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CASEUS-Combined use of renewAble energy sources to improve energy efficiency in cheeSE indUStry (ID: 382 )
Coordenador: IPB - Instituto Politécnico de Beja
Iniciativa emblemática: 11. Transição agroenergética
Data de Aprovação: 2022-10-04 Duração da iniciativa: 2025-12-31
NUTS II: Alentejo NUTS III: Baixo Alentejo
Identificação do problema ou oportunidade
A produção de queijo no Alentejo apresenta uma longa história que se confunde com a própria civilização desta região. Durante longos séculos o processo de produção foi inteiramente artesanal, onde o processo de cura ocorria em divisões adaptadas dentro da própria casa do queijeiro. Hoje em dia, o processo de produção de queijo nas queijarias de pequena dimensão inclui ainda um forte cariz artesanal, no entanto já se encontra largamente difundida a existência de câmaras de cura com controlo automático da temperatura e humidade. Contudo, alguns aspectos têm permanecido inalterados com o tempo, como a necessidade energética em algumas etapas críticas do processo produtivo. Até meados do século XX, o processo de coagulação do leite e a produção de requeijão representavam as etapas com maior consumo de energia com a consequente necessidade de alimentação combustível, o qual tradicionalmente era lenha. A partir desta data, e com as alterações legais e tecnológicas que se foram introduzindo, estes processos térmicos foram substituídos pela utilização de caldeiras alimentadas a gasóleo ou com a utilização directa de gás propano ou butano. Simultaneamente, o processo de cura de queijo foi também sofrendo alterações a partir da década de 70 do século XX, com a introdução de câmaras de cura, as quais trouxeram uma maior homogeneidade nas condições atmosféricas no processo de cura, permitindo a produção de queijos de elevada qualidade durante um maior intervalo de tempo ao longo do ano, mantendo simultaneamente elevados padrões de segurança alimentar. O funcionamento das câmaras de cura baseia-se no ciclo compressão de vapor, incluindo quatro etapas principais: evaporação, compressão, condensação e expansão. Destas, a compressão é a responsável pelo elevado consumo de energia elétrica das queijarias, podendo representar mais de 70% do total. De facto, o elevado consumo de eletricidade por parte das câmaras de cura aliado ao consumo de combustíveis fósseis gasosos para produção de energia térmica na coagulação e na pasteurização do leite são factores que merecem uma especial atenção face ao contexto actual de combate às alterações climáticas e à redução da dependência dos combustíveis fósseis. As alterações climáticas representam atualmente uma preocupação global e onde a União Europeia se inclui como o terceiro maior emissor de gases com efeito estufa do mundo, depois da China e dos Estados Unidos. Dentro da UE, os cinco principais emissores em 2019 eram a Alemanha, França, Itália, Polónia e Espanha. O setor da energia foi responsável por 77,01% das emissões de gases com efeito de estufa na UE em 2019, seguido da agricultura (10,55%), da indústria (9,10%) e do sector dos resíduos (3,32%). Em 2021, a União Europeia definiu como meta, até 2050, as emissões líquidas nulas e estabeleceu um objetivo intermédio de redução de 55% das emissões até 2030. As medidas para alcançar este objectivo estão definidas no pacote “Objectivo 55”, apresentado em Julho de 2021, e onde se incluem o reforço da produção de energia a partir das fontes renováveis, com a meta reforçada de 40% até 2030. Este cenário, aliado à situação actual da elevada volatilidade do preço dos combustíveis fósseis no mercado internacional faz com que seja urgente a mudança do paradigma do consumo energético na produção de queijo, tornando-se prioritária a procura por fontes renováveis, mas mantendo a sustentabilidade do sector assim como os elevados padrões de qualidade e segurança alimentar.
Breve resumo da iniciativa a desenvolver
O presente projecto consiste numa parceria multidisciplinar envolvendo as seguintes áreas de trabalho: (1) Diagnóstico tecnológico: inclui a participação de queijarias artesanais localizadas no Baixo Alentejo e na Beira Baixa onde o fabrico de queijos de cabra e ovelha ocorre de acordo com a prática local. Será realizada a recolha de dados dos consumos de energia eléctrica nos compressores da câmara de cura e a estimativa do consumo de combustíveis fósseis para o aquecimento/pasteurização do leite e coagulação. Simultaneamente serão colocados sensores de temperatura e humidade no interior das câmaras de cura e no exterior da unidade de produção para registo das condições climáticas locais; (2) Otimização da arquitetura do sistema: inclui o estudo das variáveis mais influentes na estabilidade da temperatura e no consumo de energia na câmara de maturação do queijo. Será estudada a optimização da forma combinada de utilização das fontes de energia eléctrica (fotovoltaica e eólica) e de energia térmica (água quente solar e biomassa) em diferentes etapas de fabrico. Adicionalmente, está prevista a utilização de “phase change materials” (PCM) na regulação da temperatura da câmara de cura; (3) Construção de um protótipo de queijaria: com base nos resultados da tarefa 2 será implementado um protótipo de queijaria com utilização de energia térmica e eléctrica obtida a partir de fontes renováveis. A câmara de cura será equipada com um sistema de monitorização contínua das condições ambientais, nomeadamente temperatura e humidade. Adicionalmente, o sistema inclui a instalação de medidores de corrente eléctrica (compressor, ventiladores e outros dispositivos elétricos), medidores de consumo de biomassa (caldeira), água (tubagem da câmara, tanque de pasteurização e tanque de coagulação) para realização do balanço energético. A arquitetura do sistema de monitorização conta com um conjunto de sensores que coletam dados do protótipo que são enviados via WiFi para o gateway e posteriormente, via Internet, para o servidor; (4) Impacto do protótipo nas propriedades bioquímicas, microbiológicas e sensoriais do queijo: A análise do queijo considerará três datas de maturação (0, 15 e 30 dias) e incluirá parâmetros reológicos, de cor, químicos, bioquímicos, sensoriais e microbiológicos; (5) Divulgação dos resultados: será criada uma página no Facebook com a identificação do consórcio, sendo atualizada com informações sobre o trabalho em andamento, incluindo conteúdos multimédia e testemunhos dos diferentes parceiros. Será realizado um seminário final (presencial e online), ao final do projeto, para apresentação do protótipo e dos principais resultados alcançados. Os principais resultados do projeto serão publicados em livro para divulgação entre a comunidade académica e parceiros locais, como associações e produtores de queijo.
Áreas de Trabalho e responsabilidades de cada parceiro
As principais áreas de trabalho são:
(1) Diagnóstico energético: a monitorização de consumos energéticos e da variação da temperatura no interior das câmaras de cura é um passo fundamental para a realização de um diagnóstico energético objectivo em contexto de queijaria. A avaliação do desempenho energético será feito através da colocação de sensores com capacidade de registo e armazenamento de dados em tempo real, para avaliação da temperatura e humidade no interior das câmaras de cura, do consumo de combustíveis fósseis e do consumo de energia eléctrica ao longo do ciclo de cura. Esta área de trabalho é da responsabilidade do Instituto Politécnico de Beja e queijarias parceiras (Vale do Guadiana, Almocreva, Charrua, Guilherme, Bilores, 100 Histórias e Tavares-Damar);
(2) Engenharia de processos e arquitetura de sistemas: a elaboração de um diagrama “Process and Instrumentation Diagram” (P&ID) é uma ferramenta basilar para as etapas subsequentes como a conceção e mapeamento de sistemas de instrumentação e controlo de equipamentos, necessitando da definição de pontos de medição e registo de dados. A definição da arquitetura do sistema requer a optimização de uma solução integrada das várias formas de energia em função das necessidades energéticas da produção e da cura do queijo, através da identificação dos equipamentos de fabrico, actuadores, bombas de transporte de leite e de fluídos térmicos. Posteriormente, serão identificadas e quantificadas as necessidades energéticas ao longo do ciclo de fabrico, com substituição das fontes de energia convencionais por fontes de energia renováveis em função da sua disponibilidade imediata. Esta área de trabalho é da responsabilidade do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa e do Instituto Politécnico de Beja;
(3) Análise laboratorial: o processo de maturação do queijo inclui uma sequência de alterações bioquímicas provocadas pelas condições ambientais e pela flora microbiana, com impacto nas características físico-químicas, microbiológicas e sensoriais do produto final. Em consequência da substituição das energias convencionais por energias renováveis é, pois, necessária a realização de testes piloto em cura de queijo de ovelha e de cabra a fim de avaliar o seu impacto nas características do produto final. Está prevista uma caracterização física, química, microbiológica de lotes de queijo produzidos no protótipo comparativamente à sua cura numa câmara convencional. Esta área de trabalho é da responsabilidade do Instituto Politécnico de Beja e Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária;
(4) Divulgação de resultados: as tecnologias de informação e comunicação (TIC) têm vindo a tornar-se cada vez mais importantes, pelo que a sua utilização no consórcio é fundamental para uma divulgação eficaz dos resultados junto da comunidade. No paradigma actual de comunicação desmaterializada, está prevista a utilização de ferramentas digitais que permitam uma disseminação mais rápida e mais alargada, tal como a presença nas redes sociais e a criação de conteúdos multimédia. No entanto, uma vez que também é importante a presença física junto da comunidade, está prevista a realização de um workshop final com a apresentação do protótipo à comunidade. Esta área de trabalho é da responsabilidade do Centro de Competência da Caprinicultura e da Associação de Produtores Queijo Serpa.
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