Post on 03-Sep-2019
DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA
SI BIOTEHNOLOGII
Prof.univ.dr.ing. Lucian Gavrilă2010 - 2011
BIOCONVERSIA ENERGETICĂ A DEŞEURILOR INDUSTRIEI
ALIMENTARE
Producerea biocombustibililor: biogaz, bioetanol, biodiesel,
biohidrogen
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 3
RECICLAREA prin BIOCONVERSIE
• Reciclarea deşeurilor - metodă curentă pt.:– prevenirea declinului factorilor de mediu– satisfacerea cererilor marite de materii prime.
• Bioconversia (bioreciclarea) = reutilizarea deşeurilor organice în vederea obţinerii de noi produse, prin intermediul utilizării proceselor microbiene.
• Bioconversia deşeurilor industriei alimentare:– producerea de energie, – transformarea deşeurilor în materii prime pentru
obţinerea de produse cu valoare de piaţă.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 4
BIOENERGIE
• Producerea de bioenergie = producerea combustibililor (metan, hidrogen, etanol) prin fermentare, din materii prime regenerabile.
• Biocombustibili:– Biogaz (biometan)– Bioetanol– Biodiesel– Biohidrogen
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 5
CE SUNT BIOCOMBUSTIBILII ?
• Combustibili obtinuti din materii prime de natura biologica
• Combustibili obtinuti din materii prime regenerabile
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 6
Harta emisiilor mondiale de CO2
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 7
Ciclul CO2 in biocombustibili
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 8
Ciclul CO2 in biocombustibili
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 9
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 10
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 11
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 12
Randamente ale biocombustibililor
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 13
Biocombustibili conventionali(Generatia I)
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 14
Biocombustibili de generatia a II-a
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 15
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 16
Biocombustibili –scheme generale de obtinere
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 17
Bioetanol – generatia a II-a
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 18
Romania – distributia terenurilor
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 19
Romania – distributia terenurilor agricole
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 20
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 21
BIOGAZ
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 22
BIOGAZ
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 23
BIOGAZ
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 24
BIOGAZ
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 25
INTEGRARE BIOGAZ - BIOETANOL
http://www.e3biofuels.com/technology/closed-loop-triangle.php
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 26
BIOGAZ
Consumul de metan pentru propulsia vehiculelor în Suedia
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 27
BIOETANOL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 28
BIOETANOL• Bioetanol din
trestie de zahăr, porumb şi cereale: Brazilia, SUA, Franţa.
• Producţia de etanol din porumb şi cereale - încă necompetitivă raportat la preţurile actuale ale benzinei şi motorinei.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 29
BIOETANOL• Factorii care dezavantajează valorificarea
deşeurilor ind. alimentare la bioetanol:– dispersia ridicată a punctelor de generare;– caracterul sezonier al producţiei;– variabilitate ridicată a compoziţiei şi a
caracteristicilor deşeurilor;– necesitatea unor surse suplimentare de azot şi de
nutrienţi (costuri suplimentare);– conc. redusă în zaharuri (~4%), insuficientă pentru
recuperarea economică a bioetanolului;– concurenţa puternică cu piaţa stabilă a subproduselor
care asigură un profit mai ridicat în valorificarea deşeurilor.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 30
BIOETANOL
• Zerul - materia primă acceptabilă pentru producerea pe scară largă a bioetanolului.
• Producţia totală de zer rezultată prin prelucrarea laptelui = 82.106 tone/an.
• Princ. comp. al zerului = lactoza (peste 70% din conţinutul de SU a zerului)
• Producerea bioetanolului din zer:– fermentaţie cu pretratare enzimatică. – fermentaţie fără pretratare enzimatică.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 31
BIOETANOL – procedeul Carbery
1600 mc/zi
Concentrat proteicla atomizare
22
Permeat(lactoza)
3
Drojdie
4
Drojdie recuperata
3,5 – 4,2%etanol
14 mc/zi
Etanol96,5% v/v
Apa
1 – ultrafiltrare2 – fermentare3 – separare drojdie4 – distilare
1 – ultrafiltrare2 – fermentare3 – separare drojdie4 – distilare
ZER
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 32
BIOETANOL IRLANDACarbery - Maxol
Etanol96,5% v/v
Benzina
DESHIDRATAREpe site moleculare
Etanol99,9% v/v
Combustibil E85 (CO = 104)
85%
15%
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 33
BIODIESEL
• RME (rapeseed methyl ester – ester metilic al uleiului de rapiţă);
• PME (purely [vegetable] methyl ester – ester metilic al uleiurilor vegetale pure);
• FME (fat methyl ester – ester metilic al grăsimilor din produse vegetale şi animale).
[EN 14214; DIN E 51606]Tipuri curente:- B100 – necesita modificari la motor- B20 – standard comun – utilizabil in motoarele Diesl obisnuite- B2 – marketing de imagine
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 34
BIODIESEL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 35
BIODIESEL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 36
BIODIESEL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 37
BIODIESEL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 38
BIODIESELMATERII PRIME:• Uleiuri virgine• Uleiuri vegetale uzate• Grasimi animale• Namoluri municipale• Depolimerizare termica deseuri
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 39
Biodiesel –procedeul la
joasa presiune
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 40
BIODIESEL – productie integrata
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 41
BIODIESEL – productie integrata
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 42
BIODIESEL – perfectionarea procesului
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 43
BIODIESEL – perfectionarea procesului
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 44
BIODIESEL – perfectionarea procesului
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 45
BIOHIDROGENUL
• METODE DE OBTINERE:– fermentarea anaerobă a deşeurilor organice cu
obţinere directă de hidrogen;– fermentarea anaerobă a deşeurilor organice cu
obţinere de metan, urmată de conversia catalitică a acesuia cu vapori de apă cu formare de hidrogen şi dioxid de carbon;
– fotosinteza.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 46
BIOHIDROGENUL
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 47
BIOHIDROGENUL• Reacţia globală de conversie a glucozei:
• Microorganismele termofile sunt capabile să utilizeze o gamă largă de deşeuri organice:– sucul de trestie de zahăr, – pulpa pe porumb, – reziduurile de la fabricarea brânzei tofu, – zerul şi zara, – paiele de orez, – reziduurile de la prepararea cheagului.
22326126 4H2COCOOH2CHO2HOHC ++−→+
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 48
BIOHIDROGENUL - probleme
• Laborator – culturi pure• Industrial – culturi mixte stabilizate• Bacteriile metanogene consuma rapid H2
convertindu-l la CH4
• Degradarea se opreste la acetat si H2 (din considerente termodinamice)
• Sunt generate cantitati importante de acetat care trebuiesc valorificate
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 49
BIOHIDROGENUL - solutii• Decuplarea proceselor de fermentare:
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 50
BIOHIDROGENUL - solutii• Imbogatirea in situ a baceriilor generatoare de
H2 (tratament termic discontinuu)
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 51
BIOHIDROGENUL - solutii
• Fermentarea alcalina (pH = 7,5 – 11)
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 52
BIOHIDROGENUL - solutii• Cuplarea fermentarii termofile cu fermentarea
fotoheterotrofa (bacterii purpurii):
23luminoasa energie
23 8H2HHCO4 O8H COO2CH ++⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯+− +−−
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 53
BIOHIDROGENUL - solutii
• Cuplarea fermentarii termofile cu fermentareafotoheterotrofa (bacterii purpurii):
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 54
BIOCONVERSIA DESEURILOR LA ACIZI ORGANICI
• ACIDUL ACETIC– Productie SUA 1995: 2,12.109 kg– Pret de piata: 0,84 $/kg– Utilizare - agent ecologic si necoroziv de
dezghetare pentru:• Piste aeroport• Poduri• Sosele strategice
– Pret agent de dezghetare obtinut prin sintezachimica din mat. prime petroliere: > 1 $/kg
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 55
BIOCONVERSIA DESEURILOR LA ACIZI ORGANICI
• ACIDUL PROPIONIC– Conservant pentru alimente si furaje– Preturi:
• Obtinut petrochimic: 1,0 $/kg• Obtinut prin fermentare: 4,4 $/kg
– Creste cerinta consumatorilor pentru aditivinaturali in produsele alimentare
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 56
BIOCONVERSIA DESEURILOR LA ACIZI ORGANICI
• ACIDUL BUTIRIC– Utilizat in sinteza medicamentelor pentru
• Cancer colorectal• Hemoglobinopatii
– Pretul acidului obtinut petrochimic: 1,21 $/kg
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 57
BIOCONVERSIA DESEURILOR LA ACIZI ORGANICI
• Directii prioritare de cercetare:– Valorificarea biomasei lignocelulozice
rezultata la prelucrarea primara a produseloragricole si in industria alimentara (~109 t/an)
– Procedee de biodegradare cu microorganisme / fungii imobilizate pe suport de hidrogeluripolimerice:• Viabilitate crescuta a microorganismelor• Eficienta mai ridicata a bioproceselor.
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 58
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 59
Lucian Gavrila - DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGII 60