Avaliação da potencialidade de microalgas dulcícolas como fonte de matéria-prima graxa para a produção de biodiesel

In this work, the fatty acid quantity and composition of six freshwater microalgae and soybean grains was determined by direct transesterification and gas chromatography analysis. The results showed that all the freshwater microalgae species presented a higher quantity of fatty acid than soybean grain. Choricystis sp. (A) provides 115% more fatty acids per gram of biomass than soybean grain. With regard to the fatty acid composition, Choricystis sp. (A) showed an adequate proportion of saturated and unsaturated fatty acids, with lower quantity of polyunsaturated fatty acids and, akin to some marine microalgae, constitutes an alternative raw material for biodiesel production.

Elementos traço em material particulado atmosférico de uma região agroindustrial do sudeste do Brasil

Trace element concentrations were measured in atmospheric particulate matter collected in 2009 and 2010, in a Brazilian region influenced by pre-harvest burning of sugar cane crops. For coarse particles, high concentrations of Al, Fe, K and Ca suggested that re-suspended soil dust was the main source of aerosol trace elements, subsequently confirmed by XRD analysis. High levels of K, Zn, As, Cd and Pb were found in fine particles, confirming the contribution of biomass burning and vehicle emissions, whereas Na, Al, K, Fe and Zn were the representative elements in ultrafine particles, influenced by a diversity of sources.

Carboidratos como fonte de compostos para a indústria de química fina

Coal, oil, natural gas, and shale gas are biomass that is formed millions of years ago. These are non-renewable and depleting, even considering the recent discovery of new sources of oil in the presalt and new technologies for the exploitation of shale deposits. Currently, these raw materials are used as a source of energy production and are also important for the production of fine chemicals. Since these materials are finite and their (oil) price is increasing, it is clear that there will be a progressive increase in the chemical industry to use renewable raw materials as a source of energy, an inevitable necessity for humanity. The major challenge for the society in the twenty first century is to unite governments, universities, research centers, and corporations to jointly act in all areas of science with one goal of finding a solution to global problems, such as conversion of biomass into compounds for the fine chemical industry.Non-renewable raw materials are used in the preparation of fuels, chemical intermediates, and derivatives for the fine chemical industry. However, their stock in nature has a finite duration, and their price is high and will likely increase with their depletion. In this scenario, the alternative is to use renewable biomass as a replacement for petrochemicals in the production of fine chemicals. As the production of biomass-based carbohydrates is the most abundant in nature, it is judicious to develop technologies for the generation of chain products (fuels, chemical intermediates, and derivatives for the fine chemicals industry) using this raw material. This paper presents some aspects and opportunities in the area of carbohydrate chemistry toward the generation of compounds for the fine chemical industry.

Química Sem Fronteiras: o desafio da energia

Coal, natural gas and petroleum-based liquid fuels are still the most widely used energy sources in modern society. The current scenario contrasts with the foreseen shortage of petroleum that was spread out in the beginning of the XXI century, when the concept of "energy security" emerged as an urgent agenda to ensure a good balance between energy supply and demand. Much beyond protecting refineries and oil ducts from terrorist attacks, these issues soon developed to a portfolio of measures related to process sustainability, involving at least three fundamental dimensions: (a) the need for technological breakthroughs to improve energy production worldwide; (b) the improvement of energy efficiency in all sectors of modern society; and (c) the increase of the social perception that education is a key-word towards a better use of our energy resources. Together with these technological, economic or social issues, "energy security" is also strongly influenced by environmental issues involving greenhouse gas emissions, loss of biodiversity in environmentally sensitive areas, pollution and poor solid waste management. For these and other reasons, the implementation of more sustainable practices in our currently available industrial facilities and the search for alternative energy sources that could partly replace the fossil fuels became a major priority throughout the world. Regarding fossil fuels, the main technological bottlenecks are related to the exploitation of less accessible petroleum resources such as those in the pre-salt layer, ranging from the proper characterization of these deep-water oil reservoirs, the development of lighter and more efficient equipment for both exploration and exploitation, the optimization of the drilling techniques, the achievement of further improvements in production yields and the establishment of specialized training programs for the technical staff. The production of natural gas from shale is also emerging in several countries but its production in large scale has several problems ranging from the unavoidable environmental impact of shale mining as well as to the bad consequences of its large scale exploitation in the past. The large scale use of coal has similar environmental problems, which are aggravated by difficulties in its proper characterization. Also, the mitigation of harmful gases and particulate matter that are released as a result of combustion is still depending on the development of new gas cleaning technologies including more efficient catalysts to improve its emission profile. On the other hand, biofuels are still struggling to fulfill their role in reducing our high dependence on fossil fuels. Fatty acid alkyl esters (biodiesel) from vegetable oils and ethanol from cane sucrose and corn starch are mature technologies whose market share is partially limited by the availability of their raw materials. For this reason, there has been a great effort to develop "second-generation" technologies to produce methanol, ethanol, butanol, biodiesel, biogas (methane), bio-oils, syngas and synthetic fuels from lower grade renewable feedstocks such as lignocellulosic materials whose consumption would not interfere with the rather sensitive issues of food security. Advanced fermentation processes are envisaged as "third generation" technologies and these are primarily linked to the use of algae feedstocks as well as other organisms that could produce biofuels or simply provide microbial biomass for the processes listed above. Due to the complexity and cost of their production chain, "third generation" technologies usually aim at high value added biofuels such as biojet fuel, biohydrogen and hydrocarbons with a fuel performance similar to diesel or gasoline, situations in which the use of genetically modified organisms is usually required. In general, the main challenges in this field could be summarized as follows: (a) the need for prospecting alternative sources of biomass that are not linked to the food chain; (b) the intensive use of green chemistry principles in our current industrial activities; (c) the development of mature technologies for the production of second and third generation biofuels; (d) the development of safe bioprocesses that are based on environmentally benign microorganisms; (e) the scale-up of potential technologies to a suitable demonstration scale; and (f) the full understanding of the technological and environmental implications of the food vs. fuel debate. On the basis of these, the main objective of this article is to stimulate the discussion and help the decision making regarding "energy security" issues and their challenges for modern society, in such a way to encourage the participation of the Brazilian Chemistry community in the design of a road map for a safer, sustainable and prosper future for our nation.

Biomolecules produced in liquid-state fermentation by a marine-derived fungus, Penicillium roqueforti

Screening of biomass of a new marine-derived strain of Penicillium roqueforti, as produced by liquid-state fermentation, led to the identification of several volatile organic compounds active in the fatty acid pathway as well as fragments produced by their catabolism, terpenoids, and metabolites from the shikimic acid pathway. In addition, five non-volatile organic compounds, triolein, ergosterol peroxide, 9(11)-dehydroergosterol peroxide, 4-hydroxybenzaldehyde, and d-mannitol, were isolated and identified by spectroscopy. The results showed that this fungal strain did not produce any mycotoxin in the culture conditions applied, and thus is useful for industrial applications, where high value-added biomolecules are generated.

Aplicação da radiação ultravioleta como forma de contribuição para a química verde e construção de um reator fotoquímico alternativo e de baixo custo, para pré-tratamento de amostras

Ultraviolet radiation corresponds to a fraction of electromagnetic radiation, covering wavelengths between 1 and 400 nm. Methods based on UV irradiation have become popular because it is possible to treat samples simply by applying energy, avoiding procedures that require the use of toxic substances, thus contributing to the development of Green Chemistry. This study aimed to assess the main applications of UV radiation reported in the literature and thoroughly described the construction of an alternative and low-cost photochemical reactor to be used for the pretreatment of samples in the laboratory. The use of this new photochemical reactor in the clean-up of milk samples for spectrofluorimetric measurements was also reported.

Análise química da biomassa - uma revisão das técnicas e aplicações

Use of biomass as an alternative to nonrenewable feedstock for energy, materials, and chemicals is currently a prominent theme for industry and R Countries like Brazil, USA, and Germany are spending resources and efforts to promote a green economy based on biomass supply chains. Chemical analysis is an important tool to ensure quality, reliability, and to suggest the best potential use for the biomass, thereby enhancing its economic potential. Analytical techniques can identify chemical components, characterize their properties, and determine their concentration. This article discusses the commonly employed techniques and their application in chemical analysis of biomass and its products.

PARÂMETROS TERMODINÂMICOS DA CASCA DE LARANJA DESIDRATADA

The global energy scenario is currently a widely discussed topic, with growing concern about the future supplies. Thus, much attention has been dedicated to the utilization of biomass as an energy resource. In this respect, orange peel has become a material of great interest, especially to Brazil, which generates around 9.5 million tons of this waste per year. To this end, the authors studied the kinetics of the thermal processing of dried orange peel in inert and oxidizing atmosphere. The thermodynamic parameters were determined by the Ozawa-Flynn-Wall method for the global process observed during heating from the 25°C up to 800°C. The thermal analysis in air and nitrogen showed 3-2 stages of mass loss, respectively, with approximately 20% residual mass under a nitrogen atmosphere. The increase in the values of activation energy for the conversion points between 20% and 60% for thermal effects in air and nitrogen atmosphere was observed. The activation energy obtained in an oxidizing atmosphere was higher than that obtained under a nitrogen atmosphere. The fourier-transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analysis showed that the material has a high level of complexity with the presence of alkali and alkaline earth groups as well as phosphate, plus substances such as pectin, cellulose and lignin.

Energiapuuta Etelä-Savosta

Energiapuuta Etelä-Savosta hankkeessa tutkittiin ja kehitettiin energiapienpuun mahdollisuuksia osana suurimittakaavaista alueellista hankintaa. Energiapienpuun potentiaali suurimittakaavaisena polttoaineena on lupaava johtuen hyvästä biomassan saatavuudesta ja tarjontahalukkuudesta, korjuun teknologisesta edistyksestä ja logististen ratkaisujen monipuolisuudesta sekä käyttömäärien kasvusta. Hanke kokonaisuus sisälsi seuraavia osatutkimuksia: Etelä-Savon energiatase, metsänomistajakysely, asiantuntijahaastattelu, metsänkasvatussimulointi, metsäpolttoaineiden saatavuuslaskenta, puun kosteuden seurantatutkimus, logistiikan demonstraatioita sekä energiapuun hankintalogistiikan kustannusvertailuja. Hankkeessa käsiteltiin energiapienpuun arvoketjua metsänkasvatuksesta lopputuotteen käyttöön asti. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että energiapienpuulla on mahdollisuudet suurimittakaavaisessa hankinnassa, kunhan toimitusketjussa panostetaan tehokkuuden ja laadun jatkuvaan parantamiseen.

Lämpöyrittäjäkonsepti biotuotteelle

Fossiilisista polttoaineista aiheutuvia hiilidioksidipäästöjä yritetään vähentää muun muassa lisäämällä uusiutuvien polttoaineiden käyttöä. Kiinteän biomassan ominaisuudet eroavat fossiilisesta kivihiilestä kuitenkin niin paljon, ettei biomassalla voida suoraan korvata kivihiiltä. Biomassan lämpökäsittely muuttaa sen ominaisuuksia kivihiilen kaltaiseksi, jolloin sillä on mahdollista korvata kivihiiltä. Tässä diplomityössä on tutkittu biomassan lämpökäsittelyä eli torrefiointia. Työn lähtökohtana on luoda pohjaa liikeidealle, jossa torrefioitua biomassaa tuotetaan pienissä lämpölaitoksissa lämmöntuotannon ohella. Työ sisältää laboratoriokokeita, joissa tarkastellaan käytännön kokeilla biomassan torrefioinnissa tapahtuvia ominaisuuksien muutoksia. Biomassan torrefiointiin suunnitellaan lisäksi pientä koelaitetta, jonka kokoa on mahdollista suurentaa jatkossa lämpölaitoskokoluokkaan asti. Torrefioidun biomassan tuotantokustannuksia on tarkasteltu laiteinvestointien, raaka-aine- sekä käyttökustannuksien kautta. Laboratoriokokeiden perusteella on saatu tuloksia optimaalisista toiminta-arvoista lämpökäsittelymenetelmille. Lämpöyrittäjälle on luotu perustoiminta-ajatus torrefioidun biomassan tuotannolle, jossa on tarkasteltu myös tuotannon kannattavuutta. Tämä työ antaa pohjaa aiheen jatkotutkimukselle ja -kehitykselle.

Model development for circulating fluidized bed boiler operation

Comprehensive understanding of the heat transfer processes that take place during circulating fluidized bed (CFB) combustion is one of the most important issues in CFB technology development. This leads to possibility of predicting, evaluation and proper design of combustion and heat transfer mechanisms. The aim of this thesis is to develop a model for circulating fluidized bed boiler operation. Empirical correlations are used for determining heat transfer coefficients in each part of the furnace. The proposed model is used both in design and offdesign conditions. During off-design simulations fuel moisture content and boiler load effects on boiler operation have been investigated. In theoretical part of the thesis, fuel properties of most typical classes of biomass are widely reviewed. Various schemes of biomass utilization are presented and, especially, concerning circulating fluidized bed boilers. In addition, possible negative effects of biomass usage in boilers are briefly discussed.

Nopeaan pyrolyysiin perustuvan bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallinen malli ja kannattavuuslaskenta Savonlinnan seudulla

Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla valmistettavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut varteenotettava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, happamuus ja korkeahkot kiintoainepitoisuudet verrattuna fossiilisiin polttoöljyihin. Nämä haasteet ovat kuitenkin ratkaistavissa. Työssä tarkasteltiin bioöljyn tuotantolaitoksen liiketoiminnallista mallia ja kannattavuutta Savonlinnan seudulle sijoitettuna. Tätä varten selvitettiin alueellinen raaka-aineen saatavuus ja hinta, sekä potentiaaliset markkinat pyrolyysiöljylle. Kannattavuuslaskentaa varten luotiin exel – pohjainen laskentatyökalu, jolla laskettiin pyrolyysiöljyn tuotannon omakustannushinnat ja kannattavuudet eri laitosvaihtoehdoille. Saaduille tuloksille tehtiin herkkyysanalyysi, jolla selvitettiin merkittävimmät kannattavuuteen vaikuttavat tekijät. Laskettujen tulosten perusteella pienemmät 100 BDMTPD (Bone Dry Metric Ton per Day) tuotantolaitokset eivät ole kannattavia investointeja. Suuremmat 400 BDMTPD tuotantolaitokset ovat kannattavia, kunhan raaka-aine saadaan kohtuulliseen hintaan ja investointikustannukset pysyvät kurissa.

Energiapuun haketuksen ja murskauksen kustannukset

Energiapuun tuotannossa puu on hienonnettava kuljettimille ja kattilaan sopivaan kokoon. Tämä tehdään Suomessa yleensä joko metsätien varressa välivarastolla, keskitetyssä terminaalissa tai voimalaitoksella. Puu hienonnetaan joko terävillä terillä hakettamalla tai tylpemmillä työkaluilla murskaamalla. Hakkeessa on vähemmän käsittelyä haittaavia pitkiä tikkuja ja sen valmistamiseen tarvittava energia on hiukan pienempi kuin murskaimilla. Viimeksi mainitulla on merkitystä lähinnä karsittua puuta haketettaessa. Murskain puolestaan sallii enemmän epäpuhtauksia raaka-aineessa, joten esimerkiksi kantoja käsitellään vain murskaimilla. Tässä tarkastellaan erityisesti pienpuun haketuksen ja murskauksen kustannuksia. Pienpuuta saadaan nuoren metsän kunnostuksista ja ensiharvennuksista. Se voi olla joko karsimatonta kokopuuta tai karsittua rankaa. Kokonaiskustannukset pienpuun haketukselle tai murskaukselle ovat tämän tutkimuksen mukaan välivarastolla noin 3,4 euroa/MWh ja terminaalilla tai voimalaitoksella noin 2 euroa/MWh. Pääomakustannukset ovat pienpuulla tavallisesti 1-1,2 euroa/MWh, keskitetyllä terminaalilla toimittaessa noin kolmanneksen vähemmän, jos pääomalle asetetaan 10% tuottovaatimus. Työvoimakustannukset ovat 30-80 snt/MWh varaston ja laitteen koosta riippuen, käyttöenergia dieselmoottoria käytettäessä noin 50 snt/MWh, sähkömoottorilla noin 30 snt/MWh. Muut kulut, mm. huolto, ovat yhteensä 40-80 snt/MWh. Energiapuun hankinnan kokonaiskustannuksista raaka-aineen hienontamisen osuus on 10-30% puutavaran lajista ja käytetystä työmenetelmästä riippuen. Terminaaleilla ja voimalaitoksilla toimittaessa on usein kiinnitettävä huomiota melun- ja pölyntorjuntaan. Muun muassa näistä syistä saattaa kiinteä, sähkökäyttöinen murska olla sopiva sellaisiin kohteisiin, joissa käsiteltävät määrät ovat suuria ja toiminta pysyvää. Melun ja pölyn kunnollinen torjunta vaatii suuria rakenteita, joita on vaikea yhdistää liikuteltaviin laitteisiin.

Energiantuotantovaihtoehtojen vertailu, Jousenpuiston uusi asuinalue

Tämän diplomityön tavoitteena oli vertailla paikallisia energiantuotantovaihtoehtoja eri-tyisesti lämmöntuotantoon painottuen. Tarkastelu sovitettiin uuden matalaenergiarakentamista vastaavan kerrostaloasuinalueen tarpeisiin. Näkökulmana olivat sekä taloudellisuus että hiilidioksidipäästöt. Yksityiskohtaisemman tarkastelun kohteena olivat maalämpö, alueellinen biolämpölaitos sekö alueellinen pien-CHP-laitos. Perusvaihtoehtona tutkittiin kaukolämpöä. Kaikkiin vaihtoehtoihin kuului myös kapasiteetiltaan rajoitettu jäähdytys. Tulosten mukaan kokonaistaloudellisin vaihtoehto oli maalämpö yhdistettynä kaukolämpöön. Tässä vaihtoehdossa peruslämpö tuotetaan maalämmöllä, mutta huippu-lämpöön sekä käyttöveden lämmitykseen käytetään kaukolämpöä. Ratkaisulla saadaan aikaan myös päästövähennyksiä kaukolämpöön verrattuna. Tulosten mukaan pienimmät päästöt olivat pien-CHP-biovoimalaitoksella. Toisaalta nykyisillä sähkön myyntihinnoilla pienimuotoinen yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto ei pysty kilpailemaan kustannusrakenteensa puolesta muiden tutkittujen vaihtoehtojen kanssa.

Kalvosuodatuksen ja adsorption yhdistäminen biojalostamon erotusprosesseissa

Tässä diplomityössä tutkittiin kalvosuodatuksen ja adsorption yhdistämistä biojalostamon erotusprosesseissa. Työn kirjallisuusosassa käsitellään hemiselluloosien erottamista puusta, kalvosuodatusta hemiselluloosien käsittelyssä sekä hemiselluloosien pilkkomista sokereiksi ja sokereiden kromatografista erotusta. Kokeellisessa osassa tutkittiin hemiselluloosahydrolysaatin fraktioimista kalvosuodatuksella ja adsorbenttikäsittelyn vaikutusta hydrolysaatin suodatettavuuteen. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös fraktioinnin vaikutusta hartsien likaantumiseen happohydrolyysin jälkeisessä kromatografisessa erotuksessa. Työssä kokeiltiin useita erilaisia kalvoja, mutta suurin osa suodatuksista tehtiin regeneroidusta selluloosasta valmistetulla kalvolla UC030 ja polyeetterisulfoni kalvolla UFX5. Esikäsittelyyn käytettiin XAD16 adsorbenttia ja hartsien likaantumista tutkittiin CS12GC Na+ hartsilla. Suodatuskokeet tehtiin sekä laboratoriomittakaavan Amicon-suodattimella että pilot-mittakaavan CR- suodattimella. Työn tulokset osoittivat, että konsentroituneen hemiselluloosafraktion tuottaminen tehokkaasti ei onnistu kalvosuodatuksella ilman esikäsittelyä. Kalvon likaantumisen vuoksi permeaattivuo laski hyvin nopeasti niin alhaiseksi, ettei suodatuksen jatkaminen olisi taloudellisesti kannattavaa. Hydrolysaatin esikäsittely XAD16 adsorbentillä poisti tehokkaasti kalvoja likaavia uuteaineita ja ligniiniä. Adsorbenttikäsittelyn jälkeen hydrolysaatin suodattaminen onnistui ilman permeaattivuon huomattavaa alenemista toisessa suodatusvaiheessa ja saatiin aikaiseksi hyvin konsentroitunut hemiselluloosafraktio.