e do uso recreativo. Uma boa gestão, implica um conhecimento aprofundado do comportamento destes organismos. Este trabalho, apresenta as respostas de organismos recolhidos em florescências naturais, na Lagoa das Furnas – ilha de S. Miguel (Açores) em meios com diferentes teores de azoto. As diferenças entre os resultados, permitem retirar algumas conclusões sobre as condições preferenciais ao seu desenvolvimento. De um modo geral, as culturas comportaram-se da forma esperada, desenvolvendo-se mais com doses de azoto mais elevadas. Este desenvolvimento foi verificado tanto pelo aumento das partículas ao longo de todo o ensaio, mas também pelos valores de pigmentos registados no fim deste. Por outro lado, o facto do azoto ter sido adicionado sob a forma amoniacal ou de nitratos, permite concluir que os organismos presentes nas florescências preferem assimilar as formas azotadas que impliquem um menor consumo energético. Daí que se tenham verificado desenvolvimentos mais significativos em meios em que foi adicionado azoto amoniacal. O facto de ser tratar de um trabalho baseado nas condições de desenvolvimento de organismos vivos, era de esperar alguma imprevisibilidade dos comportamentos. Sendo assim, será recomendável aprofundar o conhecimento das reacções dos organismos em cultura mista para doses diferentes de azoto, assim como a realização de ensaios em que para uma dose de N fixa, se façam variar as concentrações de P.