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Tipo do documento: Dissertação
Título: Produção de hidrogênio e metano em processo sequencial utilizando o preparado enzimático sólido residual (PESR)
Título(s) alternativo(s): Sequential hydrogen and methane production in biological process using Residual Dry Fermented Solid (RDFS) as a source of substrate
Autor: Santos, Stella Buback dos 
Primeiro orientador: Langone, Marta Antunes Pereira
Segundo orientador: Ferreira-Leitão, Viridiana Santana
Primeiro membro da banca: Aguieiras, Érika Cristina Gonçalves
Segundo membro da banca: Costa, Antonio Carlos Augusto da
Terceiro membro da banca: Duarte, Jaqueline Greco
Quarto membro da banca: Gottschalk, Leda Maria Fortes
Resumo: A obtenção de biocatalisadores por Fermentação em Estado Sólido (FES) a partir da biomassa residual da indústria de óleos tem sido investigada com o intuito de diminuir os custos da produção enzimática de biodiesel. O meio de cultivo sólido contendo lipases após a FES pode ser usado inteiramente como um biocatalisador com atividade lipásica, denominado Preparado Enzimático Sólido (PES). O PES vem sendo estudado como biocatalisador para a produção de biodiesel a partir da reação entre o destilado de desodorização do óleo de palma (DDOP) e etanol. Nesse processo, após a produção de 1L de biodiesel são gerados cerca de 350g do Preparado Enzimático Sólido Residual (PESR). O PESR é um resíduo rico em matéria orgânica, o que o torna atraente para a produção biológica de H2 via fermentação e CH4 via digestão anaeróbia em processo sequencial. Dessa forma, a utilização do PESR é interessante por gerar valor agregado a esse resíduo da produção de biodiesel, além de produzir energia limpa e descentralizada. Com isso o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de hidrogênio (H2) e metano (CH4) utilizando como matéria-prima o PESR e, como inóculo, o lodo anaeróbio proveniente do biodigestor de uma estação de tratamento de esgoto na cidade do Rio de Janeiro. Para a produção de H2, o lodo foi pré-tratado termicamente (PTT) a 65°C por 30 minutos e, para a produção de CH4, o lodo foi utilizado sem pré-tratamento (SPT). A fermentação foi conduzida em um frasco tipo penicilina de 100 mL, com um volume de trabalho de 45 mL. O meio teve o pH inicial ajustado para 5,5 e foi purgado com N2 por 45 s, para ser incubado a 150 rpm e 35 °C por 24 h. A digestão seguiu o mesmo procedimento com a diferença do pH inicial ajustado para 7,0. A análise de óleos e graxas indicou que 60±3% da massa do PESR é constituída de óleos e graxas. A caracterização total do PESR pelo método adaptado do NREL, para caracterização de biomassa, indicou que 71% da massa é material extraído, 17% de açúcares sendo o principal a manose, 10% de sólidos insolúveis em H2SO4 e 2% de cinzas. Para a produção de H2 foram avaliadas quatro concentrações de PESR, 15; 23; 31 e 46 gPESR/L em 24 h e um estudo de cinética até 48h. O melhor rendimento emH2 foi obtido em 24 h com concentração de 31 gPESR/L resultando em 172 ± 32 mLH2/L.gPESR. Na produção sequencial de CH4 o melhor rendimento foi em 35 dias (214 ± 1 mLCH4/gDQO), o que representou 61% de eficiência. Os resultados obtidos mostram que o PESR é um resíduo com potencial para a produção de biogás, sendo constituído principalmente de ácidos graxos que servem como fonte de carbono para os microrganismos.
Abstract: The production of biocatalysts by Solid-State Fermentation (SSF) from the residual biomass of the oil industry has been investigated in order to reduce the costs of enzymatic production of biodiesel. The culture medium with lipase after SSF can be used entirely as a lipase-active biocatalyst called Dry Fermented Solid (DFS). DFS has been studied as a biocatalyst for biodiesel production from the reaction between Palm Fatty Acid Distillate (PFAD) and ethanol. In this process, after the production of 1L of biodiesel, about 350g of Residual Dry Fermented Solid (RDFS) is generated. RDFS is a waste rich in organic matter, which makes it attractive for the biological production of H2 via fermentation and CH4production via anaerobic digestion in a sequential process. Thus, the use of RDFS is interesting because it adds value to this residue from biodiesel production, besides producing clean and decentralized energy. Thus, the objective of this work was to evaluate the production of H2 and CH4 in a sequential process using RDFS, derived from biodiesel production, and as inoculum, an anaerobic sludge from the biodigester of a sewage treatment plant located in Rio de Janeiro city. For H2 production, sludge was heat-treated (HT) at 65°C for 30 minutes, and CH4 production, sludge was used without pretreatment (WP). Fermentation was conducted in a 100 mL penicillin flask with a working volume of 45 mL. The medium had the initial pH adjusted to 5.5 and was purged with N2 for 45 s to be incubated at 150 rpm and 35 ° C for 24 h. Digestion followed the same procedure, with the initial pH adjusted to 7.0. Analysis of oils and greases indicated that 60 ± 3% of the mass of RDFS is made up of oils and greases. The complete characterization of RDFS by the adapted NREL’s method indicated that 71% of the mass is extracted material, 17% of sugars being the main mannose, 10% of insoluble solids in H2SO4 and 2% of ash. For H2 production, four RDFS concentrations were evaluated, 15; 23; 31 and 46 gRDFS / L at 24 h, and a kinetics study was also carried out. The best H2 yield was obtained at 24h with a concentration of 31 gRDFS / L resulting in 172 ± 32 mLH2 /L gRDFS. In the sequential production of CH4, the best yield was 35 days (214 ± 1 mLCH4/gCOD), which represented 61% efficiency. The results show that RDFS is a residue with potential for the production of biogas, consisting mainly of fatty acids that serve as a carbon source for microorganisms.
Palavras-chave: Dry Residual Dry Fermented Solid
Biological Hydrogen Production
Fermentation
Anaerobic
Digestion
Sequential Production of Hydrogen and Methane
Fermentação
Digestão anaeróbia
Biodiesel
Lipase
Hidrogênio
Metano
Preparado Enzimático Sólido Residual
Produção biológica de hidrogênio
Produção sequencial de hidrogênio e metano
Área(s) do CNPq: CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: SANTOS, Stella Buback dos. Produção de hidrogênio e metano em processo sequencial utilizando o preparado enzimático sólido residual (PESR). 2020. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20127
Data de defesa: 19-Fev-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química

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