ISEP - DM – Energias Sustentáveis
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Browsing ISEP - DM – Energias Sustentáveis by advisor "Caetano, Nidia de Sá"
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- Produção de bioetanol a partir de biomassa microalgal utilizada no tratamento de águas residuaisPublication . COSTA, SÓNIA SOFIA LOBÃO DA; Caetano, Nidia de SáWastewater treatment is a major environmental challenge, while microalgae offer a sustainable solution by simultaneously removing nutrients and generating biomass suitable for bioenergy production. This study examines the integration of microalgae in wastewater treatment, as well as the valorization of the resulting biomass for bioethanol production. Cultivation experiments were conducted using effluents from the Gaia Litoral wastewater treatment plant, employing a 50:50 (v/v) mixture of primary-treated and secondary-treated wastewater, scaled up to a final volume of 30 liters over four weeks. Physicochemical and biological parameters were monitored, revealing high nutrient removal efficiencies: up to 97% for inorganic carbon, 83% for total nitrogen, and 82% for orthophosphate. Microscopic analysis confirmed the predominance of Scenedesmus sp. within the microalgal consortium. Episodes of sedimentation and acidification were mitigated by periodic medium renewal, thereby ensuring the stability of the cultures throughout the study. Regarding biomass valorization, twelve different combinations of pretreatment and hydrolysis were evaluated. Although glucose release was limited, the samples subjected to thermal pretreatment or ultrasound-assisted pretreatment followed by enzymatic hydrolysis with Ultraflo exhibited the highest sugar concentrations, with Samples 6 and 11 standing out, showing arabinose concentrations of 2.962 g/L and 0.654 g/L, respectively, after hydrolysis, and corresponding biomass concentrations of 1.105 g/L and 2.370 g/L. After fermentation, arabinose decreased to 0.211 g/L and 0.008 g/L in the same samples, indicating partial fermentation. Fermentation using Saccharomyces cerevisiae resulted in low ethanol yields (<0.056% v/v), with the highest absolute yield obtained in Sample 10 (0.220 g in 500 mL), restricted by incomplete hydrolysis, possible inhibitor formation such as phenolics, organic acids, and salt residues, and limited pentose fermentation by Saccharomyces cerevisiae (that could be improved by using a yeast able to ferment pentoses, such as Pichia stipitis). Despite these limitations, the results demonstrate the potential of microalgae in integrated processes of environmental remediation and energy biomass production, highlighting their contribution to sustainable biorefinery strategies.
- Produção de biogás a partir de biomassa microalgal residual usada em tratamento de águas residuais domésticasPublication . FERREIRA, JOÃO PAULO MARTINS; Caetano, Nidia de Sá; Figueiredo, Sónia Adriana Ribeiro da CunhaA utilização de microalgas no tratamento de águas residuais representa uma alternativa sustentável aos processos convencionais, permitindo cumprir os limites legais de descarga e produzir energia a partir da biomassa produzida, contribuindo para a autossuficiência energética das ETARs e para os objetivos de neutralidade energética até 2045, definidos pela Diretiva Europeia 2024/3019.Neste contexto, o presente trabalho avaliou o potencial da aplicação de microalgas autóctones no tratamento de águas residuais domésticas e na valorização energética da biomassa via produção de biogás. O estudo foi desenvolvido em parceria com a ETAR de Gaia Litoral, recorrendo a uma mistura 50:50 (v/v) de efluente após tratamento primário e secundário, em cultivos escalados até 30 L. Durante o tratamento biológico observou-se uma elevada eficiência na remoção de nutrientes, como de nitrogénio (N) e fósforo (PO₄³⁻). Verificaram-se elevadas eficiências de remoção para ambos os nutrientes, sendo o melhor resultado para o nitrogénio. Assim, obteve-se uma redução de 34,43 mg/L para 5,63 mg/L, resultando numa redução de 83%, enquanto para o fósforo se registou uma diminuição de 5,66 mg/L para 1,01 mg/L, correspondente a cerca de 82% de remoção de fósforo. Entre as espécies de microalgas observadas, a que melhor se adaptou e desenvolveu foi a Scenedesmus sp., reconhecida pela sua resiliência e elevada capacidade de assimilação de nutrientes, confirmando o seu potencial como organismo-chave para processos de biorremediação e produção de biocombustíveis. Nos primeiros ensaios de codigestão anaeróbia da biomassa microalgal com a lamas do digestor verificaram-se inicialmente produções de biogás reduzidas, entre os 250 e 400 NmL, este baixo rendimento pode ser explicado pela baixa razão C/N (≈4/5) e AGV/ALC (<0,2), muito abaixo do valor recomendo pela bibliografia. Para superar esta limitação, procedeu-se à adição de lamas mistas (primárias e secundárias), aumentando assim a fração de matéria orgânica biodegradável e consequentemente a razão de C/N aumentou para 8/9 e uma razão AGV/ALC estabilizou em 0,2-0,4, o que permitiu obter um aumento na produção de biogás. Esta estratégia resultou num claro aumento do rendimento em biogás, produzindo valores superiores a 2000NmL de volume total de biogás. Em particular, a codigestão de microalgas pré-tratadas com a mistura das lamas originou incremento de cerca de 10% na produção total de biogás, atingindo 2320 NmL face aos 1990 NmL sem biomassa microalgal, confirmando sinergias entre substratos e validando esta solução como uma via eficaz de valorização energética em ETAR.