Contribute to integrated fermentation of primary paper sludge

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA oscilação do preço dos combustíveis de origem fóssil, as suas reservas finitas e o aquecimento global são as principais razões para o crescente interesse público e privado em combustíveis provenientes de fontes renováveis e biológicas. A transformação química com o melhor rendimento possível de matérias-primas naturais ou sintéticas, em produtos de valor, tem sido o primeiro objetivo da Engenharia Química. Actualmente a valorização económica de resíduos e a atenuação dos efeitos ambientais têm assumido um papel de relevo na investigação associada à indústria química. O consumo de matérias-primas alternativas, principalmente resíduos lenhocelulósicos, ricos em hidratos de carbono (HC), em particular lamas primárias provenientes da indústria da pasta e do papel, para produzir produtos de valor acrescentado, é o desafio proposto. Os biocombustíveis enquadram-se no contexto desta mudança de paradigma na Engenharia Química diante do desenvolvimento sustentável e dos compromissos ambientais. No âmbito dos biocombustíveis e biorefinarias o presente trabalho contemplou a realização de ensaios de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF), em reactores de bancada com agitação mecânica e diferentes configurações e volumes de mistura reaccional (entre 100 mL e 4 L), recorrendo ao extrato enzimático NS 22192 da Novozymes (15 FPU/g HC) e à levedura S. cerevisiae ATCC 26622, atingindo-se 52 g/L de bioetanol (Y= 78%) com as lamas primárias 1 (15% de consistência com 132g/L de HC) e 64 g/L de bioetanol (Y = 70%) com as lamas primárias 2 (28% de consistência com 166 g/L de HC). Foram ainda testados em Erlenmeyer: i) os efeitos da substituição e respetiva adaptação da estirpe aos suplementos dos meios reacionais com compostos industriais como a ureia e sulfato de magnésio; ii) a metabolização da xilose pela Pichia stipitis quando em conjunto com a Saccharomyces iii) a redução da quantidade de extrato enzimático celulolítico, faseando a alimentação ao biorreactor. A obtenção de concentrações e rendimentos elevados de bioetanol, em escalas volumétricas crescentes, e em configurações reaccionais mais próximas da grande escala, torna a integração de bioprocessos para valorização das lamas primárias muito promissora e com potencial de viabilidade económica. .The fluctuations in the price of fossil fuels, its finite reserves and global warming are the main reasons for the growing public and private interest in fuels from renewable and biological sources. The chemical transformation with the best possible yield from natural or synthetic raw materials into valuable products, has been the first goal of Chemical Engineering. Currently the economic recovery of waste and mitigation of environmental effects have played a major role in research related to the chemical industry. The use of alternative raw materials, especially lignocellulosic waste, rich in carbohydrate, in particular primary sludge from the pulp and paper industry to produce value added products, is the proposed challenge. Biofuels fall within the context of this paradigm shift in Chemical Engineering on sustainable development and environmental commitments. Within biofuels and biorefineries this work included the realization of simultaneous saccharification and fermentation tests (SSF) in lab-scale reactors with mechanical agitation and different configurations and reaction volumes (between 100 mL and 4 L), using the extract enzymatic NS 22192 Novozymes (15 FPU / g HC) and the yeast S. cerevisiae ATCC 26622, reaching 52 g / L of bioethanol (Y = 78%) with primary sludge 1 (15% consistency with 132g / L HC) and 64 g / L ethanol (Y = 70%) with the primary sludge 2 (28% consistency with 166 g / L HC). Were also tested in Erlenmeyer i) the effects of substitution and respective adjustment of the strain to supplement the reaction media with industrial compounds such as urea and magnesium sulphate; ii) the metabolism of xylose by Pichia stipitis when taken in conjunction with the Saccharomyces cerevisiae iii) reducing the amount of cellulolytic enzyme extract, phasing power to the bioreactor. Obtaining concentrations and high ethanol yields in increasing volumetric scales, and reaction settings closer to the large-scale, makes integration of bioprocesses for recovery of primary sludge very promising and economically viable potential.