Biorefinaria e Escalonamento

Biorrefinaria  

Escopo

As fontes de carbono fóssil como petróleo e gás natural devem ser substituídas por matérias-primas renováveis. A fabricação de produtos de uma origem biológica a nível industrial poderia competir com o petróleo e produtos derivados se todos os recursos renováveis utilizados para a sua produção são explorados através do conceito de biorrefinaria e/ou bioprocesso sustentável. Similar a uma refinaria petroquímica, a biorrefinaria do futuro será uma instalação integrada, que pode converter uma grande variedade de matérias-primas para bioenergia, calor, produtos químicos e outros materiais valiosos maximizando o valor da biomassa e minimizando o desperdício. O crescente interesse científico e comercial no desenvolvimento de estratégias viáveis de biorrefinação para converter matérias-primas renováveis em biocombustíveis, produtos químicos e materiais esta sendo desenvolvido devido a preocupações ambientais, a uma marcada redução dos recursos petrolíferos, e por causa da conscientização pública. Neste contexto, uma importante linha de pesquisa esta sendo implementada com o objetivo de uma tecnologia nacional em parceria com a industria petroquímica local, baseada em matérias primas agroindustriais locais para obtenção de bioprodutos, tal o caso de alguns ácidos orgânicos e alcoóis que se encaixam na cadeia da industria química convencional ou inclusive em novos processos. Nesta linha de pesquisa são incluídos o processo de fermentação em estado sólido para a degradação de polímeros com a subsequente produção de fontes de carbono e nitrogênio uteis para uma segunda etapa de fermentação liquida que permitira a produção final dos bioprodutos de interesse. Esta linha de pesquisa esta suportada por um estudo paralelo de viabilidade técnico econômica a maneira de direcionar as estratégias de pesquisa e desenvolvimento, assegurando assim um resultado tecnológico competitivo no mercado.

Responsáveis

  • Denise Freire
  • Erika Cristina
  • Anderson Fragoso 

Técnicas

  • EVTE com SuperPro Design
  • Técnicas de fermentação em estado solido
  • Técnicas de fermentação submersa
  • Determinações bioquímicas por espectrofotometria
  • Determinações bioquímicas por cromatografia

Infraestrutura

  • Camara climatica com controle de temperatura e umidade relativa
  • Determinador de umidade por lampada IR
  • Determinador de atividade de agua Aqualab
  • Cromatografo líquido
  • Espectrofotometro Shimadzu LU-UV
  • Fermentadores líquidos de bancada
  • Fermentador Terrafors IS- INFORS de 14 l ou 3 kg
  • Medidor de CO2 e O2

Parceiros

  • CENPES
  • Agricultural University of Athens (AUA) - Grécia
  • Universidade de São Paulo

Escalonamento de Bioprocessos

Escopo

O desenvolvimento de bioprocessos passa por uma primeira etapa estudos de caracterização e otimização do processo a escala laboratorial de bancada. Este tipo de estudos que focalizam em fenômenos cinéticos de crescimento e produção, nutricionais, condições físico-químicas, morfológicas e fisiológicas do processo, estão amplamente consolidados no sistema de pesquisa brasileiro, e evidencia disso é o amplo número de grupos de pesquisa e sua produção considerável de publicações, e inclusive patentes. No entanto, o desenvolvimento de bioprocessos tem truncado seu caminho para sua aplicação industrial quando a etapa seguinte de escalonamento não é executada. Este tipo de estudo permite a definição de parâmetros de processo relacionados com fenômenos de transferência de massa e de calor, alem de efeitos mecânicos, que possam afetar o desempenho do processo a nível de cinético. A importância deste estudo radica em que este tipo de efeitos aparecem em escalas subsequentemente maiores no caminho a uma escala industrial de processo. Neste sentido, o propósito desta linha de pesquisa passa pela implementação de uma plataforma para execução deste tipo de estudos, sendo um aspeto chave pelo seu elevado custo, a infraestrutura necessária. Segue em importância, a implementação de estratégias efetivas de escalonamento baseado consideravelmente em expertise acumulada. Ao todo o resultado deste estudo é um conjunto de informações técnicas necessárias para a avaliação técnico-econômica em escala industrial e a elaboração de projetos de instalações industriais. Processos de fermentação em estado sólido e líquido se diferenciam consideravelmente em relação ao seu modo de operação e inclusive no formato da matéria prima a ser utilizada como substrato. Assim, a infraestrutura necessária para o escalonamento de ambos tipos de processos são também diferentes, incrementando isto o custo desta plataforma.

O LaBiM conta com um prédio focado em escalonamento de Bioprocessos, situado no Pólo de Xistoquímica da UFRJ. A infraestrutura do laboratório permite pesquisa na obtenção de bioprodutos desde frasco agitados, bioreatores de 1 a 10 Litros e Planta Piloto Instrumentada de 150 Litros.

Responsaveis

  • Denise Freire
  • Rui de Paula

Técnicas

  • Técnicas de fermentação em estado sólido
  • Técnicas de fermentação submersa
  • Modelagem de bioprocessos

Parceiros

  • CENPES
  • Agricultural University of Athens - Grecia
  • Universidad Autonoma Metropolitana - México
  • Universitat Autònoma de Barcelona - Espanha

Infraestrutura

  • Fermentador Terrafors IS- INFORS de 14 l ou 3 kg
  • Medidor de CO2 e O2
  • Planta piloto de Biosurfactantes