Autor(es): Lourenço, Rafaela David Fernandes, 1986-
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10451/8820
Origem: Repositório da Universidade de Lisboa
Assunto(s): Biohidrogénio; Enterobacter aerogenes; Dark fermentation; Bagaço de Jatropha curcas; Cortiça; Microalgas; Teses de mestrado - 2012
Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente , apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012
A crescente consciencialização ambiental, os custos associados e a necessidade de diminuição da dependência de fontes fósseis, têm conduzido ao desenvolvimento de tecnologias de aplicação de fontes renováveis. Nesse sentido, a produção biológica de hidrogénio (bioH2) tem sido apontada como uma boa alternativa. Entre os vários processos biológicos que têm vindo a ser desenvolvidos, os fermentativos apresentam a vantagem de poder utilizar resíduos industriais, como substrato, tornando-os atractivos do ponto de vista ambiental e económico. Neste trabalho, desenvolveu-se um processo microbiológico anaeróbio de produção de hidrogénio, a partir de diferentes fontes de carbono, com valorização simultânea de resíduos agro-industriais complexos. Nomeadamente, bagaço obtido da extracção mecânica de óleo de sementes de Jatropha curcas (bagaço M e MS), cortiça em diferentes estados e com diferentes proveniências (cortiça em pó, AT e DT), efluentes provenientes das fábricas Sofalca e Milupa e biomassa microalgal seca (microalgas da espécie Nannochloropsis sp.). Assim, inicialmente estudou-se o efeito de parâmetros de influência no processo, como metodologias de inoculação do meio de fermentação e de recolha de fase gasosa produzida para análise. Com base nas melhores condições definidas, seleccionaram-se os substratos que conduziram aos melhores resultados, para sobre eles fazer incidir estudos como a determinação do tempo de equilíbrio do sistema e a velocidade da produção de bioH2. Os efeitos da aplicação de pré-tratamentos aos substratos e da sua concentração inicial, sobre os rendimentos do processo e sobre o grau de pureza do biogás produzido (H2/CO2), foram igualmente avaliados. Os resultados obtidos mostram que, no geral, a estirpe bacteriana utilizada neste trabalho foi eficiente na conversão biológica dos resíduos agro-industriais testados em bioH2, com excepção para o efluente da fábrica Sofalca e para a cortiça AT, para os quais não ocorreu produção de biogás (H2+CO2). Para os restantes substratos registaram-se rendimentos entre 38 e 64 mLH2/gSVSubstrato, para concentrações iniciais de 2,5 gSVSubstrato/LMeio fermentação. Da aplicação de vários pré-tratamentos sobre os substratos destaca-se o efeito da extracção, por hexano, do óleo ainda presente no bagaço (bagaço MS), pois conduziu a um incremento dos rendimentos de 59,2 para 64,1 mLH2/gSVSubstrato. Em termos de velocidade de produção de bioH2, o bagaço M e a biomassa microalgal conduziram a perfis de produção muito semelhantes (1,5 mL/h). No geral, o aumento da concentração inicial de substrato de 2,5 para 10 gSVSubstrato/LMeio fermentação, conduziu a um volume superior de bioH2 produzido, com maior relevância para o bagaço MS (35%). Contrariamente, observou-se uma descida abrupta dos rendimentos do processo, em especial para a cortiça DT (cerca de 80%), o que tornou reveladora a presença de compostos inibidores do processo biológico, nesses substratos.Os rendimentos mais promissores do processo, foram obtidos para o bagaço MS, sem aplicação de pré-tratamento térmico (64,1 mL H2/gSVSubstrato), para o bagaço M submetido a pré-tratamento térmico (60,7 mL H2/gSVSubstrato) e para a biomassa microalgal com ou sem autoclavagem prévia (cerca de 60,5 mL H2/gSVSubstrato).
The growing environmental awareness, the associated costs and the need to decrease dependence on fossil fuels, has led to the development of technologies using renewable sources. In this sense, the biological production of hydrogen (bioH2) has been identified as a good alternative. Among various biological processes, the anaerobic fermentation have the advantage of being able to use industrial waste, as a substrate, making them attractive from the economic and environmental point of view. In this work, a dark fermentation process for hydrogen production has been developed using agro-industrial wastes, as substrate, with its simultaneous valorization. The wastes selected to this study were Jatropha curcas seed cake obtained after mechanical oil extraction (seed cake M and MS), cork in different states and provenance (cork powder and cork AT and DT), effluents from Sofalca and Milupa factories and microalgal biomass (Nannochloropsis sp.). Initially, in order to establish and optimize operating and physical-chemical process conditions, the effect of influent parameters such as, inoculation and collecting of gas phase, methodologies, were evaluated. In the best established conditions, substrates which led to the higher H2 production yields were selected in order to study the equilibrium time of the system and the bioH2 production rate. The effects of pretreatments on the substrate, its initial concentration and biogas purity (H2/CO2), were also studied In general, the results showed that the strain of the bacteria used in this work was efficient in the conversion of the all complex substrates, except for the effluent from the Sofalca plant and the cork AT, for which no biogas (H2 + CO2) production occurred. For the other substrates H2 production yields between 38 and 64 mLH2/gSVSubstrate have been achieved for an initial substrate concentration of 2.5 gSVSubstrate / LFermentation medium. Considering the application of different pretreatments on substrates, the effect of residual oil extraction from seed cake M by hexane (seed cake MS) should be stressed therefore led to an increase of the process yield from 59.2 to 64.1 mLH2/gSVSubstrate. Globally, higher hydrogen production was observed by increasing initial substrate concentration from 2.5 to 10 gSVSubstrate/LFermentation medium, with more relevance to the seed cake MS (35%). However, it was observed a large decrease in of process yields, especially to the cork DT substrate (about 80%), suggesting the presence of the toxic compounds and subsequent inhibition of biological conversion. The most promising results were obtained for the following organic residues, as substrates: seed cake MS not submitted to thermal pretreatment (64.1 mL H2/gSVSubstrate), seed cake M submitted to thermal pretreatment (61,6 mL H2/gSVSubstrate) and microalgal biomass submitted or not to previous thermal pretreatment (about 60.5 mL H2/gSVSubstrate).
