Development of a burner to measure biogas generation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Design of biogas pipeline - Energy and sanitation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Hydrogen production by biogas steam reforming: A technical, economic and ecological analysis

Fuel cells are electrochemical energy conversion devices that convert fuel and oxidant electrochemically into electrical energy, water and heat. Compared to traditional electricity generation technologies that use combustion processes to convert fuel into heat, and then into mechanical energy, fuel cells convert the hydrogen and oxygen chemical energy into electrical energy, without intermediate conversion processes, and with higher efficiency. In order to make the fuel cells an achievable and useful technology, it is firstly necessary to develop an economic and efficient way for hydrogen production. Molecular hydrogen is always found combined with other chemical compounds in nature, so it must be isolated. In this paper, the technical, economical and ecological aspects of hydrogen production by biogas steam reforming are presented. The economic feasibility calculation was performed to evaluate how interesting the process is by analyzing the investment, operation and maintenance costs of the biogas steam reformer and the hydrogen production cost achieved the value of 0.27 US$/kWh with a payback period of 8 years. An ecological efficiency of 94.95%, which is a good ecological value, was obtained. The results obtained by these analyses showed that this type of hydrogen production is an environmentally attractive route. © 2013 Elsevier Ltd.

Estrategias y tecnologías disponibles para implementar programas rurales de biogas en América Latina

Versión en inglés disponible en Biblioteca

Potentials of biogas production from young bulls manure fed with different diets

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Energetic and economic analysis of a Brazilian compact cogeneration system: Comparison between natural gas and biogas

Cogeneration may be defined as the simultaneous production of electric power and useful heat from the burning of a single fuel. This technique of combined heat and power production has been applied in both the industrial and tertiary sectors. It has been mainly used because of its overall efficiency, and the guarantee of electricity with a low level of environmental impact. The compact cogeneration systems using internal combustion engine as prime movers are thoroughly applied because of the good relationship among cost and benefit obtained in such devices. The cogeneration system of this study consists of an internal combustion engine using natural gas or biogas as fuel, combined with two heat exchangers and an absorption chiller utilising water-ammonia as working mixture. This work presents an energetic and economic comparison between natural gas and biogas as fuel used for the system proposed. The results are useful to identify the feasible applications for this system, such as residential sector in isolated areas, hotels, universities etc. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Comparative analysis between biogas flow in landfill and electrical resistivity tomography in Rio Claro city, Brazil

The biogas originated from anaerobic degradation of organic matter in landfills consists basically in CH4, CO2, and H2O. The landfills represent an important depository of organic matter with high energetic potential in Brazil, although with inexpressive use in the present. The estimation of production of the productive rate of biogas represents one of the major difficulties of technical order to the planning of capture system for rational consumption of this resource. The applied geophysics consists in a set of methods and techniques with wide use in environmental and hydrogeological studies. The DC resistivity method is largely applied in environmental diagnosis of the contamination in soil and groundwater, due to the contrast of electrical properties frequent between contaminated areas and the natural environment. This paper aims to evaluate eventual relationships between biogas flows quantified in drains located in the landfill, with characteristic patterns of electrical resistivity in depth. The drain of higher flow (117 m3 /h) in depth was characterized for values between 8000 Ω⋅m and 100.000 Ω⋅m, in contrast with values below 2000 Ω⋅m, which characterize in subsurface the drain with less flow (37 m3 /h), besides intermediary flow and electrical resistivity values, attributed to the predominance of areas with accumulation or generation of biogas.

Reforming of a model biogas on Ni and Rh-Ni catalysts: Effect of adding La

Ni catalysts supported on gamma-Al2O3 modified by Rh and La were prepared and evaluated on the reforming of a model biogas. The catalysts were characterized by EDS, XRD, TPR, XANES and surface area estimation (BET). The results showed that in the original Ni catalyst, the Ni interacted strongly with the alumina support, exhibiting high reduction temperatures in TPR tests. In the catalytic tests, the addition of Rh on Ni catalysts improved CH4 conversion but also increased carbon deposition, possible by causing the segregation of Ni species under the reaction conditions. The presence of La on Ni catalysts reduced the carbon deposition by favoring the gasification of carbon species. Addition of synthetic air to the process improved the CH4 conversion and also decreased the carbon formation. The catalysts Ni, Rh-NiLa, and Rh showed good results in the conversion of model sulfur-free biogas, which suggests that they are promising catalysts to be tested in conversion of real biogas. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Biometanazione della frazione organica di rifiuti solidi urbani da raccolta indifferenziata mediante codigestione con refluo zootecnico o addizione di solfuro di sodio

Il presente elaborato è stato finalizzato allo sviluppo di un processo di digestione anaerobica della frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU oppure, in lingua inglese OFMSW, Organic Fraction of Municipal Solid Waste) provenienti da raccolta indifferenziata e conseguente produzione di biogas da impiegarsi per il recupero energetico. Questo lavoro rientra nell’ambito di un progetto, cofinanziato dalla Regione Emilia Romagna attraverso il Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico (PRRIITT), sviluppato dal Dipartimento di Chimica Applicata e Scienza dei Materiali (DICASM) dell’Università di Bologna in collaborazione con la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Ferrara e con la società Recupera s.r.l. che applicherà il processo nell’impianto pilota realizzato presso il proprio sito di biostabilizzazione e compostaggio ad Ostellato (FE). L’obiettivo è stato la verifica della possibilità di impiegare la frazione organica dei rifiuti indifferenziati per la produzione di biogas, e in particolare di metano, attraverso un processo di digestione anaerobica previo trattamento chimico oppure in codigestione con altri substrati organici facilmente fermentabili. E’ stata inoltre studiata la possibilità di impiego di reattori con biomassa adesa per migliorare la produzione specifica di metano e diminuire la lag phase. Dalla sperimentazione si può concludere che è possibile giungere allo sviluppo di metano dalla purea codigerendola assieme a refluo zootecnico. Per ottenere però produzioni significative la quantità di solidi volatili apportati dal rifiuto non deve superare il 50% dei solidi volatili complessivi. Viceversa, l’addizione di solfuri alla sola purea si è dimostrata ininfluente nel tentativo di sottrarre gli agenti inibitori della metanogenesi. Inoltre, l’impiego di supporti di riempimento lavorando attraverso processi batch sequenziali permette di eliminare, nei cicli successivi al primo, la lag phase dei batteri metanogeni ed incrementare la produzione specifica di metano.

Studio di macromolecole associate alla calcificazione in organismi marini

Lo studio riportato in questa tesi ha come scopo l’osservazione e la comprensione dei processi molecolari associati alla deposizione di CaCO3 nei polimorfi di calcite e aragonite nel mollusco gasteropode Haliotis rufescens. In particolare l’attenzione si è focalizzata sullo strato glicoproteico (green layer) che si trova inserito all’interno dell’ipostraco o strato madreperlaceo. Studi precedenti suggeriscono l’ipotesi che il green layer sia una struttura polifunzionale che svolge un ruolo attivo nell’induzione di crescita dei cristalli di carbonato di calcio nella conchiglia. All’analisi microscopica il green layer si presenta come un foglietto trilaminato. Sugli strati esterni è depositata aragonite nella forma prismatica da una parte e sferulitica dall’altra. All’interno è racchiuso un core proteico, formato da glicoproteine e ricco di chitina. Questa struttura tripartita conferisce al guscio calcareo nuove proprietà meccaniche, come la resistenza alle fratture molto maggiore rispetto al minerale naturale. Il green layer è stato trattato in ambiente alcalino, l’unico in grado di solubilizzarlo. È stato ottenuto del materiale proteico che è stato caratterizzato utilizzando SDS-PAGE, colorato con Blu Comassie e all’argento per visualizzarne la componente peptidica. Il green layer è fluorescente, sono state quindi eseguite analisi spettroscopiche sull’estratto peptidico per determinarne le proprietà chimo fisiche (dipendenza dal pH dell’intensità di fluorescenza). Sono stati eseguiti esperimenti di crescita dei cristalli di CaCO3 in ambiente saturo di CaCl2 in assenza e presenza del peptide e in assenza e presenza di Mg++. I cristalli sono stati osservati al microscopio elettronico a scansione (SEM) e al microscopio confocale. Da un punto di vista spettroscopico si osserva che, eccitando l’estratto alcalino del green layer a 280 nm e 295 nm, lunghezze d’onda caratteristiche degli aminoacidi aromatici, si ottiene uno spettro di emissione che presenta una forte banda centrata a 440 nm e una spalla a circa 350 nm, quest’ultima da ascrivere all’emissione tipica di aminoacidi aromatici. L’emissione di fluorescenza dell’estratto dal green layer dipende dal pH per tutte le bande di emissione; tale effetto è particolarmente visibile per lo spettro di emissione a 440 nm, la cui lunghezza d’onda di emissione e l’intensità dipendono dalla ionizzazione di aminoacidi acidi (pKa = 4) e dell’istidina (pKa = 6.5 L’emissione a 440 nm proviene invece da un’eccitazione il cui massimo di eccitazione è centrato a 350 nm, tipica di una struttura policiclica aromatica. Poiché nessun colorante estrinseco viene isolato dalla matrice del green layer a seguito dei vari trattamenti, tale emissione potrebbe derivare da una modificazione posttraduzionale di aminoacidi le cui proprietà spettrali suggeriscono la formazione di un prodotto di dimerizzazione della tirosina: la ditirosina. Questa struttura potrebbe essere la causa del cross-link che rende resistente il green layer alla degradazione da parte di agenti chimici ed enzimatici. La formazione di ditirosina come fenomeno post-traduzionale è stato recentemente acquisito come un fenomeno di origine perossidativa attraverso la formazione di un radicale Tyr ed è stato osservato anche in altri organismi caratterizzati da esoscheletro di tipo chitinoso, come gli insetti del genere Manduca sexta. Gli esperimenti di cristallizzazione in presenza di estratto di green layer ne hanno provato l’influenza sulla nucleazione dei cristalli. In presenza di CaCl2 avviene la precipitazione di CaCO3 nella fase calcitica, ma la conformazione romboedrica tipica della calcite viene modificata dalla presenza del peptide. Inoltre aumenta la densità dei cristalli che si aggregano a formare strutture sferiche di cristalli incastrati tra loro. Aumentando la concentrazione di peptide, le sfere a loro volta si uniscono tra loro a formare strutture geometriche sovrapposte. In presenza di Mg++, la deposizione di CaCO3 avviene in forma aragonitica. Anche in questo caso la morfologia e la densità dei cristalli dipendono dalla concentrazione dello ione e dalla presenza del peptide. È interessante osservare che, in tutti i casi nei quali si sono ottenute strutture cristalline in presenza dell’estratto alcalino del green layer, i cristalli sono fluorescenti, a significare che il peptide è incluso nella struttura cristallina e ne induce la modificazione strutturale come discusso in precedenza. Si osserva inoltre che le proprietà spettroscopiche del peptide in cristallo ed in soluzione sono molto diverse. In cristallo non si ha assorbimento alla più corta delle lunghezze d’onda disponibili in microscopia confocale (405 nm) bensì a 488 nm, con emissione estesa addirittura sino al rosso. Questa è un’indicazione, anche se preliminare, del fatto che la sua struttura in soluzione e in cristallo è diversa da quella in soluzione. In soluzione, per un peptide il cui peso molecolare è stimato tra 3500D (cut-off della membrana da dialisi) e 6500 D, la struttura è, presumibilmente, totalmente random-coil. In cristallo, attraverso l’interazione con gli ioni Ca++, Mg++ e CO3 -- la sua conformazione può cambiare portando, per esempio, ad una sovrapposizione delle strutture aromatiche, in modo da formare sistemi coniugati non covalenti (ring stacking) in grado di assorbire ed emettere luce ad energia più bassa (red shift).