Dezvoltarea și validarea de soluții fiabile pentru producere de biogaz din biomasă algală în Rezervația Biosferei Delta Dunării
(Acronim BIOALG)Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2016-0068
Număr contract: 170PED/2017
Director proiect: Dr. ing. Carmen MATEESCU
Finanţare: Bugetul de stat
Denumirea Programului: Programul 2 – Creşterea competitivităţii economiei româneşti prin cercetare, dezvoltare şi inovare, Subprogramul 2.1. Competitivitate prin cercetare, dezvoltare şi inovare
Direcția de cercetare: 1 – Bioeconomie
Tipul proiectului: Proiect experimental demonstrativ (PED)
Valoarea totală a contractului: 475.000 lei
Durata contractului: 17 luni (17.08.2017 – 31.12.2018)
Autoritatea Contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI)
Contractor: INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE PENTRU INGINERIE ELECTRICĂ ICPE-CA BUCUREŞTI (INCDIE ICPE-CA)
Partener P1: INSTITUTUL NAȚIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE DELTA DUNĂRII (INCDDD)
ETAPA I (RAPORT ȘTIINȚIFIC ȘI TEHNIC) ETAPA II (RAPORT ȘTIINȚIFIC ȘI TEHNIC) Rezumat:
Utilizarea biomasei algale pentru producerea de biogaz este o tehnică încă neutilizată în România, deși potențialul bogat de biomasă algală din zonele deltă-litoral, precum și condițiile climatice, fac posibilă dezvoltarea acestor tehnologii verzi ce pot asigura îmbunătățirea securității energetice și a calității mediului. La nivel mondial, există unele proiecte de biogaz din biomasă algală, dar ele se adresează în principal macroalgelor cultivate în bazine sau bioreactoare speciale. Astfel de soluții sunt costisitoare întrucât necesită investiții mari pentru sistemele de cultivare a algelor. Proiectul de față propune o soluție viabilă pentru producerea biogaz din biomasa algală răspândită din abundență în Rezervația Biosferei Delta Dunării. Ținând cont de rezultatele experimentale obținute anterior, precum și de studiile teoretice, schimbul de experiență și analizele de laborator pe care consorțiul le-a obținut în proiectele anterioare în domeniul biogazului și a ecosistemelor din deltă, putem afirma că proiectul pornește de la un concept de tehnologie și produs deja existent (TRL2) și se va materializa într-un model experimental demonstrativ de laborator (TRL3). Astfel, vor fi dezvoltate o tehnologie de fermentare și un model de laborator destinate fermentării anaerobe a unor tipuri de alge cu cea mai largă răspândire în zonele deltă-litoral. Algele vor fi caracterizate înainte de fiecare experiment, biogazul va fi analizat pe parcursul experimentelor și vor fi evaluate proprietățile de fertilizant ale nămolul fermentat. Proiectul va fi realizat de un consorțiu format din două institute de cercetare având o bogată experiență în tehnologii de biogaz, respectiv în evaluarea și îmbunătățirea ecosistemelor acvatice. Rezultatele au scopul de a demonstra și valida soluțiile propuse în producerea de biogaz pentru comunitățile din zonele vizate. Elementele inovative vor fi protejate prin brevet de invenție și vor fi diseminate în publicații științifice.
Coordonator CO – INCDIE ICPE-CA Bucureşti
Nume, prenume Grad științific Competența profesională (domeniul) Mateescu Carmen Doctor în inginerie chimică Director proiect, Controlul proceselor anaerobe, concept instalatii de biogaz, studii documentare, diseminare Butoi Nicoleta Oana Masterand biolog Evaluarea incarcarii microbiene si fungice a masei fermentabile, Achizitie materiale si echipamente Babutanu Corina Doctor in inginerie energetica Hidrodinamica masei in instalatii de biogas, elaborare tehnologie Oprina Gabriela Doctor in inginerie energetica Hidraulica si dinamica fluidelor, studii eficienta energetica Ducu Robert Doctorand biolog Studiu documentar, evaluarea incarcarii microbiene si fungice a masei fermentabile Alecu Georgeta Doctor in stiinte ingineresti Tehnologii de mediu, management sistem integrat calitate-mediu Tanase Nicolae Doctorand in stiinte ingineresti Proiectare instalatii, simulare procese, Elaborare concept design Lungulescu Marius Doctor in chimie Analize chimice instrumentale Luchian Ana-Maria Doctorand in chimie Studiu documentar, Biotehnologii, analize chimice instrumentale Voina Andreea Doctor in stiinte ingineresti Biotehnologii, tehnologii de mediu Iosif Gabriela Doctor, specialist comunicare Organizare simpozion Caramitu Alina Doctor in inginerie chimica Analiza chimica instrumentala, elaborare documentatie economica Ion Ioana Doctor in inginerie chimica Studiu documentar, analiza chimica instrumentala Iordoc Mihai Doctor in chimie Participare la elaborare concept si executie model experimental Lipcinski Daniel Inginer de dezvoltare Identificare solutii tehnice si executie model demonstrativ Chihaia Rares Doctor in constructii civile Studiu hidrodinamica masei, executie model experimental Marin Dorian Doctor inginer Creare si actualizare pagina web Militaru Adrian tehnician Pregatire probe pentru experimentari, realizare model Dumitru Ion tehnician Executie operatii tehnice diverse Partener P1: INCDDD
Nume, prenume Grad științific Competența profesională (domeniul) Török Liliana Doctor in biologie Responsabil proiect, prelevare probe, studii documentare, evaluare biomasa algala, diseminare Török Zsolt Doctor in biologie Prelevare probe, studii documentare, evaluare biomasa algala, diseminare Bozaghievici Raluca economist Monitorizari de mediu, raportare financiara, activitati contabile Banescu Victor tehnician Prelevare probe biomasa algala Obiectivele proiectului: Obiectivul general al proiectului îl reprezintă dezvoltarea unui model demonstrativ experimental de laborator de nivel TRL 3 ce va fi folosit pentru validarea de soluții fiabile si eficiente de valorificare energetica a biomasei algale prelevata din Rezervația Biosferei Delta Dunării, cu producere de biogaz si fertilizanți ecologici. Modelul va permite efectuarea de cercetări preliminare necesare ulterior pentru implementarea de tehnologii de biogaz in regiunea deltei Dunării. Ca obiective specifice, proiectul are in vedere: Exploatarea cunoștințelor dobândite anterior in dezvoltarea unei tehnologii de fermentare eficiente folosind ca materie prima biomasa algala ce se găsește din abundenta in delta si pe plajele adiacente si demonstrarea posibilității de valorificare energetica a biomasei algale prin generare de gaz combustibil de calitate ridicata (conținut de metan >60%); Promovarea rezultatelor proiectului si a soluției propuse, cu evidențierea multiplelor beneficii pe care acesta practica de valorificare le poate aduce mediului, sectorului energetic, turismului local, sănătății si standardelor de viață ale locuitorilor din zonele de delta.
Etapele proiectului, activități:
Etapa I
Denumire etapă: Studii de cercetare, elaborare concept model demonstrativ si tehnologie de fermentare anaerobă, prelevare si evaluare probe de biomasa, achiziție materiale și echipamente
Tip activitate: Cercetare industrială
Parteneri implicaţi: CO, P1
Perioada de realizare: 5 luni (17.08.2017 – 31.12.2017)Activitatea I.1. Investigație critică privind valorificarea algelor pentru producerea de biogaz, elaborare concept model demonstrativ, evaluarea metodelor de gestionare alge și prelevare probe de biomasa
Activitate I.2. Achiziţie materiale şi echipamente pentru dezvoltare model si analize de laborator
Etapa II
Denumire etapă: Realizare model demonstrativ, experimente de fermentare anaeroba, monitorizare procese, diseminare si brevetare.
Tip activitate: Cercetare industrială / Dezvoltare experimentală
Parteneri implicaţi: CO, P1
Perioada de realizare: 12 luni (01.01.2018 – 31.12.2018)Activitatea II.1 Realizare model demonstrativ pentru experimentele de laborator, Evaluarea disponibilitătii algale din ecosistemele natural
Activitatea II.2. Efectuarea experimentelor de fermentare anaerobă și monitorizarea proceselor biochimice, analiza gazelor de fermentare; Izolarea și testarea/analizarea capacității fermentative a biomasei algale
Activitatea II.3 Organizare simpozion, diseminarea rezultatelor
Activitatea II.4 Brevetarea procedeului de fermentare biomasă algală și a modelului demonstrativ experimental de laborator
Rezultatele estimate a se obține in cadrul proiectului sunt următoarele:
• Pagina web;
• Rapoarte de cercetare documentara si experimentala;
• Model experimental demonstrativ de laborator destinat fermentării anaerobe a biomasei algale identificate pe baza studiilor privind disponibilitatea algala locala si a potențialului de fermentare;
• Crearea, pe baza unui proces de selecție riguros a unor amestecuri de substrat de fermentare si efectuarea de experimente de fermentare anaeroba in condiții controlate si regim termic mezofil, adaptat condițiilor climatice din zonele vizate;
• Identificarea parametrilor optimi de proces pentru asigurarea unei descompuneri avansate a biomasei algale;
• Monitorizarea proceselor biochimice si testarea potențialului de biogaz;
• Aplicarea de cerere de brevet pentru tehnologia de fermentare si modelul demonstrativ;
• Diseminarea rezultatelor proiectelor la evenimente științifice pentru promovarea soluției tehnologice ce valorificare biomasa algală.Date de contact:
Director proiect: Dr. ing. Carmen Mateescu
Tel. 0213468297/115, Fax: 0213468299, Mobil: 0752083234
email: carmen.mateescu@icpe-ca.ro,Responsabil partener P1: Dr. Liliana Török
Tel: 0240524546, Fax: 0240533547
email: liliana.torok@ddni.ro,Activitati in derulare:
Identificare si prelevare alge (pdf)
Locurile din Rezervatia Biosferei Delta Dunarii unde s-a facut investigarea potențialului algal, in 16-17 octombrie 2017
Autor: Dr. Zsolt Török, Institutul Național de Cercetare Dezvoltare Delta Dunării, TulceaÎn perioada 16-17 octombrie 2017, s-a verificat potentialul de macroalge pe cursurile de apă din 19 locații, 16 locații din interiorul Rezervației Biosferei Delta Dunării, iar 3 locații din apropierea limitei zonei protejate (linia alba din imagine).
Colaj cu fotografii reprezentand macroalge depuse pe pietre de-a lungul țărmului Mării Negre, în partea de sud a zonei marine Chituc, precum și harta de localizare a zonei.
Autor: Dr. Zsolt TörökSpecia algală dominantă este Ulva (Enteromorpha) intestinalis (taxon identificat de Dr. Oana Alina Marin, Institutul Național de Cercetare Dezvoltare Marină “Grigore Antipa”
Aglomerare de alge filamentoase
Autor: Dr. Zsolt TörökProbabil Cladophora sp. este special algală ce formează starturile dense dispuse de-a lungul tărmului cursului de apă din localitatea Valea Nucarilor (județul Tulcea, România).
Straturi de macroalge pe cursul apelor în Valea Nucarilor
Autor: Dr. Zsolt TörökSe presupune că macroalgele din straturile dense observate de-a lungul țărmului unui curs de apă din localitatea Valea Nucarilor (jud. Tulcea) aparțin genului Cladophora.
Imagini de ramificații ale unei colonii singulare de macroalge
Autor: Dr. Zsolt TörökImaginea indică detalii ale ramificații ale unei colonii singulare de macroalgă recoltată in data de 10.10.2017, din lacul Ciuperca aparținând teritoriului orașului Tulcea.
Fâșie de macroalge aglomerate la ponton
Autor: Dr. Zsolt TörökMajoritatea coloniilor de macroalge sunt fixate sub formă de fâșie de-a lungul elementelor de fier ale unui ponton (lățimea fâșiei cca. 5 cm) la suprafața nivelului apei, în lacul Ciuperca, orașul Tulcea.
Colaj cu imagini reprezentând colonii de macroalge în canalul de la limita nordică a Capului Dolosman, precum și harta de localizare a zonei.
Autor: Dr. Zsolt TörökColonii de macroalge de-a lungul unei zone fără stufăriș, la tărmul unui canal situat la limita nordică a Capului Dolosman (Rezervația Biosferei Delta Dunării, România).
Obiectivele specifice etapei II
• Realizarea modelului demonstrativ de laborator de nivel TRL 3;
• Evaluarea disponibilității algale din ecosistemele studiate;
• Verificarea functionalitatii modelului prin efectuarea de experimente de fermentare pe diverse tipuri de biomasă algală prelevată din Rezervatia Biosferei Delta Dunării;
• Monitorizarea proceselor de fermentare, evaluarea producției și calității biogazului generat;
• Organizare simpozion national și participare la evenimente științifice în tematica proiectului.
• Brevetarea procedeului de fermentare biomasă algală și a modelului demonstrativ experimental de laborator
Rezultatele obținute în etapa II
• Model demonstrativ de nivel TRL 3;
• Studiu tehnologic ce include evaluarea disponibilității algale din ecosistemele studiate și verificarea funcționalității modelului demonstrativ prin raportarea de rezultate experimentale;
• Simpozion national organizat la coordonatorul de proiect;
• Comunicări știintifice la manifestări științifice naționale și internaționale;
• Model demonstrativ și tehnologie de fermentare brevetate – 2 cereri de brevet de invenție înregistrate la OSIM.
REZUMATUL ETAPEI II / 2018
Activitățile etapei a II-a au avut ca scop principal realizarea modelul demonstrativ experimental de laborator de nivel TRL 3 și efectuarea de experimente de fermentare anaerobă a biomasei algale pentru evaluarea potențiaului de biogaz al acestora. Modelul demonstrativ include două incinte de fermentare echipate cu mantale de încălzire cu termoreglare ce asigură un regim de temperatura constant si controlabil și permite efectuarea de experimente de fermentare în paralel, pe două tipuri de substraturi algale diferite, fiind dotat cu componente de control a parametrilor de proces și de purificare biogaz. Cercetările experimentale au urmărit evaluarea potenţialului de biogaz a două tipuri de macroalge, respectiv Ulva intestinalis prelevată de la Marea Neagră și Cladophora prelevată din lacul Ciuperca, precum și a biomasei fitoplanctonice (microalge), care au fost supuse fermentării anaerobe în regim mezofil în modelul demonstrativ realizat. De asemenea, activitățile etapei au inclus o evaluare a disponibilității algale în ecosistemele studiate, activități de prelevare și izolare a macroflorei algale precum și de cultivare și concentrare a microflorei algale pentru experimentele de fermentare. Rezultatele experimentelor care au utilizat ca substrat de fermentare probe de macroalge marine și dulcicole confirmă faptul că este oportună continuarea, dezvoltarea şi implementarea de soluţii pentru obţinerea de biogaz din biomasă algală pentru comunităţile defavorizate din localităţile din Delta Dunării, utilizând resurse vegetale alternative de tipul macroflorei algale autohtone. În schimb, substratul organic reprezentat de biomasă microalgală s-a arătat mai recalcitrant la descompunerea anaerobă, iar calitatea biogazului generat a fost mai redusă decât în cazul utilizării de biomasă macroalgală. Rezultatele de laborator au evidenţiat faptul că în cazul speciilor autohtone utilizate pentru experimentele de fermentare este necesară îmbunătățirea procesului de izolare a speciilor şi ulterior a tratamentelor la care trebuie supusă biomasa recoltabilă astfel încât materialul biologic utilizat în instalațiile de biogaz să atingă într-un timp rapid parametri optimi pentru producerea de biogas. Drepturile de proprietate intelectuală asupra elementelor inovative obținute prin conceperea, realizarea și operarea modelului demonstrativ au fost protejate prin înregistrarea la OSIM a două cereri de brevet de invenție care se adresează modelului experimental, respectiv optimizării tehnologiei de fermentare. În data de 25 octombrie 2018 institutul coordonator INCDIE ICPE-CA a organizat simpozionul national ORIZONTURI NOI ÎN VALORIFICAREA BIOMASEI ALGALE ȘI REMEDIEREA HABITATELOR ACVATICE, eveniment la care au participat peste 60 oaspeți din mediul academic universitar și de cercetare, reprezentanți ai asociațiilor si clusterelor din domeniul biocombustibililor, tineri cercetători, masteranzi și doctoranzi, reprezentanți ai mediului de afaceri cu tradiție în domeniul valorificării biomasei algale.
Cerere de brevet A00053/2018 Model experimental pentru testarea potențialului de biometan al biomasei
Autori: Mateescu Carmen, Lipcinski Daniel, Lungulescu Eduard-Marius, Tanase Nicolae, Török Liliana
Prezenta invenţie se referă la un model experimental demonstrativ de laborator de nivel TRL 3 destinat testării potențialului de biometan al biomasei, ce integrează într-un sistem unitar două bioreactoare de fermentare anaerobă care operează în paralel, în regim de temperatură mezofil, adaptabil și pentru regim termofil, fiecare bioreactor fiind echipat cu o manta de incalzire electrica, o linie de purificare biogaz și un recipient de recoltare biogaz purificat, permițând totodată cuantificarea producției de biogaz prin metode volumetrice, manometrice și cromatografice, precum și prelevarea manuală sau automată a probelor de biogaz pentru analize de laborator.Cerere de brevet A00523/2018 Procedeu de pretratare enzimatică a biomasei algale pentru producere de biogaz
Autori: Mateescu Carmen, Nicula Nicoleta Oana, Lungulescu Eduard-Marius, Török Liliana, Török Zsolt
Prezenta invenție se referă la un procedeu de pretratare enzimatică a biomasei algale utilizată ca substrat de fermentare în reactoarele anaerobe pentru producere de biogaz. Procedeul de pretratare din prezenta invenție are ca scop desfacerea structurilor macromoleculare compacte de carbohidrați (celuloză și hemiceluloze) din biomasa algala sub acțiunea unui amestec de enzime hidrolitice secretate de speciile fungice Trichoderma reesei, Trichoderma versicolor, Penicillinum chrysosporium, Fusarium solani, Chaetomium thermophile si Myrothecium verrucaria, facilitând astfel accesul bacteriilor fermentative anaerobe la fibrele celulozice greu biodegradabile, reducând timpul de fermentare și crescând producția de biogaz în procesele de fermentare anaerobă. Rezultatele experimentale obtinute pentru macroalga marina Ulva intestinalis utilizată ca substrat de fermentare anaeroba in regim mezofil au indicat o creștere a producției de metan în biogaz cu 83% pentru proba pretratată enzimatic, comparativ cu proba martor, reprezentând un efect stimulativ al amestecului fungic asupra biodegradării structurilor compacte din materialul algalSimpozion național: ORIZONTURI NOI ÎN VALORIFICAREA BIOMASEI ALGALE ȘI REMEDIEREA HABITATELOR ACVATICE, 25 octombrie 2018, București
BIROUL DE PRESA ICPE-CAmarketwatch.ro, amosnews.ro, romania24.net, agerpres.ro, ziarelive.ro, centruldepresa.ro, comunicatedeafaceri.ro,comunicatedepresa.com.ro, adpres.net, marketingromania.ro, ecomunicate.ro, webpr.ro, .economistul.ro
