Mestrado em Energia e Bio-Energia (2º ciclo)

Transcrição

1 A Long Way... (by Fábio Vieira) 1

2 Temas para Dissertação (sugeridos pelos Docentes) 2

3 Conteúdo Temático Microalgas Culturas energéticas e resíduos Biodiesel Processos termo-químicos Valorização de sub-produtos sólidos de processos termo-químicos Bio-hidrogénio Sequestro de CO 2 Digestão anaeróbia SIGs 3

4 Microalgas 4

5 Tema 1 Produção de microalgas em águas residuais para produção de óleos Orientador e contacto: Professor Doutor Nuno Lapa (FCT-UNL) (ncsn@fct.unl.pt) Principais Actividades: Produção de biomassa microalgal, em cultura descontínua, utilizando águas residuais como meios de cultura Avaliação da produção de biomassa e consumo de nutrientes Separação da biomassa microalgal Quantificação do teor de óleos na biomassa 5

6 Tema 2 Sequestração de CO 2 por microalgas Orientadora e contacto: Doutora Luísa Gouveia (LNEG/UB) (luisa.gouveia@lneg.pt) Enquadramento: O CO 2 tem sido apontado como o principal causador do efeito de estufa, aquecimento global e consequentes alterações climáticas. É urgente baixar os níveis de CO 2, uma vez que dificilmente as emissões diminuem. As microalgas, por outro lado, são o organismo fotossintético mais eficiente para a mitigação do CO 2. Principais Actividades: Este projecto de mestrado tem como objectivo estudar a capacidade das algas de sequestrar CO 2. Será efectuado o screening das microalgas de modo a seleccionar a(s) melhore(s) algas em termos de fixação de CO 2 /crescimento. Será ainda estudado as melhores condições de crescimento e percentagens de incorporação de CO 2. Os estudos serão efectuados com misturas sintéticas de CO 2 bem como com efluentes gasosos de incineradoras, termoeléctricas, e/ou cimenteiras. 6

7 Tema 3 Microalgas para produção de bio-etanol Orientadora e contacto: Doutora Luísa Gouveia (LNEG/UB) (luisa.gouveia@lneg.pt) Enquadramento: A procura de novas formas de produção de biocombustíveis, é hoje em dia, algo incontornável, devido a vários factores, tais como, o aquecimento global, a dependência e insegurança do abastecimento e a diminuição das fontes de combustíveis fósseis. O bio-etanol é um biocombustível renovável, que pode ser incorporado na gasolina e pode ser produzido a partir dos açúcares da biomassa de microalgas. Principais Actividades: Este projecto de mestrado tem como objectivo estudar os métodos de ruptura e tratamento da célula para a extracção dos açúcares das microalgas, selecção do processo fermentativo (estirpes de leveduras), bem como as condições operacionais para a sua fermentação. 7

8 Tema 4 Pilhas de combustível microbianas: Estudo de microalgas como biocatalisadores na produção de electricidade Orientadora e contacto: Doutora Luísa Gouveia (LNEG/UB) (luisa.gouveia@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: Este projecto de mestrado tem como objectivo estudar a viabilidade das microalgas como biocatalizadores em pilhas de combustível microbianas (MFCs). Serão feitos estudos comparativos de operação de MFCs com catalisadores de Pt e microalgas, estudando a potência eléctrica gerada em cada caso. Serão ainda estudados os parâmetros que afectam a eficiência das microalgas nos eléctrodos das MFCs, como o tempo de exposição à luz e concentração de CO 2 no cátodo. 8

9 Culturas Energéticas e Resíduos 9

10 Tema 5 Influência dos factores agronómicos na qualidade da biomassa de Kenaf para produção de energia Orientadora e contacto: Professora Doutora Ana Fernando (FCT-UNL) (ala@fct.unl.pt) Principais Objectivos: O principal objectivo deste trabalho é o de estudar a influência dos aspectos agronómicos (data de sementeira, densidade da sementeira, data da colheita, fertilização azotada, irrigação) na produtividade e na qualidade da biomassa de Kenaf (uma planta anual herbácea) para produção de energia. Carácter da Investigação: Trabalho teórico (não envolve laboratório) 10

11 Tema 6 Influência da data de colheita de Miscanthus na produtividade, na qualidade da biomassa e no impacte ambiental da produção de energia Orientadora e contacto: Professora Doutora Ana Fernando (FCT-UNL) (ala@fct.unl.pt) Principais Objectivos: O principal objectivo deste trabalho é o de estudar a influência da data de colheita de Miscanthus, na produtividade e na qualidade da biomassa para produção de energia. Pretende-se também estudar o efeito da data de colheita dos Miscanthus no balanço energético, nas emissões de gases que contribuem para o efeito estufa e nas emissões totais de gases acidificantes no caso da combustão dos Miscanthus numa Central de Biomassa. Carácter da Investigação: Trabalho teórico (não envolve laboratório) 11

12 Tema 7 Construção e validação de uma modelo para avaliação do potencial energético de resíduos agrícolas Orientadora e contacto: Professora Doutora Ana Fernando (FCT-UNL) (ala@fct.unl.pt) Principais Objectivos: O principal objectivo deste trabalho é o de implementar e validar um modelo que permita a avaliação do potencial energético dos resíduos das principais culturas agrícolas em Portugal. Carácter da Investigação: Trabalho teórico (não envolve laboratório) 12

13 Tema 8 Efeito da aplicação de LRU s na produtividade e na qualidade do Kenaf Orientadora e contacto: Professora Doutora Ana Fernando (FCT-UNL) (ala@fct.unl.pt) Principais Objectivos: O principal objectivo deste estudo é o de estudar o efeito da aplicação de lamas residuais urbanas na produtividade e na qualidade do Kenaf. Serão utilizados dois tipos de lamas, LRU s ricas em zinco, um elemento de maior mobilidade e que o Kenaf transloca das raízes para a biomassa aérea, e LRU s ricas em cobre, um elemento de menor mobilidade e que o Kenaf acumula e bioadsorve nas suas raízes. Carácter da Investigação: Trabalho laboratorial 13

14 Tema 9 Efeito da aplicação de AR s na produtividade e na qualidade do kenaf Orientadora e contacto: Professora Doutora Ana Fernando (FCT-UNL) (ala@fct.unl.pt) Principais Objectivos: O principal objectivo deste estudo é o de estudar o efeito da aplicação de águas residuais na produtividade e na qualidade do kenaf. Serão utilizados dois tipos de AR s, ricas em fósforo, e em metais pesados. Carácter da Investigação: Trabalho laboratorial 14

15 Biodiesel 15

16 Tema 10 Utilização de resíduos do sector avícola para a produção de biodiesel Orientadora e contacto: Doutora Cristina Oliveira (LNEG/UB) (cristina.oliveira@lneg.pt) Principais Actividades: Levantamento da quantidade de resíduos do sector avícola em Portugal; Recolha e caracterização da matéria-prima; Esterificação/Transesterificação da matéria-prima utilizando diferentes tipos de catalisadores (homogéneos e heterogéneos); Caracterização do produto final de acordo com a EN

17 Processos Termo-químicos 17

18 Tema 11 Estudo da Degradação Térmica de Resíduos Sob-Pressão Orientador e contacto: Doutor Miguel Miranda (LNEG/UEZ) (miguel.miranda@lneg.pt) Principais Objectivos: O estudo da degradação térmica de resíduos sob-pressão será realizado em equipamento de Análise Termogravimétrica de alta pressão e temperatura. Este procedimento de análise térmica permite estudar as variações de perda de massa de diferentes tipos de materiais orgânicos e inorgânicos (ex. polímeros) em função da temperatura e do tempo. Neste trabalho estudar-se-ão as variáveis velocidade de aquecimento, temperatura de degradação e pressão associadas à degradação térmica do material a definir como objecto de estudo. 18

19 Tema 12 Conceito de bio-refinaria aplicado ao processo de pirólise de óleos vegetais para a produção de um combustível alternativo Orientadora e contacto: Doutora Paula Alexandra Costa (LNEG/UEZ) (paula.costa@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: O objectivo deste trabalho é o estudo do efeito das condições experimentais que permitam optimizar o processo de pirólise de modo a ser obtido um combustível que possa ser utilizado num motor a diesel convencional. Os óleos vegetais não podem ser utilizados directamente como combustíveis por apresentam um grau de insaturação e consequentemente triglicéridos e glicerol. Um dos possíveis processos de upgrade destes óleos com vista a sua valorização energética, é a pirólise. Este processo ocorre a temperatura e pressão moderadas em meio redutor e em presença de um catalisador adequado. Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 19

20 Tema 13 Análise de sub-produtos orgânicos gerados em processos de valorização de resíduos Orientadora e contacto: Doutora Paula Alexandra Costa (LNEG/UEZ) (paula.costa@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: O objectivo deste trabalho é a caracterização química dos subprodutos gerados durante os processos de tratamento térmico de resíduos (gasificação e pirólise) com vista á sua possível valorização. Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 20

21 Tema 14 Estudo do processo de hidrogenação de óleos de bagaço de azeitona num conceito de bio-refinaria Orientadora, co-orientadora e contactos: Doutora Filomena Pinto (LNEG/UEZ) (filomena.pinto@lneg.pt) Professora Doutora Margarida Gonçalves (FCT-UNL) (mmpg@fct.unl.pt) Principais Objectivos e Actividades: Aproveitamento de óleos de bagaço de azeitona para fins energéticos a partir da sua hidrogenação. A hidrogenação ocorre a temperatura e pressão moderadas e em presença de um catalisador adequado. Neste trabalho pretende-se estudar o efeito das condições experimentais que permitam optimizar o processo de hidrogenação e a consequente utilização do óleo como combustível sintético em motor a diesel convencional. O trabalho será realizado numa instalação já existente no LNEG, nas instalações do Lumiar. Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 21

22 Tema 15 Optimização do processo de gasificação de resíduos de casca de amêndoa para produção de bio-hidrogénio para fins energéticos Orientadora e contacto: Doutora Filomena Pinto (LNEG/UEZ) (filomena.pinto@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: Estudo da gasificação em leito fluidizado de resíduos de casca de amêndoa que apresentam um teor energético apreciável, de modo a convertê-los em bio-combustíveis gasosos. Optimização dos principais parâmetros do processo de gasificação, nomeadamente: temperatura, caudais de vapor, ar ou oxigénio, entre outros, que conduzam à maximização de bio-hidrogénio. Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 22

23 Tema 16 Aproveitamento energético de resíduos de relva e/ou de poda de jardins por gasificação em leito fluidizado Orientador e contacto: Doutor Rui André (LNEG/UEZ) (rui.andre@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: Os resíduos de relva e/ou de poda de jardins são resíduos limpos e sem constituintes indesejáveis para a sua conversão energética. A partir da gasificação destes resíduos é possível convertê-los em gás de síntese que poderá ser utilizado como bio-combustível gasoso ou posteriormente ser convertido em bio-combustível líquido. Para tal é necessário que o gás de síntese satisfaça os requisitos adequados. Neste trabalho pretende-se optimizar o processo de gasificação de modo a que o gás de síntese obtido apresente as características adequadas para poder ser usado em síntese química. Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 23

24 Tema 17 Estudo e optimização do processo de gasificação de lenhina em instalação de leito fluidizado para a produção de um gás de síntese Orientador e contacto: Doutor Carlos Lopes Franco (LNEG/UEZ) (carlos.franco@lneg.pt) Principais Objectivos e Actividades: A gasificação da lenhina difere significativamente da gasificação da biomassa primária. Enquanto a pirólise de biomassa produz cerca de 20-25% de char, na pirólise de lenhina este valor pode chegar até 50%. Sendo a pirólise o 1º passo do processo de gasificação, isto significa que o processo deve ser optimizado para gasificação desta espécie. Outra propriedade da lenhina que deve ser tida em conta na sua gasificaçã - teor de cinzas, onde a quantidade e a distribuição dos componentes da cinza determina quais as condições operatórias mais adequadas para a gasificação da lenhina. Com o objectivo de produzir um gás de síntese limpo e isento de azoto, os ensaios de gasificação serão realizados com O 2 ou uma mistura de O 2 com o vapor e se necessário na presença de catalisadores de baixo custo, numa tentativa de minimizar a formação de alcatrão durante a gasificação. Serão estudados, os efeitos da temperatura, razão lenhina/o 2, razão lenhina/vapor, composição da lenhina com o objectivo de produzir um gás com baixos níveis de alcatrão e hidrocarbonetos. Em resumo, pretende-se: - Estudar o processo de gasificação de lenhina em leito fluidizado - Optimizar os principais parâmetros do processo de gasificação - Estudar a acção de catalisadores na produção de H 2 no processo de gasificação e na diminuição de componentes poluentes - Produzir uma tese/relatório com parte teórica resultante da pesquisa bibliográfica no âmbito do tema, suportando o trabalho experimental realizado, os resultados e conclusões. O trabalho experimental será efectuado numa instalação de bancada existente na UEZ/LNEG, sendo coordenado com outras actividades de gasificação Condicionante: Este tema exige a realização de trabalho experimental durante pelos menos 2 meses 24

25 Valorização de Sub-produtos Sólidos de Processos Térmicos 25

26 Tema 18 Estudo da valorização dos subprodutos sólidos obtidos na co-pirólise de diferentes resíduos Orientador, colaboração e contactos: Professor Doutor Nuno Lapa (FCT-UNL) (ncsn@fct.unl.pt) Colaboração da aluna de doutoramento Engª Maria Bernardo (FCT-UNL) (maria.b@fct.unl.pt) Objectivos e Actividades: A co-pirólise de misturas de resíduos converte-os em produtos de maior valor acrescentado, líquidos e gasosos, podendo ser usados como combustíveis ou como matéria-prima em diversas indústrias. A co-pirólise de resíduos produz também subprodutos sólidos carbonosos (carvões), para os quais é necessário estudar e definir as utilizações mais adequadas, para evitar que sejam considerados como resíduos. O objectivo deste trabalho é a valorização destes subprodutos. Face ao objectivo pretendido, proceder-se-á a uma caracterização química e ecotoxicológica destes carvões, incluindo estudos de lixiviação com diferentes soluções lixiviantes simulando condições diferenciais de libertação de compostos orgânicos e inorgânicos. Os diferentes eluatos obtidos serão submetidos a análises químicas onde se procurará avaliar a sua composição em contaminantes inorgânicos e orgânicos. A caracterização ecotoxicológica dos eluatos irá ser realizada com um conjunto de indicadores biológicos, como a bactéria luminescente Vibrio fischeri e o crustáceo Daphnia magna. Face aos resultados obtidos, determinar-se-ão as possíveis estratégias de reutilização/valorização dos carvões. 26

27 Tema 19 Estudo da valorização de cinzas de centrais de biomassa na produção de materiais para a protecção da costa Orientador, colaboração e contactos: Professor Doutor Nuno Lapa (FCT-UNL) (ncsn@fct.unl.pt) Colaboração do aluno de doutoramento Engº Rui Barbosa (FCT-UNL) (rfb@fct.unl.pt) Objectivos e Actividades: Produzir materiais para a protecção de zonas costeiras, baseados na utilização de cinzas de centrais de biomassa Estudar a lixiviação de espécies químicas a partir dos materiais produzidos, tendo por base ensaios de lixiviação que simulem o ambiente costeiro Estudar as propriedades ecotoxicológicas dos lixiviados produzidos, recorrendose ao uso de indicadores biológicos (bactérias, microalgas e microcrustáceos) 27

28 Tema 20 Estudo da valorização de cinzas de centrais de biomassa na produção de materiais para pavimentos Orientador, colaboração e contactos: Professor Doutor Nuno Lapa (FCT-UNL) (ncsn@fct.unl.pt) Colaboração do aluno de doutoramento Engº Rui Barbosa (FCT-UNL) (rfb@fct.unl.pt) Objectivos e Actividades: Produzir materiais para a colocação em pavimentos, baseados na utilização de cinzas de centrais de biomassa Estudar a lixiviação de espécies químicas a partir dos materiais produzidos, tendo por base ensaios de lixiviação que simulem a exposição dos materiais a ambientes no exterior de edifícios Estudar as propriedades ecotoxicológicas dos lixiviados produzidos, recorrendose ao uso de indicadores biológicos (bactérias, microalgas e plantas superiores) 28

29 Bio-hidrogénio 29

30 Tema 21 Produção de biohidrogénio a partir de diferentes fontes carbono, por fermentação anaeróbia Orientadora e contacto: Doutora Paula Marques (LNEG/UB) (paula.marques@lneg.pt) Interesse do Trabalho e Objectivos: Actualmente, existe um novo desafio em termos energéticos, que se traduz por uma transição para fontes de energia renováveis e menos poluentes. Neste contexto, o hidrogénio (H 2 ) surge como uma boa alternativa. O hidrogénio pode ser produzido por via biológica (biohidrogénio), a partir de diferentes substratos. Neste trabalho pretende-se estudar a viabilidade de produção de biohidrogénio, por fermentação anaeróbia, por uma estirpe da bactéria Enterobacter aerogenes, utilizando como substrato diferentes fontes de carbono, como biomassa microalgal, xarope de Alfarroba e hidrolisados de resíduos da pasta de papel. Programa de Trabalho: 1.Determinação da curva de crescimento da bactéria Enterobacter aerogenes, em meio de crescimento e da relação D.O./Peso seco, nas condições de temperatura do processo, necessárias para o planeamento dos estudos de produção de bioh2, a realizar neste trabalho. 2.Optimização de parâmetros físico químicos influentes no rendimento do processo, como concentração de biomassa e de substrato e razão de fases líquida/gasosa dentro do reactor, pela metodologia no desenho composto central (DCC). 3.Estudo da viabilidade de integração deste processo em industrias para produção de biocombustíveis ou utilização do hidrogénio como matéria-prima. 30

31 Sequestro de CO 2 31

32 Tema 22 BioCCS - Captura de CO 2 em Processos bioenergéticos Orientadora e contacto: Doutora Dulce Boavida (LNEG/UEZ) (dulce.boavida@lneg.pt) Principal Objectivo: Qual o potencial de utilização da tecnologia de Captura de CO 2 em sistemas energéticos, de conversão e utilização de biomassa? Carácter do Trabalho: Trabalho Teórico (pesquisa; não envolve laboratório) 32

33 Digestão anaeróbia 33

34 Tema 23 Avaliação da potencialidade de produção de biogás a partir da co-digestão de resíduos de diversa origem com biomassa proveniente numa região do País Orientador e contacto: Doutor Santino di Berardino (LNEG/UB) (santino.diberardino@lneg.pt) Principal Objectivo: O objectivo deste estágio insere-se numa actividade de prestação de serviços de um projecto onde se pretende construir uma unidade de produção de biogás a partir de resíduos gerados na região. Pretende-se estudar e avaliar o potencial energético dos resíduos da região para utilização no processo de digestão anaeróbia e a sua compatibilidade, em termos de estabilidade e rendimento de conversão. O presente trabalho consta de uma actividade de campo envolvendo estudos de viabilidade técnica e económica e respectiva análise de ciclo de vida. Prevê também uma actividade laboratorial para avaliar o potencial energético possível e apurar as condições que garantem o melhor rendimento. 34

35 SIGs 35

36 Tema 24 Modelo SIG de Avaliação Multi-Critério para Biomassa Florestal Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Desenvolver um modelo SIG de avaliação multi-critério que permita compreender o modo como um conjunto de factores ambientais seleccionados e inter-relacionados poderão influenciar os valores de produção da biomassa florestal. 36

37 Tema 25 Modelo SIG para a Localização de uma Central de Digestão Anaeróbia Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Desenvolver um modelo SIG para a localização óptima de uma central de digestão anaeróbia para a valorização de materiais orgânicos complexos. 37

38 Tema 26 Avaliação do teor de biomassa florestal e do seu potencial energético Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Utilização de imagens de Satélite para o cálculo do teor de biomassa florestal e estimativa do seu potencial energético. 38

39 Tema 27 Modelo SIG para a definição de esquemas-tipo de tratamento Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Desenvolvimento de uma aplicação SIG para a definição de esquemas-tipo de tratamento de resíduos sólidos em função da sua natureza, grau e tratamento exigido e minimização de impactes ambientais. 39

40 Tema 28 Modelo SIG para a localização de um centro de compostagem Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Utilização de um SIG para a localização de um centro de compostagem para a valorização agronómica de resíduos de fibra de algodão da indústria têxtil na região do Vale do Ave. 40

41 Tema 29 Abordagens e ferramentas geográficas úteis para a implementação de sistemas de aquecimento em áreas residenciais Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Efectuar o levantamento das abordagens e ferramentas geográficas disponíveis que poderão ser utilizadas na definição de uma estratégia de implementação de sistemas de aquecimento, baseados em bioenergia, em novas áreas residenciais. 41

42 Tema 30 Protótipo de Sistema Espacial de Apoio à Decisão para a inventariação, recolha e tratamento de resíduos orgânicos Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI/UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Desenvolver um protótipo de Sistema Espacial de Apoio à Decisão para a inventariação, recolha e tratamento de resíduos orgânicos na região de Lisboa. 42

43 Tema 31 Modelo SIG para a localização óptima de instalações de produção de bioenergia Orientador e contacto: Professor Doutor Marco Painho (ISEGI-UNL) (painho@isegi.unl.pt) Principais Objectivos: Desenvolver um modelo baseado em SIG que permita analisar a variação geográfica do potencial de exploração de matériasprimas bioenergéticas, com vista à determinação de localização óptima de instalações de produção de bioenergia. 43

44 Todos os docentes estão disponíveis para orientar temas sugeridos pelos mestrandos, mediante a avaliação prévia do tema proposto