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

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.

Solar XXI – Campus de Lumiar

R&D Public Policy

Support LNEG

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.

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.

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

LNEG – Bioenergy Programme:

The Forest Biomass Resources

>2010: 150 MWe from

forest residues

Pinus

pinaster

Quercus sp.

Eucalyptus

globulus

Source: CELPA

13 Biomass Power Plants under construction Dominating tree specie

34% of total land

is Forest !

http://app.bioatlas.pt/Bioatlas/

LNEG – Bioenergy Programme:

The Agricultural and Agro-Industrial Biomass

Resources

Used frying oil

Animal fat

Jatropha curcas Castor

Sweet sorghum

Jerusalem artichoke

Sugar cane Sugar beet

LNEG – Bioenergy Programme:

The Microalgae Biomass Resources

Prioridades estratégicas da UB versus Impacto na Sociedade

- Biocombustíveis Liquídos (For the Transportation sector: Current Biofuels; 2nd and 3rd 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, xylo-oligosaccharides) 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)

Pretreatments

Lab of Biomass Deconstruction 30 R&D projects funded

during last 5-years

Lab of Fermentation Technology

Fermentation

Biotechnology of microalgae

Pilot unit for microalgae growth

Microbiology, Microbial Physiology And Molecular Biology

Lab of Cell Factories & Enzymes

UNIT OF BIOENERGY R&D programs

Head: F. GÍRIO

Prioridades

Matriz de Prioridades Estratégicas versus Programas de I&D

Programas I&D Linhas de I&D 1

2

3

4

5

6

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16

17

Bio

co

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Bio

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nas

1. Fabricas Celulares e Enzimas

2. Engª Bioquímica

3. Desconstrução da Biomassa

4. Microalgas como vector

bioenergético

Bio

gás &

Bio

meta

no

P1. PROGRAMA DE FÁBRICAS

CELULARES E ENZIMAS

Fábricas Celulares e Enzimas

Microbiologia,

Fisiologia

Microbiana e

Biologia

Molecular

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

P1. FÁBRICAS CELULARES E ENZIMAS

FOCUS:

Linhas de actividade

1. FISIOLOGIA E BIOQUIMICA MICROBIANA

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

P2. PROGRAMA DE

ENGENHARIA BIOQUÍMICA

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)

P2. ENGENHARIA BIOQUÍMICA

FOCUS:

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

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

P2. ENGENHARIA BIOQUÍMICA

Linhas de I&D

P3. PROGRAMA DE

DESCONSTRUÇÃO DA

BIOMASSA

Optimizar Processos de Fraccionamento de Biomassa, no enquadramento da

Biorrefinaria, para garantir a co-produção sustentável de Biocombustíveis e

Bioprodutos (químicos e materiais)

FOCUS:

P3. DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA

Biomass

BiorefineryEnergy

BiofuelsEnergy

ChemicalsMaterials

Chemicals

Incr

ea

sin

gva

lue

Sustainable future ahead

Green chemistry

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

P3. DESCONSTRUÇÃO DA BIOMASSA

Linhas de Actividade

P4. Programa MICROALGAS COMO

VECTOR BIOENERGÉTICO

Optimizar Processos de Produção de Biomassa de Microalgas para

produção de biocombustíveis líquidos e gasosos, electricidade e sequestração

de CO2

Focus:

P4. MICROALGAS COMO VECTOR BIOENERGÉTICO

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

Linhas de Actividade

P4. MICROALGAS COMO VECTOR BIOENERGÉTICO

GS. GRUPO Da

Sustentabilidade

De Biocombustíveis e

Bioliquidos

Adapted from: http://www.profissionaisti.com.br/2009/01/sustentabilidade -em-ti-indo-alem-da-ti-verde/

Ambiental

SocialEconómicoSustentável

Sócio-económico

Sócio-ambientalEcoeficiência

• 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

FOCUS:

GS. GRUPO DA SUSTENTABILIDADE DE BIOCOMBUSTIVEIS E

BIOLIQUIDOS

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.

Linhas de actividade

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.

GS. GRUPO DA SUSTENTABILIDADE DE BIOCOMBUSTIVEIS E

BIOLIQUIDOS

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.

EIBI TEAM

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.

CA-RES

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

Comissão Europeia

Representações Nacionais e outras

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

REFUREC

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.

EERA

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.

eseia

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.

IRENA

Representações Nacionais e outras

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.2009.3.2.3]

[Second Generation Biofuels – EU-Brazil Coordinated Call]

BIOSYSTEMER

http://www.proethanol2g.org/

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

SIADEB

Sociedade Ibero-Americana para o Desenvolvimento das Biorrefinarias

http://www.siadeb.org/

rede CYTED SIADEB 310RT0397

luis.duarte@lneg.pt

SIADEB

Sociedade Ibero-Americana de Algologia Aplicada Si3A

http://www.si3a.org/

Alberto.reis@lneg.pt

Parceiros: Portugal, Chile, Colombia, Costa Rica, Spain, Brasil (UFRGS, UFP, CETENE), Ecuador, Argentina

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

GREENBIOREFINERGY – PROCESSING OF BREWERY WASTES WITH MICROALGAE FOR PRODUCING VALUABLE COMPOUNDS

francisco.girio@lneg.pt

Parceiros: Colombia, Portugal, Argentina, Spain

Outros

PESQUISADOR VISITANTE ESPECIAL - Sustainable solvents-assisted 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

www.lneg.pt