dc.creator | Soares, Juliana Ferreira | |
dc.date.accessioned | 2019-05-08T22:25:47Z | |
dc.date.available | 2019-05-08T22:25:47Z | |
dc.date.issued | 2019-02-19 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/16492 | |
dc.description.abstract | Considering the increasing global demand for energy, the reduction of nonrenewable energy resources and
concern for the environmental quality, hydrogen (H2) emerges as a clean, renewable and promising
alternative, since its combustion results only in water and energy. Among the biological methods for H2
production, anaerobic fermentation is considered the most viable technology, since it does not require an
external source of energy and several types of biomass can be used as carbon source by the
microorganisms. Therefore, the aim of this work was to select an agroindustrial residue and to evaluate the
production of H2 from anaerobic fermentation of its hydrolysate under different experimental conditions.
The raw materials used were rice husk (CA), rice bran (FA), brewers’ spent grain (BC), soybean waste
(RS) and wheat waste (RT). All materials were characterized, prepared and submitted to the acid hydrolysis
process for the carbohydrate’s conversion into fermentable sugars under different conditions of temperature
(104.4-127.0°C), time (20-60 min), acid concentration (5-15% H3PO4), and moisture (60-90%). The best
experimental condition and the raw material to be used for H2 production were selected by total reducing
sugars (ART) of obtained hydrolysates. Selected hydrolysate was then used as a source of substrate in the
anaerobic fermentation process for H2 production, using anaerobic sludge as inoculum. Fermentation tests
were conducted according to the factorial experimental design, evaluating the effect of temperature (35-
45°C), initial pH (5.5-7.5) and inoculum ratio (10-30%) in H2 production and maximum H2 production rate.
All experiments were monitored for 20 h. The composition of the medium was analyzed before and after
each assay in terms of sugars, inhibitors, and acetic acid. The final pH of each experiment was also
determined. The experimental condition of acid hydrolysis that resulted in the highest concentration of
ART in the hydrolysates of rice husk and rice bran was assay 3 (127°C, 60 min, 15% (w/w) H3PO4 and
60% moisture). In this condition, the concentration of ART was 118.16 g kg CA
-1 and 170.38 g kg FA
-1. On
the other hand, the assay 1 (127°C, 20 min, 5% (w/w) H3PO4 and 90% moisture) resulted in higher ART
concentration in brewers’ spent grain, soybean waste and wheat waste hydrolysates. The concentration of
ART was 600.97 g kg BC
-1, 80.37 g kg RS
-1 and 228.04 g kg RT
-1. From the results of hydrolysis, brewers’
spent grain was the raw material chosen for the H2 production process, as it resulted in the highest ART
concentration. In addition, the BC will be available in large quantity during all over the year. The highest
H2 yield (4160 mL L-1) and maximum H2 production rate (760 mL L-1 h-1) were found in assays 7 (35°C,
pH 7.5 and 30% inoculum) and 8 (45°C, pH 7.5 and 30% inoculum), respectively. In some assays, glucose
consumption of the BC hydrolysate reached 100%, while xylose was consumed up to 91.56%. The
concentration of inhibitors (furfural and 5-HMF) before and after the fermentation process did not have
significant alteration and did not show negative interference in H2 production. On the other hand, the
concentration of acetic acid had an expressive increase from a range of 0.1392-0.3001 g L-1 to 1.1490-
5.8392 g L-1, which explains the drop in pH in the fermentation medium at the end of the tests. Finally, it
was concluded that brewers’ spent grain hydrolysate presented appropriate characteristics for H2 production
by anaerobic fermentation, leading to promising results when compared to the literature. | eng |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Resíduos lignocelulósicos | por |
dc.subject | Hidrólise ácida | por |
dc.subject | Bio-hidrogênio | por |
dc.subject | Lignocellulosic wastes | eng |
dc.subject | Acid hydrolysis | eng |
dc.subject | Bio-hydrogen | eng |
dc.title | Produção de hidrogênio a partir da fermentação anaeróbia de hidrolisados de resíduos agroindustriais | por |
dc.title.alternative | Hydrogen production from anaerobic fermentation of agricultural waste hydrolisates | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | Considerando a crescente demanda global por energia, a redução de recursos energéticos não renováveis e
a preocupação com a qualidade do meio ambiente, o hidrogênio (H2) surge como uma alternativa limpa,
renovável e promissora, uma vez que sua combustão resulta apenas em água e energia. Dentre os métodos
biológicos de produção de H2, a fermentação anaeróbia é considerada a tecnologia mais viável, pois não
necessita de fonte de energia externa e diversos tipos de biomassa podem ser utilizadas como fonte de
carbono pelos microrganismos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi selecionar um resíduo
agroindustrial e avaliar a produção de H2 a partir da fermentação anaeróbia do seu hidrolisado sob
diferentes condições experimentais. As matérias-primas utilizadas foram a casca (CA) e o farelo (FA) de
arroz, o bagaço de cevada (BC) e os resíduos da limpeza da soja (RS) e do trigo (RT). Todos os materiais
foram caracterizados, preparados e submetidos ao processo de hidrólise ácida para a conversão dos
carboidratos em açúcares fermentescíveis em diferentes condições de temperatura (104,4-127,0°C), tempo
(20-60 min), concentração de ácido (5-15% H3PO4) e umidade (60-90%). A seleção da melhor condição
experimental e da matéria-prima a ser utilizada para produção de H2 foi realizada a partir do teor de
açúcares redutores totais (ART) dos hidrolisados obtidos. O hidrolisado selecionado foi, então, utilizado
como fonte de substrato no processo de fermentação anaeróbia para produção de H2, empregando-se lodo
anaeróbio de frigorífico como inóculo. Os ensaios de fermentação foram conduzidos de acordo com o
planejamento experimental fatorial, avaliando-se o efeito da temperatura (35-45°C), do pH inicial (5,5-7,5)
e da proporção de inóculo (10-30%) na produção e na taxa máxima de produção de H2. Os experimentos
foram monitorados por um período de 20 h. A composição do meio foi analisada antes e após cada ensaio,
em termos de açúcares, inibidores e ácido acético. O pH final de cada experimento também foi
determinado. A condição experimental de hidrólise ácida que resultou na maior concentração de ART nos
hidrolisados da casca e do farelo de arroz foi o ensaio 3 (127°C, 60 min, 15% (m/m) de H3PO4 e 60% de
umidade). Nessa condição, a concentração de ART foi em média de 118,16 g kg CA
-1 e de 170,38 g kg FA
-1.
Por outro lado, o ensaio 1 (127°C, 20 min, 5% (m/m) de H3PO4 e 90% de umidade) foi o que resultou em
maior concentração de ART nos hidrolisados do bagaço de cevada, do resíduo de soja e do resíduo de trigo.
A concentração de ART foi em média de 600,97 g kg BC
-1, 80,37 g kg RS
-1 e 228,04 g kg RT
-1. A partir dos
resultados da hidrólise, o bagaço de cevada foi a matéria-prima escolhida para o processo de produção de
H2, pois resultou na maior concentração de ART. Além disso, o BC encontra-se disponível em grande
quantidade e em qualquer época do ano. A maior produção de H2 (4160 mL L-1) e a maior taxa máxima de
produção de H2 (760 mL L-1 h-1) foram encontradas nos ensaios 7 (35°C, pH 7,5 e 30% de inóculo) e 8
(45°C, pH 7,5 e 30% de inóculo), respectivamente. Em alguns ensaios, o consumo da glicose do
hidrolisado do BC chegou a 100%, enquanto que a xilose foi consumida em até 91,56%. A concentração de
inibidores (furfural e 5-HMF) antes e após o processo fermentativo não teve alteração significativa, além
disso não mostrou interferência negativa na produção de H2. Por outro lado, a concentração de ácido
acético teve um aumento expressivo, de uma faixa de 0,1392-0,3001 g L-1 a 1,1490-5,8392 g L-1, o que
explica a queda do pH no meio fermentativo ao final dos ensaios. Por fim, conclui-se que o hidrolisado do
bagaço de cevada apresentou características apropriadas para produção de H2 via fermentação anaeróbia,
levando a resultados promissores quando comparado à literatura. | por |
dc.contributor.advisor1 | Mazutti, Marcio Antonio | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3520282081196395 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Mayer, Flávio Dias | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4268416135140359 | por |
dc.contributor.referee1 | Zabot, Giovani Leone | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6573885187331634 | por |
dc.contributor.referee2 | Díaz, Helmut Joél Navarro | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/8938531611537390 | por |
dc.contributor.referee3 | Treichel, Helen | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/4786694107508722 | por |
dc.contributor.referee4 | Salazar, Rodrigo Fernando dos Santos | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/9370462066771109 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/1147664349918340 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Agrícola | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Rurais | por |