Cofermentação de resíduos orgânicos e inorgânicos em sistemas biológicos e bioeletroquímicos para a obtenção de bioprodutos e eletricidade

• Processo: 22/04024-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Microbiologia - Microbiologia Aplicada
• Pesquisador responsável: Valeria Reginatto Spiller
• Beneficiário: Valeria Reginatto Spiller
• Instituição Sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Adalgisa Rodrigues de Andrade ; María Eugenia Guazzaroni ; Mónica Coca Sanz
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/12271-3 - Como compostos mediadores auxiliam na eletrofermentação com cepas de Clostridium beijerinckii, BP.IC
• Assunto(s): Biotecnologia Células de combustível Resíduos agrícolas Resíduos orgânicos Fermentação Bioprodutos Eletricidade Chorume Clostridium Glicerol
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Célula a combustível microbiana | Chorume | Clostridium | Glicerol residual | resíduos hortifrutícolas | biotecnologia

Resumo

O desenvolvimento sustentável é um dos desafios mais importantes do nosso século. Nos últimos anos conceitos como a Bioeconomia alavancaram políticas públicas e pesquisas que priorizam o uso ou reuso de matérias-primas renováveis. Assim, recursos renováveis, especialmente resíduos, são potenciais insumos para produzir combustíveis, materiais e energia. Neste contexto, este projeto tem como foco a valorização de resíduos orgânicos e inorgânicos por meio de processos bioquímicos e bioeletroquímicos para a obtenção de bioprodutos e bioeletricidade. O projeto propõe a continuidade da linha de pesquisa conduzida no Laboratório de Biotecnologia Ambiental e Energias Renováveis - LABIORE, do Departamento de Química da FFCLRP-USP. Processos biocatalisados por Clostridium e bioeletroquímicos catalizados por consórcios bacterianos tem sido o foco de nossas investigações. Espécies de Clostridium tem sido aplicada para a obtenção de hidrogênio e ácido butírico, além de 1,3-propanodiol (1,3-PDO) por fermentação de carboidratos e glicerol, respectivamente. Até o momento, tais bioprocessos foram conduzidos com compostos orgânicos e inorgânicos puros, visando mimetizar a composição de resíduos. Neste projeto, porém, deseja-se ampliar os conhecimentos adquiridos pela substituição de substratos puros por resíduos. Será investigada como a substituição parcial ou total dos compostos puros por resíduos impacta nos bioprocessos com Clostridium e com culturas mistas em CCM, em termos de produtividade e na fisiologia e bioquímica dos biocatalisadores. A concentração e a proporção que os resíduos podem ser utilizados será investigada por meio de planejamentos experimentais. Resíduos de composição predominantemente orgânica a serem explorados como fonte de carbono são o glicerol residual da produção de biodiesel e resíduos hortifrutícolas. Os macro e micronutrientes, essenciais ao funcionamento de sistemas biológicos serão substituídos por chorume de aterros sanitários urbanos ou seu concentrado (gerado após osmose reversa). Tais resíduos serão cofermentados para a obtenção de bioprodutos, tais como o H2, o ácido butírico, o 1,3-PDO em bioprocessos catalizados por Clostridium, além de eletricidade em Célula a Combustível Microbiana (CCM). Os bioprocessos serão acompanhados em termos de produtividade e eficiências, em cada etapa de substituição gradual de compostos puros por resíduos. Também serão monitoradas a expressão de enzimas chaves do metabolismo do Clostridium para o produto desejado. A Eficiência Coulomb no processo bioeletroquímico indicará a conversão de energia química contida nos resíduos em energia elétrica. A abordagem multidisciplinar do projeto é propiciada pelos participantes desta proposta. A valorização de resíduos orgânicos hortícolas é um dos objetivos de um projeto de colaboração que já vem sendo desenvolvido em conjunto com a Prof. Mónica Coca do Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Universidad de Valladolid (Espanha). A Prof. Adalgisa Rodrigues de Andrade (FFCLRP/USP) contribuirá com a caracterização dos processos bioeletroquímicos e a Prof. María Eugenia Guazzaroni (FFCLRP/USP) com a investigação de comunidades microbianas envolvidas na degradação dos resíduos em CCM. Desta forma, os resultados do projeto auxiliarão na compreensão dos limites e na resiliência dos microrganismos aos resíduos. A substituição de insumos puros por resíduos, promoverá a valorização dos resíduos possibilitando a obtenção de produtos de valor agregado de forma mais sustentável e economicamente mais atrativa. (AU)

Publicações científicas

(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)

BORTOLUCCI, JONATA; ZANI, ANA CLARA BONIZOL; DE GOUVEA, PAULA FAGUNDES; DINAMARCO, TAISA MAGNANI; REGINATTO, VALERIA. A non-solventogenic Clostridium beijerinckii strain lacking acetoacetate decarboxylase assimilates acetate and accumulates butyrate. BIOMASS & BIOENERGY, v. 172, p. 8-pg., 2023-03-31. (16/05578-9, 18/12471-1, 22/04024-0, 18/10296-8, 20/03168-3)

NARCIZO, JULIA PEREIRA; MANCILIO, LUCCA BONJY KIKUTI; PEDRINO, MATHEUS; GUAZZARONI, MARIA-EUGENIA; DE ANDRADE, ADALGISA RODRIGUES; REGINATTO, VALERIA. A New Pseudomonas aeruginosa Isolate Enhances Its Unusual 1,3-Propanediol Generation from Glycerol in Bioelectrochemical System. CATALYSTS, v. 13, n. 7, p. 13-pg., 2023-07-01. (21/07294-6, 21/01655-7, 21/09375-3, 22/04024-0, 21/01748-5)