|
Valorificarea în cascadă a deșeurilor agroindustriale de tip biomasă vegetalǎ în bioproduse cu valoare adăugată în sistemul circular de bioeconomie – acronim BioVal |
||||
|
|
||||
Obiective
Responsabil proiect – Dr. Chim. Geană Elisabeta-Irina ScopProiectul urmărește dezvoltarea unor strategii de transformare în cascadă a unor resurse regenerabile de deșeuri din biomasă vegetală agroindustrială în bioproduse sustenabile (compuși bioactivi, bioetanol, biohidrogen, biogaz/biometan, amestec biohidrogen+biometan (hytan) și biofertilizatori), în sistemul de bioeconomie circulară, prin dezvoltarea la nivel de laborator a unor procedee curate, prietenoase cu mediul, cu reducerea impactului negativ asupra mediului.
Transformarea biomasei vegetale agroindustriale în bioproduse cu valoare adăugată în sistemul de bioeconomie circulară FazeProiectul se va derula pe durata a 4 ani și este structurat in 8 faze, fiecare cu activități specifice, după cum urmează: Faza 1. Analiza și aprofundarea cercetărilor cu privire la transformarea biomasei vegetale agroindustriale în bioproduse cu valoare adăugată în sistemul circular de bioeconomie Termen de predare: 13.07.2023 Activități specifice: A1.1 Analiza cercetărilor cu privire la valorificarea biomasei vegetale agroindustriale (ex. tescovină de fructe, biomasă forestieră) pentru extracția compușilor bioactivi cu potențial terapeutic (polifenoli, compuși terpenici, pectină); A1.2 Analiza cercetărilor privind transformarea biomasei în bioetanol prin procese fermentative; A1.3 Analiza cercetărilor legate de transformarea biomasei în biohidrogen prin procese fermentative la întuneric și de foto fermentare; A1.4 Analiza cercetărilor cu privire la transformarea biomasei în biometan prin procedee metanogene anaerobe asistate de microorganisme; A1.5 Analiza cercetărilor ce privesc transformarea biomasei în amestec biohidrogen și biometan prin procedee fermentative și metanogene combinate; A1.6 Analiza cercetărilor cu privire la transformarea biomasei în biofertilizatori pentru a contribui la menținerea sănătății solului, alimentelor și populație A1.7 Analiza bibliometrica cu privire la valorificarea deșeurile agroindustriale de tip biomasă vegetalǎ în bioproduse cu valoare adăugată în sistemul circular de bioeconomie; Faza 2. Valorificarea superioară a biomasei rezultată din industria agroalimentară și forestieră în produse cu valoare adăugată cu potențial terapeutic şi alimentar Termen de predare: 31.12.2023 A2.2 Determinarea contaminanților din biomasa vegetală agroindustrială: micotoxine (patulină, ocratoxina A), pesticide, contaminanți industriali (PAHs, PCBs) prin HPLC-MS, HPLC-DAD-FLD, GC-ECD şi metale toxice prin AAS; A2.3 Hidroliza enzimatică a biomasei vegetale agroindustriale pentru eliberarea compușilor bioactivi; A2.4 Extracție compuşi bioactivi (polifenoli, compuşi terpenici, pectinǎ) utilizând metode de extracție prietenoase cu mediul (extracția în câmp de microunde – MAE, extracția cu ultrasunete – US) şi solvenți green (apǎ, etanol/bioetanol); A2.5 Modelarea și optimizarea parametrilor de extracție (procentul de etanol, timpul de extracție și puterea aplicată, raportul solvent/solid) prin utilizarea metodei suprafeței de răspuns (RSM); Optimizare parametri de operare a sistemului de extracție MAE/UE şi a randamentului de extracție; A2.6 Caracterizare extracte bioactive obținute prin metode spectrofotometrice UV-VIS, compoziție polifenolică individuală prin UHPLC-MS/MS, conținut de compuși terpenici prin GC-MS, caracterizare spectroscopică prin FT-IR și RMN, grad de esterificare a pectinei prin metoda titrimetrică; A2.7 Realizare studiu tehnico-economic pentru produsele obținute; A2.8 Diseminare rezultate: elaborare articole Q1/Q2, participări la conferințe naționale/internaționale Faza 3. Transformarea biomasei agroindustriale vegatale în bioetanol cu aplicabilitate în bioeconomie (solvent) sau biocombustibil Termen de predare: 15.06.2024 A3.2 Selectarea speciilor bacteriene specifice (enzime, drojdii) pentru fermentarea biomasei vegetale cu obținere de bioetanol; A3.3 Modelare și optimizare parametri de fermentare în bioreactor (cantitatea de biomasă, inocul, tampon citrat, enzime şi drojdii specifice, nutrienți, temperatură, pH) prin utilizarea metodei suprafeței de răspuns; A3.4 Stabilirea compoziției mediului de fermentație rezultat (conținut de alcooli secundari, acizi, aldehide, esteri, furfural, HMF), zaharuri prin metode cromatografice (HPLC-DAD, GC-FID); A3.5 Distilarea amestecului de fermentare pentru creșterea purității bioetanolului și eliminarea subprodușilor secundari în vederea obținerii solventului organic de puritate min. 90%; A3.6 Determinare conținut de etanol prin GC-FID; A3.7 Evaluare posibilități de utilizare a bioetanolului obținut drept biocombustibil; A3.8 Evaluare randament de obținere. Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea bioetanolului la nivel de laborator; A3.9 Diseminare rezultate: cerere brevet la OSIM, elaborare articole Q1/Q2, participări la conferințe naționale/internaționale Faza 4. Transformarea biomasei agroindustriale vegetale în biohidrogen prin procese fermentative anaerobe la întuneric Termen de predare: 29.12.2024 A4.2 Selectare specii bacteriene strict anaerobe (ex. Clostridium, Ethanoligenens, Desulfovibrio) sau facultative anaerobe (ex. Enterobacter, Citrobacter, Escherichia coli) pentru transformarea microbiană a biomasei în biohidrogen; A4.3 Modelare și optimizare parametrii de operare ai bioreactorului (cantitatea biomasă și inocul, temperatură, pH, omogenizare, atmosferă anaerobă) pentru transformarea biomasei în biohidrogen prin utilizarea metodei suprafeței de răspuns; A4.4 Îmbunătățire randament de obținere a biohidrogenului prin identificarea celei mai bune tehnici de imobilizare a inoculului fermentativ (absorbție fizică vs. metode de încapsulare), substraturi specifice si materiale de susținere (adăugarea de nanoparticole metalice si oxidice); A4.5 Stabilirea compoziției amestecului de fermentare pe parcursul transformării microbiene a bimasei în biohidrogen: conținutul de zaharuri totale, conținutul de zaharuri prin HPLC-ELSD, compoziția elementală (Na, P, Ca, P, Cu, Au, Fe) prin AAS și ingibitorii formați (furfural, HMF) prin HPLC-DAD; A4.6 Prelevarea și determinarea compoziției amestecului gazos (H2, CO2, CH4) rezultat în urma transformării fermentative anaerobe a biomasei prin GC-TCD: A4.7 Evaluare randament de obținere. Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea la nivel de laborator a biohidrogenului din biomasă prin fermentare anaerobă; A4.8 Diseminare rezultate: elaborare şi depunere cerere brevet la OSIM, articole Q1/Q2, participari la conferințe naționale/internaționale. Faza 5. Transformarea biomasei agroindustriale vegetale în biohidrogen prin procese de foto-fermentare Termen de predare: 15.05.2025 A5.2 Selectare bacterii purpurii nesulfuroase (ex. Rhodopseudomonas palustris, Rhodobacter sulfidophilus) pentru procesul de foto fermentare a biomasei cu obținere de biohidrogen; A5.3 Modelare și optimizare parametri de operare ai bioreactorului (cantitatea de biomasă și bacterie, intensitatea luminii, temperatura, pH) pentru transformarea biomasei în biohidrogen prin foto fermentare prin utilizarea metodei suprafeței de răspuns; A5.4 Îmbunătățirea producției de biohidrogen foto fermentativ prin adăugarea de nanoparticole de Fe și nanoparticole oxidice (ex. nanoparticule de TiO2, ZnO2, SiO2); A5.5 Stabilire compoziție amestec de fermentare pe parcursul transformării foto fermentative a bimasei în biohidrogen: compoziția elementală (Na, Ca, K, Zn, Fe, Ti, Si) prin AAS și ingibitorii formați (furfural, HMF) prin HPLC-DAD; A5.6 Prelevare și determinare compoziției amestec gazos (H2, CO2, CH4) rezultat în urma transformării foto fermentative a biomasei prin GC-TCD; Monitorizare volum de biohidrogen și evaluare randament de obținere. A5.7 Evaluare randament de obținere. Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea la nivel de laborator a biohidrogenului din biomasă prin foto fermentare; A5.8 Diseminare rezultate: elaborare şi depunere cerere brevet la OSIM, articole Q1/Q2, participări la conferințe naționale/internaționale Faza 6. Transformarea biomasei agroindustriale vegetale în biogaz/biometan prin procese metanogene anaerobe Termen de predare: 31.12.2025 A6.2 Selectare bacterii metanogene (specii Methanosarcina sau Methanoculleus) pentru procesul de metanogeneză al biomasei cu obținere de biometan; A6.3 Modelare și optimizare parametri de operare ai bioreactorului (cantitate de biomasă și bacterie, temperatură, pH, omogenizare) pentru transformarea biomasei în biometan prin utilizarea metodei suprafeței de răspuns; A6.4 Îmbunătățire producție de biometan prin adăugarea de macro și micronutrienți sub formă de soluții; A6.5 Stabilire compoziție amestec de fermentare pe parcursul transformării metanogene a biomasei în biometan: conținut de zaharuri totale, conținut de zaharuri prin HPLC-ELSD, compoziție elementală (Na, P, Ca, P, Cu, Au, Fe) prin AAS și inhibitori formați (furfural, HMF) prin HPLC-DAD; A6.6 Monitorizare volum de biogaz prin metoda de deplasare a apei; Evaluare randament de obținere. A6.7 Prelevare și determinare compoziție amestec gazos (CH4, H2, O2, CO2) rezultat în urma transformării metanogene a biomasei, prin GC-TCD; A6.8 Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea la nivel de laborator a biometanului; A6.9 Diseminare rezultate: elaborare şi depunere cerere brevet la OSIM, articole Q1/Q2, participări la conferințe naționale/internaționale. Faza 7. Transformarea biomasei agroindustriale vegetale în amestec biohidrogen și biometan (hytan) prin procese fermentative și metanogene combinate Termen de predare: 15.07.2026 A7.2 Selectare specii bacteriene anaerobe și metanogene pentru transformarea combinată a biomasei în biohidrogen și biometan prin acetongeneză și metanogeneză; pretratarea biomasei microbiene utilizată pentru inocularea bioreactorului; A7.3 Modelare și optimizare parametrii de operare ai bioreactorului (cantitatea de biomasă și inocul, temperatură, pH, omogenizare, atmosferă anaerobă) pentru procesele fermentative anaerobe prin metoda suprafeței de răspuns; A7.4 Îmbunătățire randament de obținere amestec biohidrogen+biometan prin identificarea substratului optim pentru dezvoltarea microorganismelor, adăugarea de săruri de macro- (MgCl2, CaCl2, NaCl) și micro- (FeCl2, MnCl2, NiCl2, ZnCl2) elemente; A7.5 Stabilire compoziție amestec de fermentare pe parcursul transformării microbiene a biomasei în biohidrogen și biometan: conținut zaharuri totale, conținut zaharuri prin HPLC-ELSD, compoziție elementală prin AAS și ingibitorii formați (furfural, HMF) prin HPLC-DAD; A7.6 Monitorizare volum de biogaz prin metoda de deplasare a apei; Evaluare randament de obținere. A7.7 Prelevare și determinare compoziție amestec gazos (O2, CO2, CH4, H2 si N2) rezultat în urma transformării fermentative anaerobe a biomasei prin GC-TCD și GC-TCD/FID: A7.8 Evaluare randament de obținere. Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea la nivel de laborator a amestecului biohydrogen + biometan din biomasă prin fermentare anaerobă; A7.10 Diseminare rezultate: elaborare şi depunere cerere brevet la OSIM, articole Q1/Q2, participări la conferințe. Faza 8. Transformarea digestatului rezultat în urma proceselor fermentative ale biomasei în biofertilizatori pentru o agricultură ecologică. Demonstrarea tehnologiei de valorificare în cascadă a biomasei vegetale A8.2 Identificare materialului purtător adecvat (organic, anorganic, netoxic, cu capacitate mare de absorbție a umidității, ieftin, etc.) ca vehicul de livrare în câmp a biofertilizatorilor; A8.3 Investigarea impactului adaosului de biofertilizant asupra solului nisipos: transformări de azot și proprietăți hidrofizice ale agregatelor de sol; A8.4 Evaluare posibilități de transformare a reziduului solid în nanomateriale pentru producerea de „nanofertilizanți” pentru nutriția plantelor, cu scopul de a genera mai puține deșeuri, de a minimiza pierderile de nutrienți și de a asigura o eliberare adecvată a nutrienților; A8.5 Caracterizare structurală și morfologică a biofertilizatorilor obținuți prin adsorbtie SEM, XRD, N2 – metoda BET; A8.6 Realizare studiu tehnico-economic pentru obținerea de biofertilizatori din biomasă; A8.7 Demonstrarea procesului de valorificare în cascadă a biomasei vegetale; Analiza SWOT privind punctele forte, punctele slabe, oportunitățile și amenințările pentru întreg procedeul de valorificare în cascadă a biomasei. A8.8 Realizare studiu tehnico-economic pentru întreg procedeul de valorificare în cascadă a biomasei în bioproduse pe baza datelor și rezultatelor obținute din etapele anterioare; A8.9 Diseminare rezultate: elaborare articole Q1/Q2, participări la conferințe.
© 2023 I.C.S.I. Rm. Vâlcea |
||||
