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Associação de pré-tratamentos e digestão anaeróbia para a valorização energética dos principais resíduos da cadeia produtiva do café

Processo: 21/15022-6
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de março de 2022 - 31 de julho de 2024
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Sanitária - Tratamentos de Águas de Abastecimento e Residuárias
Pesquisador responsável:Giovana Tommaso
Beneficiário:Giovana Tommaso
Instituição Sede: Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos (FZEA). Universidade de São Paulo (USP). Pirassununga , SP, Brasil
Pesquisadores associados:Glauciane Danusa Coelho ; Rafael Trindade Maia ; Rogers Ribeiro
Assunto(s):Aproveitamento de subprodutos  Borra de café  Biodegradabilidade  Tratamento de efluentes industriais  Digestão anaeróbia  Reatores anaeróbios em bateladas sequenciais 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Águas residuárias industriais | basiomicetos | Borra de café | Digestão Anaeróbia | pré-tratamentos | Digestão anaeróbia

Resumo

O Brasil é líder mundial na produção e exportação de café. O país é também o maior produtor e exportador de café solúvel. A produção de café solúvel gera grandes quantidades subprodutos líquidos e sólidos, dentre os quais destaca-se o efluente do processo de extração e a borra. A digestão anaeróbia pode mitigar o impacto ambiental causado pela má disposição desses resíduos. O uso adequado dessa tecnologia pode também contribuir para a sustentabilidade energética do processo produtivo, e para a diversificação da matriz energética brasileira. A composição desses resíduos, todavia, ocasiona dificuldades nos processos de digestão anaeróbia em função da presença de lignina e outros compostos fenólicos. Assim, o presente projeto objetiva estudar pré-tratamentos químicos (ácido e básico) e hidrotérmico aplicados à borra de café e pré-tratamento fúngico (Pleurotus ostreatus) aplicado aos efluentes do beneficiamento de grão de café e produção de café solúvel no intuito de diminuir a recalcitrância e a toxidade dos resíduos e facilitar sua digestão anaeróbia. Inicialmente os resíduos serão caracterizados físico-químicamente e em termos de biodegradabilidade anaeróbia. Esta etapa prevê a estimativa de parâmetros cinéticos da degradação anaeróbia assim como a modelagem matemática dos processos. A estimativa de parâmetros cinéticos será realizada em reatores operados em bateladas sequenciais submetidos a concentração inicial de matéria orgânica crescente para que sejam evidenciadas condições ótimas de produção metanogênica e ácidos orgânicos, cuja formação é esperada em condições de sobrecarga. Após a caracterização, o estudo da influência dos pré-tratamentos será realizado. A auto-hidrólise e os pré-tratamentos físico-químicos serão aplicados à borra de café. O tratamento alcalino será estudado visando a remoção de lignina do resíduo, e posteriormente, os tratamentos ácido e hidrotérmico serão realizados objetivando a remoção da fração hemicelulósica. O tratamento ácido da borra de café será realizado utilizando de efluente de beneficiamento de grãos de café que possui baixo valor de pH, substituindo adição de químicos. A eficiência dos pré-tratamentos será verificada por meio do estudo da produção metanogênica, das frações sólidas tratadas e dos hidrolisados produzidos. Para o caso específico do licor alcalino gerado no pré-tratamento borra de café, este também será codigerido com o efluente ácido do beneficiamento do café. O pré-tratamento fúngico será aplicado ao efluente da produção de café solúvel com intuito de promover a diminuição de lignina solúvel e compostos fenólicos totais. Esta etapa do projeto será realizada com auxílio de estudos in silico de docking molecular e planejamento experimental fatorial para verificação de condições que proporcionem melhores taxas de crescimento fúngico e produção de lacases. Os efluentes com e sem pré-tratamento serão submetidos à biodigestão anaeróbia para que a produção de biometano seja avaliada. Este projeto será realizado nas dependências do Laboratório de Biotecnologia Ambiental da FZEA/USP e contará com a parceria de pesquisadores da UFCG/CDSA (grupo da Professora Glauciane Coelho) no estudo dos pré-tratamentos fúngicos. Com o desenvolvimento do presente projeto, espera-se contribuir para a área de degradação de compostos recalcitrantes, geração de bioenergia e produtos de interesse a partir de três dos principais resíduos da cadeia produtiva do café. Desta forma, pretende-se fomentar a criação de uma biorrefinaria acoplada cadeia produtiva do café solúvel com potencial de produção de enzimas, ácidos orgânicos e bioenergia. Além da formação de três mestres, uma doutora e um aluno em trabalho de conclusão de curso, os resultados do projeto ora apresentado subsidiarão a submissão pedido de patente relacionado ao pré-tratamento fúngico do efluente líquido do café solúvel e a publicação de 7 artigos científicos em revistas indexadas. (AU)

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Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SILVA, MARCO ANTONIO; DO NASCIMENTO JUNIOR, JOSE CORDEIRO; THOMAZ, DOUGLAS VIEIRA; MAIA, RAFAEL TRINDADE; AMADOR, VINICIUS COSTA; TOMMASO, GIOVANA; COELHO, GLAUCIANE DANUSA. Comparative homology of Pleurotus ostreatus laccase enzyme: Swiss model or Modeller?. JOURNAL OF BIOMOLECULAR STRUCTURE & DYNAMICS, v. N/A, p. 14-pg., . (21/15022-6)
DIAS, M. E. S.; TAKEDA, P. Y.; FUESS, L. T.; TOMMASO, G.. Inoculum-to-substrate ratio and solid content effects over in natura spent coffee grounds anaerobic digestion. Journal of Environmental Management, v. 325, p. 12-pg., . (21/15022-6, 15/06246-7, 20/07737-2)
LUCIO, DANILO S. G.; DIAS, MARIA EDUARDA S.; RIBEIRO, ROGERS; TOMMASO, GIOVANA. Evaluating the potential of a new reactor configuration to enhance simultaneous organic matter and nitrogen removal in dairy wastewater treatment. Environmental Science and Pollution Research, v. 30, n. 20, p. 13-pg., . (21/15022-6)

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