LNEG Investigação para a sustentabilidade

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1 LNEG Investigação para a sustentabilidade Rafal Lukasik Investigador Auxiliar da Unidade de Bioenergia do LNEG, I.P. Pesquisador Visitante Especial da Universidade Regional de Blumenau rafal.lukasik@lneg.pt

2 Solar XXI Campus de Lumiar O Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG) é uma instituição de I&D orientada para responder às necessidades da sociedade e das empresas. Apostando numa investigação sustentável e para a sustentabilidade através da geração do conhecimento do nosso território.

3 R&D LNEG Public Policy Support R&D mission: LNEG works on research, demonstration and technological development to promote technological innovation by directing science and technology for development of the economy contributing to the increased competitiveness of economic progress under a Portuguese sustainable economy. Public policy support: LNEG, an institution of the Ministry of Economy and Employment works as a consultant for public policy on energy and geology, environment, sustainability, metrology standarisation, quality and certification.

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5 Compete à Unidade de Bioenergia: apoiar políticas públicas Nacionais na área da biomassa, bioenergia e biocombustíveis prestação de serviçõs nas áreas de Sustentabilidade & Certificação de Biocombustíveis e Biocombustíveis & Ambiente (LBA) realizar ID&I no domínio das bioenergias, para a utilização de fontes renováveis de biomassa na produção de biocombustíveis e biomateriais realizar ID&I no domínio das biorrefinarias de biomassa, incluindo sequestração de carbono, com vista à diversificação das fontes energéticas, à diminuição da dependência de fontes externas e ao aumento da segurança do abastecimento.

6 U. Bioenergia do LEN o nosso focus: - Biomassa (renovável) como matéria prima para bioenergia e biomateriais - Complementarmente: outros materiais (ex. efluentes liquídos) para bioenergia

7 LNEG Bioenergy Programme: The Forest Biomass Resources Dominating tree specie >2010: 150 MWe from forest residues 13 Biomass Power Plants under construction Pinus pinaster Eucalyptus globulus 34% of total land is Forest! Quercus sp. Source: CELPA

8 LNEG Bioenergy Programme: The Agricultural and Agro-Industrial Biomass Resources Jatropha curcas Castor Sweet sorghum Jerusalem artichoke Used frying oil Sugar cane Sugar beet Animal fat

9 LNEG Bioenergy Programme: The Microalgae Biomass Resources

10 Prioridades estratégicas da UB versus Impacto na Sociedade - Biocombustíveis Liquídos (For the Transportation sector: Current Biofuels; 2 nd and 3 rd generation Biofuels) - Bio-Hidrogénio (For the Transportation sector: for H- Biodiesel; for plug-in electric vehicles) - Produtos derivados de Biomassa (For increasing the Energetic Efficiency / For a Greener Industry: Biotechnology for Industrial Products (eg. lactic acid, furfural, polyols, xylooligosaccharides) derived from Biomass (agro, agro-food, MSW and forest residues) - Pilhas de Combustível Microbianas (For a Cleaner Environment: wastewaters and cheap raw carbohydrates for electricity) - Biocombustíveis gasosos: Biogas (For increasing the Energetic Efficiency: renewable energy produced using biological technologies & anaerobic digestion from residues/wastewaters) & Biometano (for a Greener Industry)

11 UNIT OF BIOENERGY R&D programs Pretreatments Microbiology, Microbial Physiology And Molecular Biology Fermentation Biotechnology of microalgae Lab of Biomass Deconstruction Lab of Cell Factories & Enzymes Lab of Fermentation Technology 30 R&D projects funded during last 5-years Head: F. GÍRIO Pilot unit for microalgae growth

12 Biocombustiveis Liquidos Bio-Hidrogénio Biomateriais Derivados de Biomassa Pilhas Combustivel Microbianas Biogás & Biometano Matriz de Prioridades Estratégicas versus Programas de I&D Prioridades Programas I&D Linhas de I&D 1. Fabricas Celulares e Enzimas Engª Bioquímica Desconstrução da Biomassa Microalgas como vector bioenergético

13 Fábricas Celulares e Enzimas P1. PROGRAMA DE FÁBRICAS CELULARES E ENZIMAS Microbiologia, Fisiologia Microbiana e Biologia Molecular

14 FOCUS: P1. FÁBRICAS CELULARES E ENZIMAS Construção de fábricas celulares e enzimas robustas para distintas aplicações em tecnologias bioenergéticas Pesquisa de novas actividades metabólicas e novas moléculas com propriedades melhoradas para uso em bioenergia 1. FISIOLOGIA E BIOQUIMICA MICROBIANA Linhas de actividade 1.1 Rastreios de novas actividades metabólicas para Bioenergia 1.2 Fisiologia e engenharia de vias metabólicas aplicada a biocombustíveis líquidos para jet fuel e butanol 1.3 Fisiologia de microrganismos acetogénicos para syngas e fermentadores de pentoses 1.4 Fisiologia de fermentações escuras/fotofermentações para bio-hidrogénio e outros vectores bioenergéticos 1.6 Fisiologia de acumulação de lípidos e/ou amido para biocombustíveis líquidos 1.7 Estudos de fisiologia de sobreprodução de enzimas, sacarificação e fermentação simultânea para bioetanol 2ª geração 1.8 Fisiologia e selecção de culturas mistas para digestão anaeróbia (biogás) 1.9 Fisiologia de sobreprodução de bioprodutos a partir de biomassa 1.10 Fisiologia e genética de microrganismos dessulfurizadores de combustíveis fósseis 1.11 Fisiologia de pilhas microbianas electrolíticas

15 P2. PROGRAMA DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA

16 P2. ENGENHARIA BIOQUÍMICA FOCUS: Optimizar Processos em Biorreactores Realizar Estudos de Ampliação de Escala para a co-produção sustentável e economicamente viável de Biocombustíveis e Bioprodutos (químicos e materiais)

17 P2. ENGENHARIA BIOQUÍMICA Linhas de I&D 1. REACTORES BIOLÓGICOS 1.1 Desenvolvimento de Fotobiorreactores 1.2 Reactores Heterotróficos e Integração com Fotobiorreactores 1.3 Desenvolvimento de Novos Sistemas Energeticamente Mais Eficientes de Recolha e Separação de Biomassa de Microalgas 1.4 Tecnologias para Sequestração Biológica de CO2 2. PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTIVEIS E VECTORES BIOENERGETICOS 2.1 Tecnologias Piloto para a Produção de Biocombustíveis, para Bio-Hidrogénio, Biogás e Biometano 2.2 Reactores Biológicos de Membranas para Biocombustíveis Líquidos e Biomateriais 2.3 Bioconversão de Syngas para Bioenergia 2.4 Desenvolvimento de Tecnologias Piloto de Fermentação de Pentoses em Biorrefinarias 2.5 Digestão Anaeróbia de Efluentes e Resíduos

18 P3. PROGRAMA DE DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA

19 Increasing value P3. DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA FOCUS: Optimizar Processos de Fraccionamento de Biomassa, no enquadramento da Biorrefinaria, para garantir a co-produção sustentável de Biocombustíveis e Bioprodutos (químicos e materiais) Chemicals Materials Biofuels Energy Energy Biorefinery Chemicals Biomass Green chem

20 P3. DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA Linhas de Actividade 1. BIOMASSA Disponibilidade Caracterização físico-química Potencial de valorização na biorrefinaria (Bio(tecnológico)-energético) Base de dados da composição da biomassa (interno/externo) Desenvolvimento de novas metodologias de caracterização físico-química avançada 2. PRÉ-TRATAMENTOS Pré-tratamentos químicos convencionais Pré-tratamentos hidrotérmicos Processos de extracção convencionais (para lípidos, fenóis, açúcares e outros) Novos processos: líq. iónicos, fluídos sub- e super-críticos, (super)ácidos sólidos, microondas, ultra-sons 3. INTEGRAÇÃO DOS PRÉ-TRATAMENTOS NO ÂMBITO DAS BIORREFINARIAS Efeito do pré-tratamento na hidrólise da celulose; estratégias de pré-tratamento e hidrólise combinada Efeito do pré-tratamento na produção de biocombustíveis líquidos (bioetanol, biodiesel, outros) e gasosos Destoxificação Desenvolvimento/modificação de novos métodos Avaliação do impacto da destoxificação Valorização (Bio)produtos derivados das hemiceluloses (Bio)produtos derivados da lenhina (Bio)produtos derivados de (micro)algas (Bio)produtos derivados de extractivos Formulação de meios de cultura industriais

21 P4. Programa MICROALGAS COMO VECTOR BIOENERGÉTICO

22 P4. MICROALGAS COMO VECTOR BIOENERGÉTICO Focus: Optimizar Processos de Produção de Biomassa de Microalgas para produção de biocombustíveis líquidos e gasosos, electricidade e sequestração de CO2

23 P4. MICROALGAS COMO VECTOR BIOENERGÉTICO Linhas de Actividade 1. Sistemas biológicos com Sequestração de CO2 2. Integração da Energia Fotovoltaica/Solar/Eólica associada a Sistemas Biológicos (agitação, aquecimento, arrefecimento, secagem, fibras ópticas) 3. Produção Directa de Electricidade a partir de Pilhas Microbianas 4. Microalgas como sistema biológico para a produção de Biocombustíveis Liquidos e Gasosos 5. A Cidade do Futuro: Integração da Bioenergia no Planeamento e Construção das Cidades

24 Ecoeficiência Ambiental Sócio-ambiental Sustentável Económico Social GS. GRUPO Da Sustentabilidade De Biocombustíveis e Bioliquidos Sócio-económico Adapted from: -em-ti-indo-alem-da-ti-verde/

25 GS. GRUPO DA SUSTENTABILIDADE DE BIOCOMBUSTIVEIS E BIOLIQUIDOS FOCUS: Desenvolver metodologias para avaliação de sustentabilidade em bioenergia, nas seguintes áreas de actividade: 1. Apoio às Políticas Públicas; 2. Apoio a Empresas; 3. Investigação & Desenvolvimento

26 GS. GRUPO DA SUSTENTABILIDADE DE BIOCOMBUSTIVEIS E BIOLIQUIDOS Linhas de actividade 1. APOIO ÀS POLÍTICAS PÚBLICAS, na regulamentação da sustentabilidade de biocombustíveis: Apoio à criação da Entidade Coordenadora do Cumprimento dos Critérios de Sustentabilidade (ECS); Emissão de pareceres sobre critérios de sustentabilidade; Harmonização da metodologia de cálculos de emissões de GEE com a metodologia da RED; Apoio na revisão do PNAER; Elaboração do relatório nacional de emissões de GEE para o cultivo de matérias primas para biocombustívies. 2. APOIO A EMPRESAS Contratos ATT, BioportDiesel, APED e COBIN (este último ainda em negociação); Reuniões de esclarecimento sobre os critérios de sustentabilidade de biocombustíveis com: Iberol; Biovegetal; Galp; Neste Oil; Repsol; BP, Cepsa, ex-esso, Bioportdiesel, 2. INVESTIGAÇÃO & DESENVOLVIMENTO Estudos de avaliação da sustentabilidade; Desenvolvimento de metodologias de cálculo de emissões de GEE; Desenvolvimento de metodologias green metrics para avaliação de processos em bioenergia; Estudos de sustentabilidade de biomassa.

27 Representações Nacionais e outras Comissão Europeia European Committee on the Sustainability of Biofuels and Bioliquids: LNEG assegura a representação portuguesa neste committee, que têm como função auxiliar a comissão europeia na regulamentação da implementação dos critérios de sustentabilidade. Representante Nacional: Francisco Gírio EIBI TEAM European Industrial Bioenergy Initiative: Grupo de Representantes de Estados Membros, Comissão Europeia e Stakeholders, responsável pela implementação do SET PLAN da Bioenergia. Representante Nacional: Francisco Gírio Participação no grupo de trabalho igualmente como Representante do EERA. CA-RES Concerted Action on the Renewable Energy Sources Directive: Participação do LNEG nas reuniões do grupo de trabalho dedicado ao tema da sustentabilidade de biocombustíveis e da sustentabilidade de biomassa. REFUREC Renewable Fuels Regulators Club: Plataforma de discussão entre representantes dos vários estados membros, referente à implementação dos critérios de sustentabilidade na Europa. LNEG é Membro desde 2011

28 Representações Nacionais e outras IRENA A Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) é uma organização intergovernamental que apoia os países na sua transição para um futuro de energia sustentável, servindo como principal plataforma para a cooperação internacional. EERA O objectivo principal da EERA é acelerar o desenvolvimento das novas tecnologias energéticas através da criação e implementação de Programas de Investigação Conjunta de apoio ao Plano Estratégico de Tecnologias Energéticas (SETPlan) através da junção e integração de actividades e recursos, combinando fontes de financiamento nacionais e Comunitárias e maximizando complementariedades e sinergias. eseia A eseia é uma aliança europeia que desenvolve a investigação e Desenvolvimento nos domínios da sustentabilidade energética, produção e consumo de energia, atraves a organização de expert panels, a concepção de programas de formação empresarial, diálogo com o público e lobbying para a adopção de soluções práticas, e promoção de cooperação internacional.

29 Projetos com Brasil e não só PROETHANOL2G Integration of Biology and Engineering into an Economical and Energy-Efficient 2G Bioethanol Biorefinery FP7-ENERGY-2009-BRAZIL THEME [ENERGY ] [Second Generation Biofuels EU-Brazil Coordinated Call] BIOSYSTEMER

30 SIADEB Sociedade Ibero-Americana para o Desenvolvimento das Biorrefinarias rede CYTED SIADEB 310RT0397 Unidade de Bioenergia do LNEG (UB-LNEG, Portugal) Doutor Francisco Gírio Escola de Engenharia de Lorena Univ. de São Paulo (EEL-USP, Brasil) Prof.ª Doutora Maria das Graças de Almeida Felipe Pontificia Universidad Catolica de Valparaíso (PUCV, Chile) Prof.ª Doutora Maria Cristina Schiappacasse Universidad Autónoma de Occidente (UAO, Colômbia) Prof.ª Doutora Luz Marina Flórez Pardo Universidad del Zulia Inst. Zuliano de Inv. Tecnol. (LUZ, Venezuela) Prof.ª Doutor Alexis Ferrer Ocando Centro de Invest. Científica Educ. Sup. de Ensenada (CICESE, México) Doutora Idania Valdez Vazquez luis.duarte@lneg.pt

31 SIADEB Sociedade Ibero-Americana de Algologia Aplicada Si3A Parceiros: Portugal, Chile, Colombia, Costa Rica, Spain, Brasil (UFRGS, UFP, CETENE), Ecuador, Argentina

32 ERANET-LAC SMIBIO - DEVELOPMENT OF MODULAR SMALLSCALE INTEGRATED BIOREFINERIES TO PRODUCE AN OPTIMAL RANGE OF BIOPRODUCTS FROM A VARIETY OF RURAL AGRICULTURAL AND AGROINDUSTRIAL RESIDUES/WASTES WITH A MINIMUM CONSUMPTION OF FOSSIL ENERGY Parceiros: Portugal, Spain, Colombia, Mexico, Chile, Germany, Argentina francisco.girio@lneg.pt GREENBIOREFINERGY PROCESSING OF BREWERY WASTES WITH MICROALGAE FOR PRODUCING VALUABLE COMPOUNDS Parceiros: Colombia, Portugal, Argentina, Spain

33 Outros PESQUISADOR VISITANTE ESPECIAL - Sustainable solventsassisted transformation of biomass in the biorefinery concept Universidade Regional de Blumenau (FURB), SC Rafal Lukasik (LNEG, I.P.) Projetos bilaterais: Portugal Brasil (CAPES) X2Ethanol - Transporte e fermentação de xilo-oligosacarídeos em Saccharomyces cerevisiae para a produção eficiente de bioetanol 2G LNEG-UFSC Bilateral Brasil - Biotransformações assistidas por solventes sustentáveis LNEG-FURB

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