Estudo da valorização de cinzas de biomassa na produção de materiais para a construção de recifes artificiais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Caracterização de combustíveis derivados de resíduos obtidos a partir de resíduos industriais não perigosos

Numa década em que Portugal tem vindo a efectuar uma aposta clara nas energias renováveis, com vista a adquirir uma maior independência energética, os Combustíveis Derivados de Resíduos (CDR)surgem como uma via a explorar. A sua utilização terá de ser avaliada sob duas perspectivas, a obtenção de um combustível alternativo e, simultaneamente, a evolução na pirâmide da hierarquia da gestão integrada dos resíduos, minimizando a sua deposição em aterro. Como objectivos gerais desta dissertação destacam-se a caracterização físico-química de Combustível Derivado de Resíduos produzido a partir de resíduos industriais não perigosos e o estudo da influência da alteração da linha de produção na qualidade do produto final. Assim, o estudo aqui apresentado permite acrescentar algum conhecimento sobre a composição e características da fracção de maior poder calorífico presente nos resíduos industriais não perigosos. Para alcançar este objectivo realizaram-se duas campanhas de recolha de amostras e respectiva caracterização do poder calorífico inferior (PCI), da humidade, do cloro e de metais pesados, de acordo com normas internacionais. As campanhas foram separadas por aproximadamente um ano ao qual corresponderam linhas produtivas distintas. Em paralelo caracterizou-se o teor em biomassa e em carbono biogénico no CDR e nos Finos de modo a permitir, a futuros utilizadores, encararem estes combustíveis como contendo fracções de fontes de carbono de origem não fóssil e deste modo não serem tributáveis no âmbito do Comércio Europeu de Licenças de Emissão. Dos resultados mais relevantes realça-se que em média o CDR em estudo possui um teor em biomassa de 60 %, um PCI de 4000 cal/g, um teor em cloro de 1 % m/m (matéria seca), uma humidade de 6 % e uma concentração média em mercúrio inferior a 0,005 mg/MJ. Com os valores obtidos, o CDR enquadra-se na classe 3, para os parâmetros PCI e cloro, e na classe 1 para o mercúrio, segundo a classificação contemplada na NP 4486:2008. Os resultados permitem assim concluir sobre a adequabilidade do produto para valorização energética. O tratamento estatístico revelou que a quantidade de amostras analisadas foram genericamente suficientes para a caracterização da fracção de biomassa, do PCI e do cloro e insuficientes na determinação do teor em metais. No que respeita ao impacto da alteração da linha de produção nas características dos produtos verifica-se que no CDR não se evidenciou uma relação directa. Relativamente à qualidade dos Finos denota-se uma variação no teor em biomassa derivada do facto da distribuição granulométrica ser diferente e consecutivamente a composição não ser idêntica.

Produção sustentável de peletes através da incorporação de resíduos industriais, florestais, agroindustriais e urbanos

A biomassa residual representa uma fonte energética extremamente abundante e acessível. Para que a sua valorização energética seja eficiente é necessário utilizar biocombustíveis de qualidade e portanto, avaliar as suas características físicas e químicas é essencial. O presente trabalho envolveu diversas etapas: caracterização de resíduos de biomassa, caracterização de peletes e ensaios de combustão, avaliação do efeito do processo de torrefacção em peletes e extracção de produtos de valor acrescentado a partir de biomassa florestal residual. Foi realizada a caracterização físico-química de vários resíduos de biomassa de diferentes origens. Este processo incluiu a análise aproximada, análise elementar, análise termogravimétrica, determinação da composição mineral das cinzas e determinação do poder calorífico superior. Os tipos de resíduo de biomassa utilizados incluíram resíduos industriais, florestais, agroindustriais, hortofrutícolas e urbanos linho-celulósicos. De acordo com as análises realizadas, existe uma grande variabilidade de características físico-químicas entre as amostras estudadas, existindo intervalos significativos para todos os parâmetros de análise aproximada e elementar estudados. No entanto, todos os resíduos estudados apresentaram potencialidade nas suas propriedades combustíveis. Realizou-se também a incorporação de alguns dos resíduos caracterizados em peletes. Os peletes produzidos apresentaram propriedades combustíveis típicas, exceptuando no teor de cinzas e apresentaram propriedades mecânicas promissoras, embora ligeiramente abaixo dos valores normativos. Os ensaios de combustão realizados com 3 formulações de peletes revelaram boas características de ignição, mas emissões significativas de CO. Os peletes foram ainda testados relativamente à sua composição aproximada, após serem submetidos ao processo de torrefacção. Constatou-se que efectivamente ocorre uma melhoria na sua composição aproximada, mas as suas propriedades mecânicas são afectadas negativamente por este processo térmico. Finalmente estudou-se também uma via de valorização alternativa para os resíduos de biomassa florestal. Estes resíduos contêm quantidades substanciais de óleos essenciais de elevado valor. Estes óleos foram ser extraídos por destilação de arrastamento a vapor. Os rendimentos de extracção foram avaliados e a composição terpénica dos óleos foi determinada por GC-MS. O produto secundário da destilação, o hidrolato, foi também avaliado relativamente à sua composição.

Torrefação de biomassa de Arundo donax L. e de Phoenix canariensis com vista à sua valorização energética ou material

A torrefação é vista como um pré-tratamento térmico que introduz modificações na biomassa, ou em resíduos de biomassa, que facilitam o seu processamento mecânico e aumentam a sua estabilidade e densidade energética, potenciando, assim, uma valorização posterior. Neste trabalho, estudou-se o impacte da torrefação na gama de 200 a 350 ºC e tempos de residência entre 15 e 90 min nas propriedades da biomassa proveniente da herbácea Arundo donax L. e das palmeiras Phoenix canariensis, espécies muito abundantes em vários locais do país, tendo em vista a sua posterior valorização. A proliferação descontrolada do arundo e a praga do escaravelho das palmeiras leva a que estas espécies sejam alvo de frequentes operações de remoção. A sua estrutura altamente fibrosa dificulta e encarece estas operações, que acarretam custos significativos para as câmaras municipais, e não se conhecem medidas para a sua valorização material ou energética. A torrefação foi também aplicada a peletes de resíduos de pinheiro, na gama de 200 a 250 ºC e com tempos de residência de 30 e 60 min, para averiguar o seu impacte na qualidade desse biocombustível sólido. A torrefação permitiu obter peletes mais resistentes à biodegradação, devido à redução do teor de humidade para valores residuais, sem aumentar significativamente o seu teor de cinzas e sem afetar de forma relevante a sua durabilidade, o teor de finos ou a densidade aparente. Com a biomassa de arundo e de palmeira obtiveram-se produtos com maior poder calorífico e com melhor moabilidade. No entanto, a acentuada diminuição dos rendimentos mássico e energético e o elevado teor de cinzas constrangem a sua utilização como biocombustíveis sólidos. Desta forma, optou-se por testar a sua valorização como adsorventes do corante azul de metileno, bastante comum, por exemplo, na indústria têxtil, nos curtumes ou nas industrias do papel. Os estudos de adsorção revelaram maior afinidade pelo corante por parte da biomassa sujeita a torrefação mais ligeira, com eficiências de remoção muito próximas das do carvão ativado comercial, para concentrações iniciais de corante até 200 mg/L. As isotérmicas foram melhor ajustadas ao modelo de Langmuir, que revelou capacidades máximas de adsorção na monocamada entre 59,92 e 92,68 mg/g, tendo as curvas de cinética sido melhor descritas pelo modelo de pseudo-segunda ordem. A adsorção é bastante rápida nos primeiros minutos, essencialmente devido a atrações eletrostáticas, sendo inicialmente controlada pela difusão no filme e depois pela difusão nos poros. Os adsorventes revelaram seletividade por um corante catiónico e permitiram dessorção de corante, ao contrário do verificado com o carvão ativado comercial, o que é um aspeto da maior relevância tendo em mente a regeneração do adsorvente e a recuperação do corante.

Adição do resíduo de biomassa da cana-de-açúcar em pastas para cimentação de poços petrolíferos produtores de óleos pesados

The Potiguar basin has large fields of viscous oil where the used method for recovering is based on vapor injection; this operation is carried out by injecting vapor in the oilwell directly, without the protection of a revetment through thermal insulation, what causes its dilation and, consequently, cracks in the cement placed on the annular, and lost of hydraulic insulation; this crack is occasioned by the phenomenon of retrogression of the compressive resistance due to the conversion of the hydrated calcium silicate in phases calcium-rich, caused by the high temperatures in the wells, subjected to thermal recuperation. This work has evaluated the application of composite pastes with addition of residue of biomass of ground sugar-cane bagasse as anti-retrogression mineral admixture for cementation of oil-wells subjected to thermal recuperation. The addition of the mineral residue was carried out considering a relative amount of 10, 20, 30, 40 and 59% in relation to cement mass, trying to improve the microstructure of the paste, still being developed a reference paste only with cement and a paste with addition of 40% of silica flour - renowned material in the oil industry as anti-retrogression additive. Pozzolanic activity of the ash was evaluated through XRD, TG/DTG, as the resistance to compression, and it was also determined the physical and mechanical behavior of the pastes when submitted to cure at low temperatures (22 and 38º C); besides it was evaluated the behavior of the pastes when submitted to two cycles of cure at high temperature (280ºC) and pressure (7 MPa). It was verified that the ash of the sugar-cane biomass presents pozzolanic reaction and has great efficiency in decrease the permeability of the paste by filler effect, as well as that addition of ash in a relative amount of 10, 20 e 30% increases cured compressive resistance at low temperatures. It was also showed that the ash in a relative amount of 40% and 59% has very significant efficiency as anti-retrogression additive, since it prevents the decrease of compressive resistance and forms hydrated calcium silicate type xenotlita and tobermorita which have more resistance and stability in high temperatures

Adição do resíduo de biomassa da cana-de-açúcar em pastas para cimentação de poços petrolíferos produtores de óleos pesados

The Potiguar basin has large fields of viscous oil where the used method for recovering is based on vapor injection; this operation is carried out by injecting vapor in the oilwell directly, without the protection of a revetment through thermal insulation, what causes its dilation and, consequently, cracks in the cement placed on the annular, and lost of hydraulic insulation; this crack is occasioned by the phenomenon of retrogression of the compressive resistance due to the conversion of the hydrated calcium silicate in phases calcium-rich, caused by the high temperatures in the wells, subjected to thermal recuperation. This work has evaluated the application of composite pastes with addition of residue of biomass of ground sugar-cane bagasse as anti-retrogression mineral admixture for cementation of oil-wells subjected to thermal recuperation. The addition of the mineral residue was carried out considering a relative amount of 10, 20, 30, 40 and 59% in relation to cement mass, trying to improve the microstructure of the paste, still being developed a reference paste only with cement and a paste with addition of 40% of silica flour - renowned material in the oil industry as anti-retrogression additive. Pozzolanic activity of the ash was evaluated through XRD, TG/DTG, as the resistance to compression, and it was also determined the physical and mechanical behavior of the pastes when submitted to cure at low temperatures (22 and 38º C); besides it was evaluated the behavior of the pastes when submitted to two cycles of cure at high temperature (280ºC) and pressure (7 MPa). It was verified that the ash of the sugar-cane biomass presents pozzolanic reaction and has great efficiency in decrease the permeability of the paste by filler effect, as well as that addition of ash in a relative amount of 10, 20 e 30% increases cured compressive resistance at low temperatures. It was also showed that the ash in a relative amount of 40% and 59% has very significant efficiency as anti-retrogression additive, since it prevents the decrease of compressive resistance and forms hydrated calcium silicate type xenotlita and tobermorita which have more resistance and stability in high temperatures

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

Remoção em fase líquida do fármaco Diclofenac por adsorção em biocarvão

Grande parte dos resíduos de biomassa gerados na indústria agro-alimentar encontram-se subvalorizados. Como tal, é fundamental desenvolver processos capazes de converter esses resíduos em produtos de valor acrescentado. Por outro lado, os compostos farmacêuticos são considerados contaminantes emergentes das águas residuais e com efeitos nocivos para a saúde humana e dos animais. Tendo em conta este enquadramento, resíduos industriais de processamento de batata, foram convertidos em biocarvão activado e utilizados como adsorventes do fármaco Diclofenac, em fase líquida. Os resíduos de biomassa, maioritariamente casca de batata, foram submetidos a caracterização química e a análise termogravimétrica. O biocarvão foi obtido por activação química dos resíduos de biomassa com K2CO3 a 700ºC durante 1 hora, em atmosfera de azoto. Seguidamente foi submetido a caracterização textural e química. O biocarvão (CRB) foi aplicado à remoção de diclofenac sódico (DCF), em fase aquosa, e o seu desempenho foi comparado com o de um carvão activado comercial (GAC). Ambos os carvões, apresentaram-se como materiais microporosos, mas o CRB revelou possuir uma extensa rede macroporosa que se reflectiu numa cinética de adsorção do DCF significativamente mais rápida que a do GAC. Concluiu-se que a cinética de adsorção do DCF com o biocarvão obedecia a um modelo de pseudo 2ªordem e a cinética do GAC se ajustava a um modelo de pseudo 1ª ordem. Apesar do GAC apresentar uma capacidade superior de adsorção no equilíbrio, a sua constante cinética foi inferior à do CRB. No estudo das isotérmicas de adsorção, observou-se que ambos os carvões seguiam o modelo de Langmuir. Apesar da maior capacidade de adsorção do carvão comercial, a constante de Langmuir para o carvão CRB apresentou-se acentuadamente superior, revelando maior afinidade do DCF com este carvão. Para além disso, a cinética superior do CRB representa uma vantagem para processos em que este parâmetro seja determinante.

Fósforo microbiano do solo sob sistema plantio direto em resposta à adição de fosfato solúvel

O ciclo do P é controlado por processos físico-químicos, como a adsorção e a dessorção, e biológicos, como a imobilização e a mineralização. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a variação temporal no conteúdo de P da biomassa microbiana do solo (Pm) de acordo com doses e épocas de aplicação de fosfato solúvel na superfície de um Latossolo Vermelho sob sistema plantio direto. O experimento foi instalado em maio de 2002 em uma lavoura manejada sob plantio direto por sete anos, no município de Ibirubá, RS. Foram aplicadas cinco doses de superfosfato triplo, equivalentes a 0, 40, 80, 120 e 160 kg ha-1 de P2O5, em duas épocas, na semeadura do azevém (Lolium multiflorum) e da soja (Glicine max). Os teores de Pm e P extraído por resina trocadora de ânions do solo da camada de 0-10 cm foram avaliados aos 14, 49, 91, 133, 147, 203 e 267 dias após a semeadura do azevém. A aplicação de fosfato aumentou o teor de Pm, com maior intensidade quando aplicado na semeadura da soja, sobre os resíduos do azevém. A imobilização do P na biomassa microbiana foi temporária, diminuindo ao longo do ciclo das culturas, e sua variação temporal não foi acompanhada por variações no teor de P extraído por resina trocadora de ânions.

Isolamento de bactérias produtoras de enzimas de interesse em processos biotecnológicos

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Produção de etanol utilizando cascas de banana e de laranja por co-fermentação de Zymomonas mobilis e Pichia stipitis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Produção de biocombustíveis na região de Leiria e sua caracterização

A necessidade de encontrar recursos alternativos aos combustíveis fósseis, faz com que os biocombustíveis sejam a opção a curto prazo para a sua substituição parcial ou integral. O presente trabalho faz a abordagem de diversos tipos de biocombustíveis, desde a primeira geração aos biocombustíveis avançados, ao enquadramento legal e normativo destes. As temáticas seguintes, visam a implementação de metodologias de análise físico-químicas de biocombustíveis, com base nas Normas Europeias prEN 14214 e EN 15376, no Laboratório de Análise Instrumental da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Politécnico de Leiria e a análise dos recursos e respetivas conversões em biocombustíveis, na Região de Leiria. E assim, verificar a sua sustentabilidade, relativamente à incorporação em combustíveis fósseis. Uma contribuição para permitir posteriormente serem realizados estudos de viabilidade económica para a instalação de unidades de produção de biocombustíveis avançados. Metodologias de análise físico-química de biocombustíveis foram implementadas no laboratório, sendo que algumas necessitariam de ser validadas. De um modo geral, verifica-se que o laboratório pode ser utilizado para analisar a maioria dos parâmetros do bioetanol e de alguns dos parâmetros do biodiesel. No entanto, foram levantadas as necessidades do laboratório para a realização dos ensaios para os restantes parâmetros não implementados. A quantificação dos recursos teve por base os resíduos de óleos alimentares usados e os resíduos da biomassa florestal da Região de Leiria. Constatou-se que existe uma elevada quantidade de resíduos lenho-celulósicos, que permite à região ser autossustentável, relativamente aos biocombustíveis substitutos da gasolina. Estes resíduos podem ser utilizados sem comprometer a sustentabilidade da floresta. Relativamente aos resíduos de óleos alimentares usados, verificou-se que existe escassez deste recurso para incorporação de biodiesel no diesel e uma disparidade do que era teoricamente previsível para o que é realmente recolhido, como tal, é necessário sensibilizar as pessoas para a valorização deste resíduo, que afeta a operacionalidade das ETAR.

Avaliação sócio-económica e ambiental da co-combustão de carvão, biomassa e resíduos não tóxicos

Dissertação apresentada à Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia, para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

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

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

Resposta da soja e da biomassa de carbono do solo aos resíduos de cinco genótipos de sorgo

O trabalho teve como objetivo avaliar a influência de resíduos de cinco cultivares de sorgo (Sorghum bicolor L.): CMS XS 376, CMS XS 365, BR 304, BR 700 e CMS XS 755 no crescimento e no desenvolvimento da soja. Esses resíduos foram colhidos em três estádios do desenvolvimento reprodutivo do sorgo: florescimento, enchimento de grãos e maturação. Os tratamentos estudados constaram da deposição desses resíduos na superfície do solo ou da sua total incorporação na proporção de 4 g kg-1 de matéria seca no solo (LEd, fase cerrado). Nos tratamentos com planta, mantiveram-se três plantas de soja (cv. Doko) em vasos com capacidade para 3 kg de solo. Nos tratamentos sem planta, o solo foi amostrado semanalmente para avaliação das formas de N. Após a colheita da soja, amostras de planta e de solo, de cada tratamento, foram retiradas para determinar a absorção total de N e a influência desses resíduos no N disponível extraído com KCl 2 mol L-1. Os resultados revelaram que alguns resíduos culturais de sorgo afetaram, independentemente do estádio de colheita, o desenvolvimento da soja, a absorção de N, o peso de nódulos e a biomassa microbiana do solo. Tais efeitos também foram dependentes do método de incorporação do resíduo. O teor de carbono imobilizado pela biomassa foi maior quando os resíduos de sorgo foram distribuídos na superfície do solo.