Waste2energy: integração das tecnologias supercrítica e digestão anaeróbia através de um sistema automatizado para produção de precursores de biocombustíveis

• Processo: 18/14938-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Vigência: 01 de dezembro de 2019 - 30 de novembro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Agrárias - Ciência e Tecnologia de Alimentos - Engenharia de Alimentos
• Pesquisador responsável: Tânia Forster Carneiro
• Beneficiário: Tânia Forster Carneiro
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Ackmez Mudhoo ; Maurício Ariel Rostagno ; Michael Timko ; Rosana Goldbeck Coelho ; Solange Inês Mussatto Dragone
• Vinculado ao auxílio: 11/19817-1 - Biorefinaria na indústria agroalimentar: reaproveitamento de resíduos para produção de novos compostos químicos e biohidrogênio, AP.BIOEN.JP
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/04479-0 - EXTRAÇÃO E HIDRÓLISE EM REATOR AUTOMATIZADO IN-LINE COMO TECNOLOGIA PARA VALORIZAÇÃO DA CASCA DE CAMBUCI (Campomanesia phaea Berg.), BP.MS; 21/07986-5 - Valorização do bagaço de maçã pela tecnologia de digestão anaeróbia em um conceito de biorrefinaria, BP.DR; 22/11690-7 - Avaliação da extração de betanina em folhas de beterraba (beta vulgaris l.) utilizando água subcrítica em reator automatizado com análise in-line, BP.MS; + mais bolsas vinculadas 22/02305-2 - Avaliação da hidrólise em água subcrítica em reator automatizado com análise in-line de compostos de maior valor agregado de cascas de pitaia (Hylocereus undatus), BP.MS; 21/03950-6 - Hidrólise subcrítica e digestão anaeróbia para produção de açucares e biogás a partir do bagaço de maçã proveniente do processamento de suco, BP.PD; 22/00950-8 - Valorização das cascas de frutas procedentes das indústrias de suco através da tecnologia de digestão anaeróbia, BP.IC; 22/01567-3 - Caracterização química-analítica dos resíduos procedentes da indústria de alimentos, BP.IC; 21/08696-0 - Biorrefinarias no contexto das indústrias alimentarias e sua abordagem para sustentabilidade: análises energético, técnico-econômico e ambiental baseado na produção de biogás e biometano (ZeWaFFI), BP.PD; 21/04096-9 - Integração dos processos extração/hidrólise em água subcrítica e purificação para a valorização de bagaço de uva em um conceito de biorrefinaria, BP.DR; 20/10323-5 - Avaliação de ciclo de vida e técnico-financeira da integração das tecnologias de digestão anaeróbia e hidrotérmica para reaproveitamento de resíduos, BP.PD; 20/16248-5 - Purificação de extratos de resíduos de jabuticaba por adsorventes e biochar usando tecnologia supercrítica, BP.MS; 19/26925-7 - Desenvolvimento de um sistema automatizado para produção de precursores de biocombustíveis através da tecnologia subcrítica, BP.DD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Bioeconomia Extração supercrítica Bioenergia Biorrefinarias Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biochar | bioeconomia | bioenergia | Biomassa | biorrefinaria | Ethanol 2G | Tecnologia Supercrítica

Resumo

Diversas tecnologias de conversão de biomassa e reaproveitamento de resíduos para a produção de novos produtos com aproveitamento energético estão emergindo. Entre estas se destacam a tecnologia supercrítica, que utiliza água como solvente em processo limpo e sustentável, e a tecnologia de digestão anaeróbica termofílica seca, que valoriza águas residuárias e resíduos sólidos ao mesmo tempo em que produz biogás (bio-hidrogênio/metano). Com o intuito de avaliar a integração destas tecnologias propõe-se a construção de uma unidade experimental composta por reatores em série e em paralelo de hidrólise em água subcrítica e de digestão. A inovação deste projeto consiste na integração de tecnologias no conceito de biorrefinaria levando a um desenvolvimento tecnológico sustentável, onde diversos subprodutos de alto valor agregado serão obtidos através de uma unidade de reatores com sistema automatizado acoplado em linha com a etapa de análise química. A etapa de otimização do pré-tratamento da biomassa permitirá determinar o rendimento dos produtos químicos desta plataforma química tais como os açúcares C5 e C6, etanol, butanol, furfural, hidroximetilfurfural, ácidos levulínico e seus derivados, succinico. Por outro lado, as etapas de digestão irão permitir a produção de biogás, biohidrogênio e/ou biometano um substituto do gás natural e/ou biocombustível, assim como análises de aspetos técnico-econômicos e ciclo de vida permitirão avaliar os impactos na saúde humana e no ambiente. Adicionalmente, a obtenção de um hidrolisado final de alta qualidade será obtido através de ensaios inéditos com biocarvão (biochar), ou seja o resíduo obtido no reator de hidrólise será empacotado e reutilizado como filtro com alto poder de seletividade de compostos. Por outro lado, dependendo do resíduo líquido ou sólido, o reator de digestão também irá inovar esta pesquisa trabalhando em linha com o reator de hidrólise para produção de biogás no caso de resíduos lignocelulólicos. Assim, este projeto propõe uma unidade experimental capaz de realizar processos de valorização e tratamento utilizando ambas as tecnologias de forma independente ou de forma integrada. Todos os subprodutos obtidos serão avaliados técnico-economicamente, seja para a produção de biocombustíveis (etanol 2G) e/ou biogás rico em biohidrogênio e/ou metano, e por outro lado biochar de alto valor agregado. Pretende-se desenvolver um processo capaz de valorizar as águas residuárias e os resíduos orgânicos e lignocelulósicos, ao mesmo tempo em que se obtém produtos finais de alto valor agregado, além de produzir bioenergia, relevante quando se considera o desenvolvimento sustentável das indústrias e cidades, diversificação da rede energética do país, promovendo pesquisa com inovação e gerando conhecimento ao combinar rotas de conversão bioquímica e energia. (AU)

Publicações científicas

(23)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SGANZERLA, WILLIAM GUSTAVO; DA ROSA, CLEONICE GONCALVES; GOMES DA SILVA, ALINE PRISCILLA; FERRAREZE, JOCLEITA PERUZZO; AZEVEDO, MONIA STREMEL; FORSTER-CARNEIRO, TANIA; NUNES, MICHAEL RAMOS; DE LIMA VEECK, ANA PAULA. Application in situ of biodegradable films produced with starch, citric pectin and functionalized with feijoa (Acca sellowiana (Berg) Burret) extracts: An effective proposal for food conservation. International Journal of Biological Macromolecules, v. 189, p. 544-553, OCT 31 2021. (19/26925-7, 18/14938-4)

AMPESE, LARISSA CASTRO; BULLER, LUZ SELENE; MONROY, YANETH MACHACA; GARCIA, MONTESERRAT PEREZ; RAMOS-RODRIGUEZ, ANTONIO R.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Macauba's world scenario: a bibliometric analysis. BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, MAR 2021. (18/14938-4, 18/05999-0)

SGANZERLA, WILLIAM G.; AMPESE, LARISSA C.; PARISOTO, THUANNY A. C.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Process intensification for the recovery of methane-rich biogas from dry anaerobic digestion of acai seeds. BIOMASS CONVERSION AND BIOREFINERY, JUL 2021. (18/05999-0, 18/14938-4, 19/26925-7)

AMPESE, LARISSA CASTRO; BULLER, LUZ SELENE; MYERS, JORDAN; TIMKO, MICHAEL T.; MARTINS, GILBERTO; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Valorization of Macauba husks from biodiesel production using subcritical water hydrolysis pretreatment followed by anaerobic digestion. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING, v. 9, n. 4, AUG 2021. (20/10323-5, 18/14938-4, 18/05999-0)

SGANZERLA, WILLIAM G.; AMPESE, LARISSA C.; MUSSATTO, SOLANGE I.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. A bibliometric analysis on potential uses of brewer's spent grains in a biorefinery for the circular economy transition of the beer industry. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 15, n. 6, SEP 2021. (19/26925-7, 18/14938-4, 18/05999-0)

MACIEL-SILVA, FRANCISCO W.; BULLER, LUZ S.; GONCALVES, MARIA L. M. B. B.; ROSTAGNO, MAURICIO A.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. ustainable development in the Legal Amazon: energy recovery from acai seed. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 15, n. 4, p. 1174-1189, JUL 2021. (18/14582-5, 18/14938-4, 20/10323-5, 18/05999-0)

ZIERO, HENRIQUE D.; BERNI, MAURO D.; BULLER, LUZ S.; VASCONCELOS, LEONARDO G.; DORILEO, IVO L.; MUDHOO, ACKMEZ; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Foresight for corn-to-ethanol mills in the Southern Brazilian Amazon: Energy, economic and environmental analysis. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING, v. 9, n. 6, DEC 2021. (20/10323-5, 18/05999-0, 18/14938-4)

BULLER, L. S.; SGANZERLA, W. G.; BERNI, M. D.; BRIGNOLI, S. C.; FORSTER-CARNEIRO, T.. esign and techno-economic analysis of a hybrid system for energy supply in a wastewater treatment plant: A decentralized energy strateg. Journal of Environmental Management, v. 305, MAR 1 2022. (18/05999-0, 20/10323-5, 19/26925-7, 15/50612-8, 18/14938-4)

TENA, MIRIAM; BULLER, LUZ S.; SGANZERLA, WILLIAM G.; BERNI, MAURO; FORSTER-CARNEIRO, TANIA; SOLERA, ROSARIO; PEREZ, MONTSERRAT. Techno-economic evaluation of bioenergy production from anaerobic digestion of by-products from ethanol flex plants. FUEL, v. 309, FEB 1 2022. (20/10323-5, 19/26925-7, 18/05999-0, 18/14938-4)

SGANZERLA, WILLIAM GUSTAVO; BULLER, LUZ SELENE; MUSSATTO, I, SOLANGE; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Techno-economic assessment of bioenergy and fertilizer production by anaerobic digestion of brewer's spent grains in a biorefinery concept. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION, v. 297, MAY 15 2021. (18/05999-0, 19/26925-7, 18/14938-4, 20/10323-5)

JIMENEZ-CASTRO, MARIA PAULA; BULLER, LUZ SELENE; ZOFFREO, ALEXIS; TIMKO, MICHAEL T.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Two-stage anaerobic digestion of orange peel without pre-treatment: Experimental evaluation and application to Sao Paulo state. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING, v. 8, n. 4, AUG 2020. (18/05999-0, 18/14938-4)

TORRES-MAYANGA, PAULO C.; LACHOS-PEREZ, DANIEL; MUDHOO, ACKMEZ; KUMAR, SUNIL; BROWN, AVERY B.; TYUFEKCHIEV, MAKSIM; DRAGONE, GIULIANO; MUSSATTO, I, SOLANGE; ROSTAGNO, MAURICIO A.; TIMKO, MICHAEL; et al. Production of biofuel precursors and value-added chemicals from hydrolysates resulting from hydrothermal processing biomass: A review. BIOMASS & BIOENERGY, v. 130, NOV 2019. (18/05999-0, 13/04304-4, 11/19817-1, 18/14938-4)

JIMENEZ-CASTRO, MARIA P.; BULLER, LUZ S.; SGANZERLA, WILLIAM G.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Bioenergy production from orange industrial waste: a case study. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 14, n. 6, JUL 2020. (18/05999-0, 18/14938-4)

VIGANO, JULIANE; SANCHES, VITOR L.; MESQUITA, LEONARDO M. DE SOUZA; DE SOUZA, MARIANA C.; DA SILVA, LAISE C.; CHAVES, JAISA O.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA; ROSTAGNO, MAURICIO A.. Comprehensive analysis of phenolic compounds from natural products: Integrating sample preparation and analysis. Analytica Chimica Acta, v. 1178, SEP 15 2021. (19/24537-0, 18/14582-5, 19/18772-6, 20/08421-9, 18/17089-8, 13/04304-4, 18/14938-4, 20/15774-5)

SGANZERLA, WILLIAM GUSTAVO; ZABOT, GIOVANI LEONE; TORRES-MAYANGA, PAULO CESAR; BULLER, LUZ SELENE; MUSSATTO, I, SOLANGE; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Techno-economic assessment of subcritical water hydrolysis process for sugars production from brewer's spent grains. INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS, v. 171, NOV 1 2021. (18/05999-0, 20/10323-5, 18/14938-4, 19/26925-7)

OLIVEIRA, T. C. G.; HANLON, K. E.; INTERLANDI, M. A.; TORRES-MAYANGA, P. C.; SILVELLO, M. A. C.; LACHOS-PEREZ, D.; TIMKO, M. T.; ROSTAGNO, M. A.; GOLDBECK, R.; FORSTER-CARNEIRO, T.. Subcritical water hydrolysis pretreatment of sugarcane bagasse to produce second generation ethanol. JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS, v. 164, OCT 1 2020. (18/14582-5, 18/23835-4, 18/14938-4, 18/05999-0, 19/08542-3)

LACHOS-PEREZ, DANIEL; BULLER, LUZ S.; SGANZERLA, WILLIAM G.; ODY, LISSARA R.; ZABOT, GIOVANI L.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Sequential hydrothermal process for production of flavanones and sugars from orange peel: an economic assessment. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 15, n. 1, p. 202-217, JAN 2021. (18/05999-0, 18/14938-4, 18/23835-4)

BULLER, LUZ SELENE; DA SILVA ROMERO, CRISTHY WILLY; CAMARGO LAMPARELLI, RUBENS AUGUSTO; FERREIRA, SAMUEL FONTENELLE; BORTOLETO, ANA PAULA; MUSSATTO, I, SOLANGE; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. A spatially explicit assessment of sugarcane vinasse as a sustainable by-product. Science of The Total Environment, v. 765, APR 15 2021. (18/05999-0, 15/50612-8, 18/14938-4)

FERREIRA, SAMUEL F.; BULLER, LUZ S.; MACIEL-SILVA, FRANCISCO W.; SGANZERLA, WILLIAM G.; BERNI, MAURO D.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Waste management and bioenergy recovery from acai processing in the Brazilian Amazonian region: a perspective for a circular economy. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 15, n. 1, p. 37-46, JAN 2021. (18/05999-0, 18/14938-4, 19/26925-7)

ZIERO, HENRIQUE DI DOMENICO; AMPESE, LARISSA CASTRO; SGANZERLA, WILLIAM G.; TORRES-MAYANGA, PAULO C.; TIMKO, MICHAEL T.; MUSSATTO, I, SOLANGE; FORSTER-CARNEIRO, T.. Subcritical water hydrolysis of poultry feathers for amino acids production. JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS, v. 181, FEB 2022. (18/14938-4, 19/26925-7, 18/05999-0)

SGANZERLA, WILLIAM GUSTAVO; LACHOS-PEREZ, DANIEL; BULLER, LUZ SELENE; ZABOT, GIOVANI L.; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. ost analysis of subcritical water pretreatment of sugarcane straw and bagasse for second-generation bioethanol production: a case study in a sugarcane mil. BIOFUELS BIOPRODUCTS & BIOREFINING-BIOFPR, v. 16, n. 2, DEC 2021. (18/14938-4, 20/10323-5, 19/26925-7, 18/05999-0)

FERREIRA, SAMUEL FONTENELLE; BULLER, LUZ SELENE; BERNI, MAURO DONIZETI; BAJAY, SERGIO VALDIR; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. An integrated approach to explore UASB reactors for energy recycling in pulp and paper industry: a case study in Brazil. BIOFUEL RESEARCH JOURNAL-BRJ, v. 6, n. 3, p. 1039+, SUM 2019. (18/14938-4, 18/05999-0, 11/19817-1)

FERREIRA, SAMUEL FONTENELLE; BULLER, LUZ SELENE; BERNI, MAURO; FORSTER-CARNEIRO, TANIA. Environmental impact assessment of end-uses of biomethane. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION, v. 230, p. 613-621, SEP 1 2019. (18/05999-0, 11/19817-1, 18/14938-4)

Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa