11 h15 2a fátima bento ufrj (noticias banner)

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  1. 1. DIESEL & BIODIESEL: Maiorsuscetibilidade á Biodegradação Prof. Dr. Fátima Menezes Bento UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE CIÊNCIAS BÁSICAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA,IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA São Paulo, 29 de julho de 2011.
  2. 2. DIESEL & BIODIESEL: Maior suscetibilidade á BiodegradaçãoESTRUTURA Diesel brasileiro (BX) Armazenamento:Contaminação química e biológica  Causas: fatores que propiciam a contaminação Consequências: presença de lodo biológico Impactos da adição de biodiesel:  Biodegradabilidade Resultados internacionais e nacionais Prevenção: Medidas Físicas Medidas Químicas
  3. 3. Introdução Óleo Diesel BRASILEIRO (BX) Mistura complexa de hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos Importante combustível da matriz energética  Histórico: B2 (2008); B5 (2010)  tem recebido atenção com relação ás condições de estocagem (possibilidade de deterioração)  um contaminante importante (vazamento ou acidentes)
  4. 4. Introdução Óleo Diesel BRASILEIRO (BX) Mistura complexa de hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos + complexa mistura de ésteres (origem vegetal e animal) Importante combustível da matriz energética  Histórico: B2 (2008); B5 (2010)  tem recebido atenção com relação ás condições de estocagem (possibilidade de deterioração)  um contaminante importante (vazamento ou acidentes)
  5. 5. Armazenamento de Óleo Diesel (áereos ou subterrâneos)Formação de sedimentos: (problema crônico) Origem química Origem biológica
  6. 6. Identificação de um tanque com contaminação microbiana *LODO biológico: interface óleo-água
  7. 7. CAUSASComo ocorre essa contaminação?
  8. 8. Condições para que ocorra a formação de sedimento biológico:Presença de águaNutrientesOxigênio, temperatura e pHPopulação microbiana competente
  9. 9. Condições para que ocorra a formação de sedimento biológico:Presença de águaNutrientesOxigênio, temperatura e pHPopulação microbiana competente + Biodiesel ( mistura de ésteres- fonte de carbono mais facilmente assimilável)
  10. 10. 1. Presença de água:Condensada = Livre Sistemas de vedação com algum defeito Condensação nas paredes do tanque
  11. 11. Presença de água durante a estocagem de diesel:Possibilidades: ••••• A ••••• ••••• B C A: Água dissolvida: água que está em solução no combustível e não pode ser removida por métodos convencionais ou detectada por meio de equipamentos C: Água livre: água não dissolvida no combustível, que pode estar suspensa, na forma de gotas ou turvação, ou formando fase aquosa na parte inferior do tanque. ( Norma ABNT NBR 15512)
  12. 12. Presença de água durante a estocagem de diesel:Possibilidades: ••••• A ••••• ••••• B C A: Dispersa como microgotícula dispersa no combustível – GOTÍCULA B: Emulsão na interface óleo-água - EMULSIONADA C: Água do lastro- LIVRE
  13. 13. Presença de água durante a estocagem BX:Possibilidades: (+ Biodiesel)= ? ••••••• A ••••••• ••••••• B C A: Dispersa como microgotícula dispersa no combustível – GOTÍCULA B: Emulsão na interface óleo-água - EMULSIONADA C: Água do lastro- LIVRE
  14. 14. 2. NutrientesAR: poeira, microrganismos, grande quantidade de umidadeÁGUA: condensação, limpeza dos tanques, presença dedetritos e microrganismosCOMBUSTÍVEL: transporte de contaminantes
  15. 15. 2. Nutrientes e população microbianaAR: poeira, microrganismos, grande quantidade de umidadeÁGUA: condensação, limpeza dos tanques, presença dedetritos e microrganismosCOMBUSTÍVEL: transporte de contaminantes
  16. 16. COMBUSTÍVEL: estocagem simulada durante 450 dias ( Bento & Gaylarde, 2001)
  17. 17. 3. Oxigênio, temperatura, pH Interior de tanque Temperatura – a partir de 4°C até 60ºC pH – de pH 3,5 á pH 6,5 Oxigênio: Proporção fase oleosa-fase aquosa
  18. 18. 4. População microbiana: Grupos MicrobianosFungos: filamentosos e leveduriformesBactérias: aeróbias e anaeróbias
  19. 19. 4. População microbiana: Borra Biológica
  20. 20. Isolamento de microrganismos: Normas ASTM D 6974-09; Normas ASTM E 1326; IPI 385
  21. 21. Fungos filamentosos isolados a partir da fase oleosa
  22. 22. Fungos filamentosos isolados a partir da fase oleosa
  23. 23. Bactérias e leveduras isoladas a partir da fase aquosa
  24. 24. Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS):Produção de H2S(dentro das reservas e nos tanques)Redução da qualidade do óleo (souring)Problemas de corrosão Fonte: Gaylarde et al., 1995Exigências: sulfato e carbono; ausência de O2
  25. 25. IMPACTOS Quais são as consequências dacontaminação microbiana durante a estocagem?
  26. 26. PROBLEMAS PRINCIPAIS TIPOS DE DETECTADOS MICRORGANISMOSBloqueio de mangueiras, válvulas,e filtros Fungos; bactérias produtoras de polímeros (Biomassa)Aumento do conteúdo de água TodosFormação de sedimento TodosProdução de biossurfactante Fungos e bactéria aeróbiasCorrosão de tanques e tubulações Fungos e bactérias anaeróbiasProdução de sólidos suspensos TodosDegradação dos hidrocarbonetos Fungos e bactérias aeróbiasBloqueio de injetores Fungos e bactérias aeróbiasAumento do conteúdo de enxofre Bactérias redutoras de sulfato (BRS)Comprometimento do sistema de injeção Todos
  27. 27. Produção de biossurfactantes Fonte: Morales, 2008 (Morales & Bento, 2008)
  28. 28. Fonte: Seminário INP-2011- RJ
  29. 29. Obstrução: Desgaste de bicos injetores (Bento et al,1999)
  30. 30. Microrganismos isolados de combustíveis(óleo diesel, gasolina,querosene)Fonte: Gaylarde & Bento, 1999
  31. 31. Biodegradabilidade: Diesel x Biodiesel Diesel de petróleo - hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos (C10H20 a C15H28, com 75% saturados e 25% aromáticos). Biodiesel – ésteres alquílicos de ácidos graxos de cadeias longas (C14- C22) Vantagens: Renovável, Compatível com diesel (misturas BX) e biodegradável;; Sem N, S ou aromático Desvantagens: Alto custo de produção; elevado poder de solvência; baixa estabilidade (muitas insaturações – fácil degradação
  32. 32. Composição do DieselEstruturas químicas de algunscompostos encontrados nopetróleo (Connell & Miller, 1994)
  33. 33. Degradação microbiana de alcanos.1-n-alcanos monoxigenases.2- álcool desidrogenase.3- aldeído desidrogenase (Fritsche & Hofrichter, 2000)
  34. 34. Degradação microbiana de aromáticos:dioxigenases
  35. 35. Composição do biodiesel: Matéria -prima Produção de Biodiesel Óleos vegetais Algas, bactérias e fungos Gordura animal
  36. 36. Produção de Biodiesel (Li et al., 2008)
  37. 37. Especificação do biodiesel (Lôbo et al., 2009)Dependendo da época do ano: SOJA:SEBO 95:5 75:25 70:30
  38. 38. Hidrólise de um éster catalisado por lipases ou esterases (Santos, 2009) Estrutura molecular ( tamanho e o número de insaturações) dos ésteres alquílicos (biodiesel): SUBSTRATO.
  39. 39. (Bento & Gaylarde, 1996; Bento et al., 2005)
  40. 40. Biomassa produzida durante crescimento em óleo diesel/ meio mineral em 60 dias 70 60 50 40 Peso (mg) 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (dias)Curva de crescimento do Aspergillus fumigatus em meio em meio mineral e 1% de óleo diesel durante 60 dias. pH: inicial 7,0 pH final: 4,8
  41. 41. Cromatograma da fase aquosa proveniente do crescimento do Aspergillus fumigatus após 60 dias e incubação em meio em meio mineral e 1% de óleo diesel.
  42. 42. 51% 37,5% 48%Cromatograma da fase oleosa proveniente do crescimento do Aspergillus fumigatus após 60 dias de incubação em meio em meio mineral e 1% de óleo diesel.
  43. 43. Comportamento de Misturas Diesel-Biodiesel Adição de biodiesel ao dieselDisponibilidade de fonte extra Aumento da biodegradabilidade de carbono de hidrocarbonetos Ação complementar metabólica
  44. 44. Comportamento de Misturas Diesel-BiodieselPERSPECTIVA INTERNACIONALIASH 2005- Passman (2005): Mistura de ésteres mais suscetível ao crescimento microbiano do que o óleo diesel convencional. Cenário ambiental: biodegradabilidade é uma vantagem !!!! PASSMAN, F.; DOBRANICK JK. Relative Biodegradability of B-100 Biodiesel and Conventional Low Sulfur Diesel Fuels. In: IASH 2005: 9 th International Conference on Stability, Handling and Use of Liquid Fuels,. Proceedings; p.18-22; 2005.
  45. 45. Comportamento de Misturas Diesel-BiodieselPERSPECTIVA INTERNACIONALIASH 2005- Passman (2005): Mistura de ésteres mais suscetível ao crescimento microbiano do que o óleo diesel convencional. Cenário ambiental: biodegradabilidade é uma vantagem !!!! porém durante a estocagem é um PROBLEMA..... PASSMAN, F.; DOBRANICK JK. Relative Biodegradability of B-100 Biodiesel and Conventional Low Sulfur Diesel Fuels. In: IASH 2005: 9 th International Conference on Stability, Handling and Use of Liquid Fuels,. Proceedings; p.18-22; 2005.
  46. 46. Comportamento de Misturas Diesel-BiodieselZhang et al.(1998) (USA): biodegradação das Sugeriram que amisturas de diesel-biodiesel é proporcional ao presença de biodieselconteúdo de biodiesel (ambiente aquático) promove a ação complementarPasqualino et al.(2006): maior o percentual debiodiesel na mistura maior a eficiência na metabólica microbianabiodegradação. na degradação dos hidrocarbonetosDe Mello et al.,(2007): (USA) estudos simulando ambiente marinho com misturas dediesel e biodiesel mostraram que a degradação dos ésteres ocorreram na mesma taxa queos alcanos e mais rapidamente que outros hidrocarbonetos do diesel.Prince et al., (2008) (USA) experimentos de biodegradação utilizando um consórciomicrobiano foi capaz de degradar tanto o diesel quanto o biodiesel em meio aquoso.
  47. 47. Comportamento de Misturas Diesel-BiodieselOwsianiak et al.(2009): Polônia: experimentos de biodegradação com consórcio emdiferentes misturas de diesel-biodiesel. Perfil observado : relação linear entre o conteúdode biodiesel e a produção de biomassa .Schleicher et al.(2009): Alemanha: experimentos de biodegradação de biodiesel puro(colza) e mistura (B5 e B20). Melhor resultado de degradação : B20 ; populaçãomicrobiana variou dependendo da composição do combustível.Siegert (2009) Alemanha: Microbial contamination in diesel fuel- Are new problemsarising from biodiesel blends? Os estéres de ácidos graxos (FAME) produzem umaambiente no diesel mineral que promove o crescimento microbiano, devido acompetência natural em degradar óleos e graxas como energia. Um biocida é sugeridopara a utilização nas misturas diesel-biodiesel.
  48. 48. Hill & Hill., 2009. (Inglaterra) Strategies for resolving Problems Caused by MicrobialGrowth in terminals and retaisl Sites Handling Biodiesel Aumento no uso dos FAME no diesel automotivo tem sido associado com oaumento nos problemas causados pela contaminação microbiana. Revisão sobre os problemas encontrados em veículos a diesel, fatoresespecíficos envolvidos no crescimento microbiano em biodiesel. Apresentação deestratégias quanto a prevenção, monitoramento e remediação do problema.Horel & Schiewer 2011 (USA) Influence of constant and fluctuating temperatures onbiodegradation rates of biodiesel blends contaminanting Alaskan sand Experimentos de biorremediação, com a simulação de areia contaminadacom diferentes misturas e temperaturas (6-20°C) mostraram que a adição debiodiesel acelerou a mineralização em comparação com o diesel, além do esperado. B20: a taxa de degradação (CG-MS) foi 2X mais alta que o diesel. Adição de biodiesel poderia ajudar a reduzir o impacto de derrames de diesel no ambiente.
  49. 49. Comportamento de Misturas Diesel-BiodieselPERSPECTIVA NACIONAL:REDE BRASILEIRA DE TECNOLOGIA DE BIODIESEL: Estudos sobre vida de prateleira de Bx e B100; aditivos multifuncionais, degradação abiótica e biótica: REDE ARMAZBIODI (MCT/FINEP)- UFRJ; UFG, UFRGS, INTBento, F. M. et al. 2006 Suscetibilidade do Óleo Diesel com 2 e 5% de biodiesel á contaminaçãomicrobiana durante a estocagem.Vieira et al., 2008 Seleção de microrganismos degradadores de biodiesel- indicadores redoxMariano et al 2008; 2009 Degradabilidade de diesel e mistura com biodieselFrança, F. et al 2011: Degradação de biodiesel por Pseudomonas aeuruginosa e PichiaBucker et al., 2011 Impact of Biodiesel on Biodeterioration of Stored Brazilian Diesel Oil.
  50. 50.  Crescimento de fungos e bactérias que foram isolados de tanques de óleo diesel e borra de centrifuga de B100 Misturas avaliadas: Bucker, et al 2011 - IMPACT OF THE ADDITION OF BIODIESEL IN BRAZILIAN DIESEL OIL ON THE GROWTH OF FUNGI DURING STORAGE, International Biodeterioration and Biodegradation  B0 (diesel)  B5  B10  B20  B100 Biodiesel de sebo (bovino): B100 Cazzaroli et al., 2011 SUSCETIBILIDADE DO BIODIESEL DE SEBO BOVINO A CONTAMINAÇÃO POR Pseudallescheria boydii , Quimica Nova (in press)
  51. 51. Ensaios de crescimento com Fungos Frascos de 150mL com óleo diesel (B0) e as misturas com biodiesel (B5, B10, B20 e B100) e meio mineral, conforme o esquema abaixo: Fase Oleosa (25mL) – Sistemas esterilizados com 0, 5, 10, 20 e 100% de biodiesel de soja no diesel. Interface – suspensão de 107esporos/mL de Aspergillus fumigatus/ Paecilomyces spp. Fase Aquosa (25mL) – Meio Mínimo Mineral 1:1. MM1 g/L: KCl, 0,7; KH2PO4, 2,0; Na2HPO4, 3,0; NH4NO3, 1,0; Solução micronutriente 1m/L (MgSO4, 4,0; FeSO4, 0,2; MnCl2, 0,2; CaCl2, 0,2) (Richard & Vogel, 1999) Frascos experimentais Tempo de avaliação: (150mL) 0 , 7, 14, 21, 28, 45 e 60 dias.
  52. 52. B100 B20 B5 e B20 B0Curva de crescimento do fungo Aspergillus fumigatus em meio mineral com B0 (diesel), e asmisturas B5, B10, B20,B100 (diesel e biodiesel) durante 60 dias. (Bucker et al., 2011)
  53. 53. Curva de crescimento do fungo Paecilomyces sp. em meio mineral com B0 (diesel), e asmisturas B5, B10, B20,B100 (diesel e biodiesel) durante 60 dias. (Bucker et al., 2011)
  54. 54. Curva de crescimento do fungo Pseudallescheria boydii em meio mineral e biodiesel de sebo durante60 dias, a 28°C. (♦) KOH- Água, (■)KOH-Magnesol, (▲)NaOH -Magnesol, (♦) NaOH- Água. Cazarolli et al., 2011 SUSCETIBILIDADE DO BIODIESEL DE SEBO BOVINO A CONTAMINAÇÃO POR Pseudallescheria boydii , Quimica Nova (in press)
  55. 55. Crescimento do fungo Pseudallescheria boydiiem meio mineral e biodiesel de sebo
  56. 56. PREVENÇÃOQuais são as medidas possíveis de controle da contaminação microbiana durante a estocagem?
  57. 57. Medidas de ControleMétodos Físicos: Tanques: Drenagem periódica ( Norma ABNT NBR 15512) Limpeza de tanques Combustível Métodos de Filtragem
  58. 58. REFINO TRANSPORTE ARMAZENAMENTO Tanques áereos ou subterrâneos
  59. 59. DRENAGEM(ROTINA NA MANUTENÇÃO):* impede o acúmulo de água forma estratégica de controle
  60. 60. Métodos Químicos: Utilização de biocidas: recomendado nos Estados Unidos e Europa (diesel e biodiesel) Preservantes: Abordagem preventiva: tratamento contínuo Abordagem curativa: tratamento choque
  61. 61. Biocida ideal Matar todos os microrganismos (fungos, bactérias) Não apresentar efeitos sobre outros organismos Não afetar o material protegido e não afetar o ambiente Não causar alergias, irritações ou qualquer outras doenças aos humanos Ser eficiente sob diferentes condições Barato e estável Biodegradável
  62. 62. Biocida ideal Matar todos os microrganismos (fungos, bactérias) Não apresentar efeitos sobre outros organismos Não afetar o material protegido e não afetar o ambiente Não causar alergias, irritações ou qualquer outras doenças aos humanos Ser eficiente sob diferentes condições Barato e estável ADITIVO MULTIFUNCIONAL
  63. 63. Considerações Finais Está sendo considerado dentro do cenário brasileiro, a participação microbiana como um dos contaminantes potenciais da cadeia. Incentivo às Boas Práticas de Manutenção durante a estocagem.
  64. 64. Muito obrigada! Equipe: Biodeterioração BiorremediaçãoFrancielle Bucker, Adriane Zimmer Vanessa Cerqueira,Daniel Meyer,Juciana Cazarolli, Fernanda Marques, Fabiola Shultz, Gerônimo Prado,Aline Oliboni, Angelica Santos, Cristiane Tatiana Colla, Leticia Tramontini,Barbosa, Paula da Silva, Nayara Aguiar, Luisa Mercado, Angelo Prates.Sabrina Anderson.
  65. 65. Agradecimentos
  66. 66. DIESEL & BIODIESEL: Maiorsuscetibilidade á Biodegradação Por : Prof. Dr. Fátima Menezes Bento fatima.bento@ufrgs.br São Paulo, 29 de julho de 2011.
  67. 67. Biocidas aprovados pelo EPA para uso em combustíveisFonte: Passman, 2003. Fuel and Fuel systemmicrobiology, fundamentals, diagnosis andcontamination control. Pg:30

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