Produzione di bioetanolo da scarti lignocellulosici della canna da zucchero: condizioni di saccarificazione e fermentazione simultanee (SSF) e aspetti ambientali del processo

Il presente studio ha avuto l’obiettivo di indagare la produzione di bioetanolo di seconda generazione a partire dagli scarti lignocellulosici della canna da zucchero (bagassa), facendo riscorso al processo enzimatico. L’attività di ricerca è stata svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università di Lund (Svezia) all’interno di rapporti scambio con l’Università di Bologna. Il principale scopo è consistito nel valutare la produzione di etanolo in funzione delle condizioni operative con cui è stata condotta la saccarificazione e fermentazione enzimatica (SSF) della bagassa, materia prima che è stata sottoposta al pretrattamento di Steam Explosion (STEX) con aggiunta di SO2 come catalizzatore acido. Successivamente, i dati ottenuti in laboratorio dalla SSF sono stati utilizzati per implementare, in ambiente AspenPlus®, il flowsheet di un impianto che simula tutti gli aspetti della produzione di etanolo, al fine di studiarne il rendimento energetico dell’intero processo. La produzione di combustibili alternativi alle fonti fossili oggigiorno riveste primaria importanza sia nella limitazione dell’effetto serra sia nel minimizzare gli effetti di shock geopolitici sulle forniture strategiche di un Paese. Il settore dei trasporti in continua crescita, consuma nei paesi industrializzati circa un terzo del fabbisogno di fonti fossili. In questo contesto la produzione di bioetanolo può portare benefici per sia per l’ambiente che per l’economia qualora valutazioni del ciclo di vita del combustibile ne certifichino l’efficacia energetica e il potenziale di mitigazione dell’effetto serra. Numerosi studi mettono in risalto i pregi ambientali del bioetanolo, tuttavia è opportuno fare distinzioni sul processo di produzione e sul materiale di partenza utilizzato per comprendere appieno le reali potenzialità del sistema well-to-wheel del biocombustibile. Il bioetanolo di prima generazione ottenuto dalla trasformazione dell’amido (mais) e delle melasse (barbabietola e canna da zucchero) ha mostrato diversi svantaggi: primo, per via della competizione tra l’industria alimentare e dei biocarburanti, in secondo luogo poiché le sole piantagioni non hanno la potenzialità di soddisfare domande crescenti di bioetanolo. In aggiunta sono state mostrate forti perplessità in merito alla efficienza energetica e del ciclo di vita del bioetanolo da mais, da cui si ottiene quasi la metà della produzione di mondiale di etanolo (27 G litri/anno). L’utilizzo di materiali lignocellulosici come scarti agricolturali e dell’industria forestale, rifiuti urbani, softwood e hardwood, al contrario delle precedenti colture, non presentano gli svantaggi sopra menzionati e per tale motivo il bioetanolo prodotto dalla lignocellulosa viene denominato di seconda generazione. Tuttavia i metodi per produrlo risultano più complessi rispetto ai precedenti per via della difficoltà di rendere biodisponibili gli zuccheri contenuti nella lignocellulosa; per tale motivo è richiesto sia un pretrattamento che l’idrolisi enzimatica. La bagassa è un substrato ottimale per la produzione di bioetanolo di seconda generazione in quanto è disponibile in grandi quantità e ha già mostrato buone rese in etanolo se sottoposta a SSF. La bagassa tal quale è stata inizialmente essiccata all’aria e il contenuto d’acqua corretto al 60%; successivamente è stata posta a contatto per 30 minuti col catalizzatore acido SO2 (2%), al termine dei quali è stata pretrattata nel reattore STEX (10L, 200°C e 5 minuti) in 6 lotti da 1.638kg su peso umido. Lo slurry ottenuto è stato sottoposto a SSF batch (35°C e pH 5) utilizzando enzimi cellulolitici per l’idrolisi e lievito di birra ordinario (Saccharomyces cerevisiae) come consorzio microbico per la fermentazione. Un obiettivo della indagine è stato studiare il rendimento della SSF variando il medium di nutrienti, la concentrazione dei solidi (WIS 5%, 7.5%, 10%) e il carico di zuccheri. Dai risultati è emersa sia una buona attività enzimatica di depolimerizzazione della cellulosa che un elevato rendimento di fermentazione, anche per via della bassa concentrazione di inibitori prodotti nello stadio di pretrattamento come acido acetico, furfuraldeide e HMF. Tuttavia la concentrazione di etanolo raggiunta non è stata valutata sufficientemente alta per condurre a scala pilota un eventuale distillazione con bassi costi energetici. Pertanto, sono stati condotti ulteriori esperimenti SSF batch con addizione di melassa da barbabietola (Beta vulgaris), studiandone preventivamente i rendimenti attraverso fermentazioni alle stesse condizioni della SSF. I risultati ottenuti hanno suggerito che con ulteriori accorgimenti si potranno raggiungere gli obiettivi preposti. E’ stato inoltre indagato il rendimento energetico del processo di produzione di bioetanolo mediante SSF di bagassa con aggiunta di melassa in funzione delle variabili più significative. Per la modellazione si è fatto ricorso al software AspenPlus®, conducendo l’analisi di sensitività del mix energetico in uscita dall’impianto al variare del rendimento di SSF e dell’addizione di saccarosio. Dalle simulazioni è emerso che, al netto del fabbisogno entalpico di autosostentamento, l’efficienza energetica del processo varia tra 0.20 e 0.53 a seconda delle condizioni; inoltre, è stata costruita la curva dei costi energetici di distillazione per litro di etanolo prodotto in funzione delle concentrazioni di etanolo in uscita dalla fermentazione. Infine sono già stati individuati fattori su cui è possibile agire per ottenere ulteriori miglioramenti sia in laboratorio che nella modellazione di processo e, di conseguenza, produrre con alta efficienza energetica bioetanolo ad elevato potenziale di mitigazione dell’effetto serra.

Towards socially just and sustainable fisheries: ICSF workshop on implementing the FAO voluntary guidelines for securing sustainable small-scale fisheries in the context of food security and poverty eradication (SSF guidelines) report, 21 to 24 July 2014 , Puducherry, India

This publication is a report of the proceedings of the ICSF Pondy Workshop, which focused on the FAO’s Voluntary Guidelines for Securing Sustainable Small-scale Fisheries in the Context of Food Security and Poverty Eradication (SSF Guidelines). The workshop brought together 71 participants from 20 countries representing civil society organizations, governments, FAO, academia and fishworker organizations from both the marine and inland fisheries sectors. This report will be found useful for fishworker organizations, researchers, policymakers, members of civil society and anyone interested in small-scale fisheries, food security and poverty eradication.

Report of the ICSF-BOBLME India (East Coast) workshop: implementing the FAO voluntary guidelines for securing sustainable small-scale fisheries in the context of food security and poverty eradication (SSF guidelines), 6-7 March 2015, Chennai, India

The workshop titled, ICSF-BOBLME India (East Coast) Workshop on Implementing the FAO Voluntary Guidelines for Securing Sustainable Small-scale fisheries in the Context of Food Security and Poverty Eradication (SSF Guidelines) was organized by ICSFin collaboration with BOBLME project.The workshop was the third in a series of consultations held in 2015 across the globe to promote the ownership of the SSF Guidelines among different stakeholders. In the run –up to the workshop, ICSF, with support from BOBLME conducted six consultation meetings with fishworkers and fishworker organizations along the east coast of India in January and February 2015. One hundred participants from India’s eastern coastal states of West Bengal, Odisha, Andhra Pradesh, Tamil Nadu and Puducherry, including women fishworkers, representatives of fishworker organizations, representatives from Department of Fisheries and other concerned departments at state and central level, Multilateral agencies, Inter-governmental organizations, Research Institutions met at Chennai, 6-7 March, 2015. The workshop was structured to facilitate active interaction and discussion among participants, taking into account linguistic diversity and the contextual differences of the marine and inland sectors. This publication—the proceedings of the Chennai workshop—will be useful for fishworker organizations, researchers, policymakers, members of civil society and anyone interested in fisheries and livelihoods.

SSF Guidelines: the beauty of the small

An examination of the role of the Voluntary Guidelines for Securing Sustainable Small-scale Fisheries in the Context of Food Security and Poverty Eradication in the context of the small-sale fishery of Kerala, India.

Hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse using response surface methodology improves digestibility and ethanol production by SSF

Sugarcane bagasse was characterized as a feedstock for the production of ethanol using hydrothermal pretreatment. Reaction temperature and time were varied between 160 and 200A degrees C and 5-20 min, respectively, using a response surface experimental design. The liquid fraction was analyzed for soluble carbohydrates and furan aldehydes. The solid fraction was analyzed for structural carbohydrates and Klason lignin. Pretreatment conditions were evaluated based on enzymatic extraction of glucose and xylose and conversion to ethanol using a simultaneous saccharification and fermentation scheme. SSF experiments were conducted with the washed pretreated biomass. The severity of the pretreatment should be sufficient to drive enzymatic digestion and ethanol yields, however, sugars losses and especially sugar conversion into furans needs to be minimized. As expected, furfural production increased with pretreatment severity and specifically xylose release. However, provided that the severity was kept below a general severity factor of 4.0, production of furfural was below an inhibitory concentration and carbohydrate contents were preserved in the pretreated whole hydrolysate. There were significant interactions between time and temperature for all the responses except cellulose digestion. The models were highly predictive for cellulose digestibility (R (2) = 0.8861) and for ethanol production (R (2) = 0.9581), but less so for xylose extraction. Both cellulose digestion and ethanol production increased with severity, however, high levels of furfural generated under more severe pretreatment conditions favor lower severity pretreatments. The optimal pretreatment condition that gave the highest conversion yield of ethanol, while minimizing furfural production, was judged to be 190A degrees C and 17.2 min. The whole hydrolysate was also converted to ethanol using SSF. To reduce the concentration of inhibitors, the liquid fraction was conditioned prior to fermentation by removing inhibitory chemicals using the fungus Coniochaeta ligniaria.

Idrolisi diretta di cellulosa e lignocellulosa in catalisi eterogenea

This work deals with a comparison of the catalytic behavior of several heterogeneous acid catalysts in the direct hydrolysis of an untreated softwood dust. Amongst the various catalysts investigated, some were characterized by relatively high yield to monosaccharides, such as a Zirconium phosphate and the reference Amberlyst 15. Conversely, some catalyst types, ie, Sn/W mixed oxide and Zirconia-grafted trifluoromethanesulphonic acid, were selective into glucose, since sugars derived from hemicellulose dissolution and hydrolysis were rapidly degraded. A detailed analysis of the reactivity of Zr/P/O was pursued, in the hydrolysis of both untreated and ball-milled microcrystalline cellulose; at 150°C and 3h reaction time, the catalyst gave high selectivity to glucose, with negligible formation of 5-hydroxymethylfurfural, and moderate cellulose conversion. After ball-milling of the cellulose, a remarkable increase of conversion was achieved, still with a high selectivity to glucose and very low formation of degradation compounds. The catalyst showed high affinity for β-1,4-glucans, as demonstrated by the activity in cellobiose hydrolysis into glucose.

Produzione di bioetanolo da effluenti del settore lattiero-caseario con Kluyveromyces marxianus

Il siero di latte e la scotta sono effluenti provenienti rispettivamente dal processo di trasformazione del latte in formaggio e ricotta. Il siero di latte contiene minerali, lipidi, lattosio e proteine; la scotta contiene principalmente lattosio. Il siero può essere riutilizzato in diversi modi, come l'estrazione di proteine o per l’alimentazione animale, mentre la scotta è considerata solamente un rifiuto. Inoltre, a causa degli ingenti volumi di siero prodotti nel mondo, vengono a crearsi seri problemi ambientali e di smaltimento. Destinazioni alternative di questi effluenti, come le trasformazioni biotecnologiche, possono essere un modo per raggiungere il duplice obiettivo di migliorare il valore aggiunto dei processi agroindustriali e di ridurre il loro impatto ambientale. In questo lavoro sono state studiate le condizioni migliori per produrre bioetanolo dal lattosio del siero e della scotta. Kluyveromyces marxianus è stato scelto come lievito lattosio-fermentante. Sono state effettuate fermentazioni su scala di laboratorio aerobiche e anaerobiche in batch, fermentazioni semicontinue in fase dispersa e con cellule immobilizzate in alginato di calcio,. Diverse temperature sono state testate per migliorare la produzione di etanolo. Le migliori prestazioni, per entrambe le matrici, sono state raggiunte a basse temperature (28°C). Anche le alte temperature sono compatibili con buone rese di etanolo nelle fermentazioni con siero. Ottimi risultati si sono ottenuti anche con la scotta a 37°C e a 28°C. Le fermentazioni semicontinue in fase dispersa danno le migliori produzioni di etanolo, in particolare con la scotta. Invece, l'uso di cellule di lievito intrappolate in alginato di calcio non ha migliorato i risultati di processo. In conclusione, entrambi gli effluenti possono essere considerati adatti per la produzione di etanolo. Le buone rese ottenute dalla scotta permettono di trasformare questo rifiuto in una risorsa.

Catalizzatori a base di fosfati metallici per l'idrolisi diretta di cellulosa e lignocellulosa

Questo lavoro confronta i comportamenti catalitici di alcuni catalizzatori acidi per l'idrolisi diretta di lignocellulosa e cellulosa. I catalizzatori utilizzati sono Zr/P/O e Nb/P/O. Le analisi di reattività di questi sistemi catalitici per l'idrolisi di lignocellulosa e cellulosa, mostrano diversi comportamenti in termini di selettività in monosaccaridi e prodotti di degradazione. Tali differenze sono dovute alle diverse proprietà acide dei sistemi catalitici. Il sistema Zr/P/O presenta un'elevata affinità per i β-1,4-glucani, come dimostrato dall'attività nell'idrolisi della cellulosa a formare glucosio; al contrario, il sistema Nb/P/O presenta un'elevata attività nella formazione di prodotti di degradazione e sottoprodotti. Infine è stato effettuato uno studio preliminare del sistema Zr/P/O sull'idrolisi diretta di biomasse lignocellulosiche derivanti da scarti agricoli.

Dynamical Resonances and SSF Singularities for a Magnetic Schrödinger Operator

We consider the Hamiltonian H of a 3D spinless non-relativistic quantum particle subject to parallel constant magnetic and non-constant electric field. The operator H has infinitely many eigenvalues of infinite multiplicity embedded in its continuous spectrum. We perturb H by appropriate scalar potentials V and investigate the transformation of these embedded eigenvalues into resonances. First, we assume that the electric potentials are dilation-analytic with respect to the variable along the magnetic field, and obtain an asymptotic expansion of the resonances as the coupling constant ϰ of the perturbation tends to zero. Further, under the assumption that the Fermi Golden Rule holds true, we deduce estimates for the time evolution of the resonance states with and without analyticity assumptions; in the second case we obtain these results as a corollary of suitable Mourre estimates and a recent article of Cattaneo, Graf and Hunziker [11]. Next, we describe sets of perturbations V for which the Fermi Golden Rule is valid at each embedded eigenvalue of H; these sets turn out to be dense in various suitable topologies. Finally, we assume that V decays fast enough at infinity and is of definite sign, introduce the Krein spectral shift function for the operator pair (H+V, H), and study its singularities at the energies which coincide with eigenvalues of infinite multiplicity of the unperturbed operator H.

WFF-WFFP-ICSF-CIC: national workshop on capacity-building for the implementation of the voluntary guidelines for securing sustainable small-scale fisheries (SSF guidelines) - report, 21 and 22 March 2016 Multi-Purpose Hall, India International Centre, New Delhi, India

The report of the proceedings of the New Delhi workshop on the SSF Guidelines (Voluntary Guidelines for Securing Sustainable Small-scale Fisheries in the Context of Food Security and Poverty Eradication). The workshop brought together 95 participants from 13 states representing civil society organizations. governments, FAO, and fishworker organizations from both the marine and inland fisheries sectors. This report will be found useful for fishworker organizations, researchers, policy makers, members of civil society and anyone interested in small-scale fisheries, tenure rights, social development, livelihoods, post harvest and trade and disasters and climate change.

Social relations and dynamics shaping the implementation of the voluntary guidelines on small-scale fisheries (SSF guidelines) in South Africa

Integral to achieving the SSF Guidelines goal of targeting the most vulnerable and marginalized persons and eliminating discrimination is the need to have adequate understanding of the power relations and intersectionalities that shape access to and control over marine and other resources according to gender, age, race, ethnicity, labour and migratory status, disability, geographic location and other characteristics relevant in each national contexts. This monograph identifies and explores the key social relations and dynamics in the SSF fisheries sector in South Africa impacting the implementation of the SSF Guidelines. The monograph will be useful for researchers, scientists, fishworker organizations, environmentalists and anyone interested in the protection of marine biodiversity and the promotion of sustainable fisheries management.

SSF guidelines: towards blue growth

A consultation workshop on East Africa recognized that, if applied well, the principles of the SSF Guidelines can advance small-scale fisheries in the region.