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Produção de bioetanol a partir de biomassa microalgal utilizada no tratamento de águas residuais
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | |
| datacite.subject.sdg | 09:Indústria, Inovação e Infraestruturas | |
| datacite.subject.sdg | 07:Energias Renováveis e Acessíveis | |
| dc.contributor.advisor | Caetano, Nidia de Sá | |
| dc.contributor.author | COSTA, SÓNIA SOFIA LOBÃO DA | |
| dc.date.accessioned | 2025-11-26T16:07:54Z | |
| dc.date.available | 2025-11-26T16:07:54Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-13 | |
| dc.description.abstract | Wastewater 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. | eng |
| dc.description.abstract | O tratamento de águas residuais constitui um importante desafio ambiental, enquanto as microalgas oferecem uma solução sustentável ao remover nutrientes e gerar simultaneamente biomassa adequada para a produção de bioenergia. Este estudo analisa a utilização de microalgas no tratamento de águas residuais, bem como a valorização da biomassa resultante para a produção de bioetanol. As culturas foram realizadas em efluentes provenientes da ETAR de Gaia Litoral, utilizando uma mistura com proporções 50:50 (v:v) de água residual após o tratamento primário e após o tratamento secundário, escaladas até um volume de 30 litros durante quatro semanas. Foram monitorizados parâmetros físico-químicos e biológicos, registando-se elevadas eficiências na remoção de nutrientes, nomeadamente até 97% de remoção de carbono inorgânico, 83% de azoto total e 82% de ortofosfato. A análise microscópica confirmou o predomínio da espécie Scenedesmus sp. no consórcio microalgal. Ocorrências de sedimentação e acidificação forainm mitigadas por meio da renovação periódica do meio de cultivo, assegurando a estabilidade das culturas ao longo do estudo. No que respeita à valorização da biomassa, foram avaliadas doze combinações diferentes de pré-tratamento e hidrólise. Embora a libertação de glucose tenha sido limitada, as amostras submetidas a pré-tratamento térmico ou a ultrassons seguido de hidrólise enzimática com Ultraflo apresentaram as melhores concentrações de açúcares, destacando-se as amostras 6 e 11 com arabinose de 2,962 g/L e 0,654 g/L, respetivamente, após hidrólise, e concentrações de biomassa correspondentes de 1,105 g/L e 2,370 g/L. Após a fermentação, a arabinose diminuiu para 0,211 g/L e 0,008 g/L nas mesmas amostras, indicando fermentação parcial. A fermentação conduzida com Saccharomyces cerevisiae resultou em baixos teores de etanol (<0,056% v/v), com o maior rendimento absoluto obtido na amostra 10 (0,220 g em 500 mL), restringidos pela hidrólise incompleta, possível formação de inibidores, como compostos fenólicos, ácidos orgânicos e resíduos salinos, e pela fermentação limitada de pentoses pela levedura Saccharomyces cerevisiae (que poderia ser melhorada usando uma levedura capaz de fermentar pentoses, como a Pichia stipitis). Apesar destas limitações, os resultados obtidos evidenciam o potencial das microalgas em processos integrados de remediação ambiental e produção de biomassa energética, valorizando-se o seu contributo para estratégias sustentáveis de biorrefinaria. | por |
| dc.identifier.tid | 204034515 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/31083 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | N/A | |
| dc.subject | Fermentable sugars | |
| dc.subject | Biorrefinery | |
| dc.subject | Nutrient removal | |
| dc.subject | Saccharomyces cerevisiae | |
| dc.subject | Scenedesmus sp | |
| dc.subject | ||
| dc.subject | Susta | |
| dc.subject | Açúcares fermentáveis | |
| dc.subject | Biorrefinaria | |
| dc.subject | Remoção de nutrientes | |
| dc.subject | Sustentabilidade | |
| dc.title | Produção de bioetanol a partir de biomassa microalgal utilizada no tratamento de águas residuais | por |
| dc.title.alternative | Production of bioethanol from microalgae biomass used in wastewater treatment | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Energias Sustentáveis |