Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-12-03T19:39:48Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - César Aparício de Araújo Júnior - 2011.pdf: 4079787 bytes, checksum: 5002d4212ba0c8afd8a62b9525a28dc8 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-12-04T14:56:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - César Aparício de Araújo Júnior - 2011.pdf: 4079787 bytes, checksum: 5002d4212ba0c8afd8a62b9525a28dc8 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-04T14:56:05Z (GMT). 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Pellets are oral dosage forms which have good flow properties due to their spherical shape, narrow size distribution, in addition, the pellets allow to obtain uniform dispersion of doses of drug and incorporation of large amounts of active substances incompatible in the same pharmaceutical form. The objective of this study was to obtain an extract of P. umbellata, develop and characterize a multi-particulate solid dosage form and evaluate the stability of the developed formulations containing 4-NC. The roots of the plant material of P. umbellata was subjected to analysis of content, residual moisture, determination of swelling index, total ash content and granulometric determination. The identification of plant constituents of the sample was made by thin layer chromatography (TLC). Obtaining the hydroalcoholic extract was made by percolation. Quantitation of 4-NC was performed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC-UV-Vis). The analytical method was validated for the parameters required in Resolution N°. 899, ANVISA. The determination of antioxidant activity of the isolated 4-NC and the percolated was evaluated using UV-Vis spectrophotometer using a technique that measures the activity of scavenging free radical 2,2-diphenyl-1-picril-hydrazyl (DPPH •). The pellets were produced by extrusion technique / spheronisation using granulation liquid consisting of the percolated, colloidal silicon dioxide and polysorbate 80. The excipients were microcrystalline cellulose, lactose and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC). The drying of the pellets was done in an oven and fluidized bed coating. HPMC, povidone and copolymer (polyvinyl alcohol polyethylene glycol graft copolymer) were tested in the polymer coating. Accelerated photostability study was performed according to standards described by the ICH International Conference on Harmonisation evaluating 4-NC degradation in the extraction solution (percolated) and the solid dosage form (uncoated and coated pellets). The pellets were characterized by size distribution, morphology and friability. The external morphology of the pellets was evaluated through a stereomicroscope and the thickness of the coating was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM). The result obtained for the moisture content was 6.33 ± 0.305% for total ash content: 8.25% ± 0.61 and swelling index of 3.30 ± 0.87mL and an average particle size of the powder was 170.26μm. The analytical method for 4-NC was linear in the range 10 to 200µg/mL. LQ and LD were calculated 1.42 and 0.42 µg/mL. The accuracy showed less than 5.0% relative standard deviation (RSD). The percolation process was efficient in the extraction of 4-NC. The production of pellets from the extrusion technique/spheronisation was presenting a satisfactory product was uniform with an average size of 1000 μm. In the study of antioxidant activity, the effective concentration (EC50) value found for the isolated 4-NC and present in the percolated was about two times more potent than vitamin E. In the study of photostability of 4-NC present in the coated pellets, the copolymer coating was used in which offered more protection to the active 4-NC against photodegradation. Given the impossibility of obtaining solid dosage forms with pure active, the use of the extract containing the 4-NC is considered more advantageous since the pharmaceutical technology can improve the stability of the asset against degradation. / A Pothomorphe umbellata (L.) Miq. é uma espécie da família Piperaceae, conhecida no Brasil como “Caapeba”, “Caapeba do Norte” ou “Pariparoba” sendo muito utilizada como analgésico, antiinflamatório e anti-espasmódico. De acordo com estudos científicos, o 4nerolidilcatecol (4-NC) que é o principal metabólito secundário da P. umbellata, apresenta atividade antioxidante superior à da vitamina E. A incorporação dos extratos de P. umbellata (L.) Miq. em formas farmacêuticas sólidas (FFS) é uma estratégia interessante para viabilizar seu uso como agente antioxidante de uso oral e para estabilização de seu princípio ativo lábil, o 4-NC. Os pellets são FFS de uso oral que apresentam boas propriedades de escoamento, devido a sua forma esférica; estreita distribuição de tamanho, além disso, os pellets permitem obter dispersão uniforme das doses dos fármacos e incorporação de grande quantidade de substâncias ativas incompatíveis em uma mesma forma farmacêutica. O objetivo deste trabalho foi obter um extrato de P. umbellata, desenvolver e caracterizar uma forma farmacêutica sólida multiparticulada e avaliar a estabilidade do 4-NC nas formulações desenvolvidas. As raízes de P. umbellata foram submetidas às análises de umidade residual, de determinação do índice de intumescência, de teor de cinzas totais e determinação granulométrica. A identificação de constituintes da amostra vegetal foi realizada por cromatografia de camada delgada (CCD). A obtenção do extrato hidroalcoólico foi realizada por percolação. A quantificação de 4-NC foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) UV-Vis. O método analítico foi validado segundo a Resolução RE n° 899 da ANVISA. A determinação da atividade antioxidante do 4-NC isolado e do percolado foi avaliada utilizando-se espectrofotômetro UV-Vis através da técnica que avalia a atividade sequestradora do radical livre 2,2-difenil-1-picril-hidrazila, (DPPH•). Os pellets foram produzidos pela técnica de extrusão/esferonização utilizando-se líquido de granulação constituído pelo percolado, dióxido de silício coloidal e polissorbato 80. Os excipientes utilizados foram celulose microcristalina, lactose e hidroxipropilmetilcelulose (HPMC). A secagem dos pellets foi feita em estufa e o revestimento em leito fluidizado. HPMC, povidona e copolímero - composto de polivinilálcool:polietilenoglicol (75:25) - foram os polímeros testados no revestimento. O estudo da fotoestabilidade acelerada foi realizado segundo as normas descritas pelo International Conference on Harmonisation (ICH), avaliando-se a degradação do ativo em solução, na solução extrativa (percolado) e na forma farmacêutica sólida (pellets não revestidos e revestidos). Os pellets foram caracterizados através da distribuição de tamanho, morfologia e friabilidade. A morfologia externa dos pellets foi avaliada através de estereomicroscópio e a espessura do revestimento foi verificada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O teor de umidade da droga vegetal foi de 6,33% ± 0,305, o teor de cinzas totais foi de 8,25% ± 0,61 o índice de intumescência de 3,30mL ± 0,87 e o tamanho médio do pó foi de 170,26 µm. O método analítico para o 4-NC foi linear na faixa de 10 a 200 μg/mL. Os limites de quantificação (LQ) e de detecção (LD) calculados foram de 1,42 e 0,42μg/mL. A precisão apresentou desvio padrão relativo (DPR) menor que 5,0%. A percolação foi um processo eficiente na extração do 4-NC. A produção dos pellets a partir da técnica de extrusão/esferonização foi satisfatória apresentando um produto de tamanho uniforme em média de 1000 μm. No estudo da atividade antioxidante, o valor da concentração efetiva (CE50) encontrada para o 4-NC isolado e o presente no percolado foi cerca de duas vezes mais potente que a vitamina E. No estudo de fotoestabilidade do 4-NC presente nos pellets revestidos, o copolímero utilizado no revestimento foi o que ofereceu maior proteção do 4-NC contra a fotodegradação. Considerando a inviabilidade de obtenção de formas farmacêuticas sólidas com o ativo puro, conclui-se que o uso do extrato contendo o 4-NC é considerado mais vantajoso uma vez que a tecnologia farmacêutica pode melhorar a estabilidade do ativo contra a degradação.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-09T14:01:40Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thainá Rodrigues Santos - 2016.pdf: 1805548 bytes, checksum: d6bfd668c93a575d44e681ffbde761c1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-09T14:01:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thainá Rodrigues Santos - 2016.pdf: 1805548 bytes, checksum: d6bfd668c93a575d44e681ffbde761c1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T14:01:52Z (GMT). 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Thus, the objective of this study was to develop and characterize inorganic pelletized formulations containing microsclerotia of M. anisopliae IP119, assess its stability under storage at 4°C and 40°C and determine its tolerance to UV-B radiation. Methods: Six pellets formulations composed of diatomaceous earth, vermiculite, aluminum magnesium silicate or colloidal silicon dioxide, alone or in combination, were developed and evaluated. The pellets were obtained using the extrusion-spheronization technique and were dried in a fluid-bed dryer with an outlet air temperature kept at 40°C or 50°C. During drying, at pre-determined time intervals, samples were collected for evaluation of the residual moisture content, conidia production and viability. The pellets were also evaluated for their storage stability at 4°C and 40°C. Conidia production and viability were evaluated after storage periods of 7 to 21 days. In addition, UV-B tolerance of the conidia and pellets containing MS was evaluated by exposing them to the artificial light for 4h (irradiance of 541,54 mW/m2) and 12h (irradiance of 1239,23 mW/m2), respectively. Results and Discussion: Inorganic pellets were obtained and the selected formulation was composed by vermiculite, diatomaceous earth and colloidal silicon dioxide (78:20:2), since it showed the best yield (48%), size distribution (from 431.5 to 758.5 μm), average size (584.90 μm ± 122.40) and sphericity (0.75 ± 0.07). There was a considerable reduction of the residual moisture between time 0 (~29%) and 5 minutes (~6%), which remained stable until the end of drying operation. Thus, pellet drying for a 5 minutes period at 40ºC or 50°C resulted in a proper moisture content. Fluid-bed dried pellets presented conidia production always above 1.7x109 conidia/g pellets, with viability > 93%, at all times and for both temperatures. In the pellet storage at 40°C, a contamination was observed after the 7th storage day, without differences in conidia production (~1.3x109 conidia/g of pellets) and viability (> 94%). At 4°C, the conidia production and viability remained stable until the 21th storage day. Regarding the tolerance to UV-B radiation test, the calculated LD50 of M. anisopliae conidia was 5.545 (kJ/m2) ± 0.059. In the exposed pellets containing microsclerotia germination was >98%, and it was observed high conidia production (>1,6x109 conidia/g of pellets). Conclusion: It can be concluded that the inorganic formulation allow to obtain pellets containing fungal material by extrusion-spheronisation technique with maintenance of fungal viability after drying, resulting in a formulation with high UV-B tolerance. This solid platform has a great potential for use in pest biological control. / Introdução e objetivo: Metarhizum anisopliae é uma das espécies de fungos entomopatogênicos mais estudadas em controle biológico por estar naturalmente associada a carrapatos e por apresentar alta virulência em condições laboratoriais. M. anisopliae é capaz de, sob condições in vitro, formar uma estrutura de resistência denominada microescleródio (ME). Os microescleródios têm-se mostrado mais eficazes do que produtos à base de conídios, quando aplicados diretamente ao solo para o controle de algumas pragas. Assim, o objetivo do presente trabalho consistiu em desenvolver e caracterizar formulação inorgânica peletizada contendo microescleródios de M. anisopliae IP119, avaliar sua estabilidade sob armazenamento a 4ºC e a 40ºC, e determinar sua tolerância à radiação UV-B. Métodos: Foram desenvolvidas e avaliadas seis formulações de pellets compostas por terra diatomácea, vermiculita, silicato de alumínio e magnésio ou dióxido de silício coloidal, de forma isolada ou em combinação. Os pellets foram obtidos pela técnica de extrusão-esferonização e a secagem foi realizada em leito fluidizado com temperatura do ar de saída mantida a 40ºC ou 50ºC. Durante a secagem, em intervalos pré-determinados de tempo, amostras foram coletadas para avaliação da umidade residual, produção e viabilidade de conídios. Além disso, avaliou-se a produção e a viabilidade de conídios após armazenamento dos pellets por 7 a 21 dias. Para a avaliação da tolerância de conídios e pellets contendo ME frente a radiação UV-B, os materiais foram expostos por até 4 horas (irradiância de 541,54 mW/m2) ou 12 horas (irradiância de 1239,23 mW/m2), respectivamente. Resultados e Discussão: Pellets com constituintes totalmente inorgânicos foram obtidos e a formulação selecionada foi àquela composta por vermiculita, terra diatomácea e dióxido de silício coloidal (78:20:2), que apresentou características de rendimento (48%), distribuição de tamanho (431,5 a 758,5 μm), tamanho médio (584,90 μm ± 122,40) e esfericidade (0,75 ± 0,07) adequados. Houve redução considerável da umidade residual entre o tempo 0 (~29%) e 5 minutos de secagem (~6%), e a umidade residual permaneceu estável até o final da operação. Dessa forma, a secagem dos pellets pelo período de 5 minutos a 40ºC ou a 50ºC se mostrou satisfatória. Além disso, os pellets selecionados e secos por leito fluidizado apresentaram produção de conídios sempre superior a 1,7x109 conídios/g de pellets, e a viabilidade dos mesmos foi maior do que 93%, em todos os tempos analisados e para ambas as temperaturas. Houve contaminação dos pellets sob armazenamento a 40ºC após o 7º dia de ensaio, sem diferença de produção (~1,3x109 conídios/g de pellets) e de viabilidade (>94%) dos conídios. Já na temperatura de 4ºC, a produção e a viabilidade dos conídios permaneceram estáveis até o 21º dia de armazenamento. No ensaio de tolerância à radiação UV-B, a DL50 estimada para os conídios de M. anisopliae foi de 5,545 ± 0,059 (kJ/m2), ao passo que para os pellets contendo microescleródios foi observada a manutenção da germinação (>98%) e uma elevada produção de conídios (>1,6x109 conídios/g de pellets). Conclusão: No presente trabalho, foi possível obter, pela técnica de extrusão-esferonização, pellets inorgânicos contendo material fúngico, com manutenção da viabilidade fúngica após secagem e alta tolerância à radiação UV-B, representando grande potencial para uso no controle biológico de artrópodes-praga.

Dentre os vários poluentes que ameaçam o ambiente marinho estão os pellets de plástico, matéria prima em forma de grânulos de 5mm que estão sendo liberados nas etapas de produção, utilização e transporte. Este projeto visa o entendimento da contaminação das praias da Enseada de Santos, litoral do Estado de São Paulo, como uma área piloto para se compreender os padrões de distribuição e identificar a composição química e taxa de entrada. Os pellets foram encontrados a até 2m de profundidade, mas se concentraram na porção mais superior do sedimento (com cerca de 1.100 pellets por 0,1m3 nos 30cm superiores) e na região do pós-praia (136 pellets/0.018m3 na porção mais elevada). A distribuição ao longo da praia mostrou que os pellets se concentraram nas áreas mais próximas ao Canal de Santos, com uma taxa média de 82 pellets/0.036m3, e chegando à densidade máxima de 139/0.036m3, fato relacionado principalmente com a circulação da Baía e correntes provenientes do Canal. A taxa de entrada não mostrou um padrão ao longo da baía e períodos do ano, mas o maior número de pellets foi encontrado no Inverno (377/m²), após um evento de tempestade. Quase 80% eram Polietileno e cerca de 20% Polipropileno; o tamanho médio foi cerca de 2.5 a 3.0mm de altura e 3.5 a 4.0mm de diâmetro; e quase 70% tinha coloração clara à amarelada. A maior parte dos pellets analisados apresentou-se relativamente preservada. As prováveis fontes de emissão (porto e indústrias) estão localizadas na região estuarina. / Among the various pollutants that threaten the ocean are plastic pellets, prime resource in the form of 5mm granules that are being dumped in the environment during production, utilization and transport stages. This project aims to understand of the contamination of the beaches of the Santos Bay, coast of the state of São Paulo, as a pilot area to address the patterns of distribution and identify the chemical composition and rate of entry of pellets. The pellets were found even at 2m depths, but were concentrated at the upper level of sediment (with approximately 1100 pellets per 0.1m³ on the top) and in the back-shore region (136 pellets/0.018m³ at the higher level). The distribution along the beach showed that the pellets were concentrated in the areas closer to the Santos estuarine Channel, with an average rate of 82 pellets/0.036m³, and reaching a maximum density of 139/0.036m³, a fact directly related to the circulation of the bay and channel currents. The rate of entry did not show a pattern along the bay and periods of the year, but the greatest number of pellets were found during the winter after a storm (377/m²). Almost 80% were polipropilene and about 20% poliethylene. The average size was circa 2.5 to 3.0mm in length and 3.5 to 4.0mm in diameter and almost 70% were clear colored or yellowish. The greatest part of the analyzed pellets appeared relatively preserved. The probable sources of emission (harbor and industries) are located in the estuarine region.

Com os planos de descarbonização de diversos países do mundo, o contínuo crescimento do mercado mundial dos pellets de madeira tende a aumentar, e para atender a demanda será necessário à inclusão de países emergentes dos quais revelam potencial o Brasil, dado que possui grande vocação na produção sustentável de florestas para produção de madeira do gênero Eucalyptus ssp., que apresenta produtividade entre 30% a 50% superior a qualquer pais do mundo, tornando-se a espécie ideal para produção em escala de biomassa para energia. O problema central consiste em viabilizar a produção sustentável de pellets de madeira, que possam atender a demanda nacional e internacional. Contudo este estudo inicialmente identificou a oferta e demanda de madeira para energia por tipo e fonte, posteriormente foram levantados os potenciais produtivos de florestas energéticas de curta rotação, para atender a iminente demanda nacional e internacional de madeira para energia, e finalmente foram detectados os problemas presentes na biomassa sólida vegetal do gênero Eucalyptus ssp., no Brasil. Como resultado este estudo mostra o potencial de produção sustentável de eucalipto de curtas rotação a 150 km dos portos brasileiros para produção e exportação de pellets, como também tem como resultado uma patente de invenção (BR 10 2016 023862 5) que resulta na extração a níveis aceitáveis pelas normas ENplus e semelhantes das emissões de cloro da madeira, e de metais alcalinos, fator limitante para o uso da biomassa na produção de pellets combustível. Evitando assim a formação de dioxinas, e organoclorados que prejudicam a saúde humana e propiciando também redução da formação de cinzas, diminuindo a corrosão dos equipamentos de combustão para produção de energia através de biocombustíveis sólidos. / The decarbonization plans worldwide, the world market of wood pellets tends to increase, and to meet the world demand it will be necessary to include emerging countries which show potential such as Brazil, as it has a great vocation in sustainable production of Eucalyptus wood and has higher productivity than any other country in the world, it is the ideal forest species for wood pellets production for energy in Brazil. The central problem is to enable the sustainable production, which can meet domestic and international demand of woody biomass for energy. This study initially identified the wood supply and demand for energy by type and source, and it was later raised to the productive potential of energy forests; finally it was detected the problems in solid biomass in Brazil. Results of this study show the sustainable production potential of short rotation Eucalyptus in range of (150 km) of Brazilian ports, aiming to pellets export, as well as this study has resulted in a patent, number: (BR 10 2016 023862 5), resulting in reduced to acceptable levels (ENplus), by the relevant rules of chlorine emissions, thus preventing the formation of dioxins, and allowing removal of alkali metals thereby reducing the formation of ash and decreasing the corrosion of combustion systems for energy production by solid biofuels.

Com os planos de descarbonização de diversos países do mundo, o contínuo crescimento do mercado mundial dos pellets de madeira tende a aumentar, e para atender a demanda será necessário à inclusão de países emergentes dos quais revelam potencial o Brasil, dado que possui grande vocação na produção sustentável de florestas para produção de madeira do gênero Eucalyptus ssp., que apresenta produtividade entre 30% a 50% superior a qualquer pais do mundo, tornando-se a espécie ideal para produção em escala de biomassa para energia. O problema central consiste em viabilizar a produção sustentável de pellets de madeira, que possam atender a demanda nacional e internacional. Contudo este estudo inicialmente identificou a oferta e demanda de madeira para energia por tipo e fonte, posteriormente foram levantados os potenciais produtivos de florestas energéticas de curta rotação, para atender a iminente demanda nacional e internacional de madeira para energia, e finalmente foram detectados os problemas presentes na biomassa sólida vegetal do gênero Eucalyptus ssp., no Brasil. Como resultado este estudo mostra o potencial de produção sustentável de eucalipto de curtas rotação a 150 km dos portos brasileiros para produção e exportação de pellets, como também tem como resultado uma patente de invenção (BR 10 2016 023862 5) que resulta na extração a níveis aceitáveis pelas normas ENplus e semelhantes das emissões de cloro da madeira, e de metais alcalinos, fator limitante para o uso da biomassa na produção de pellets combustível. Evitando assim a formação de dioxinas, e organoclorados que prejudicam a saúde humana e propiciando também redução da formação de cinzas, diminuindo a corrosão dos equipamentos de combustão para produção de energia através de biocombustíveis sólidos. / The decarbonization plans worldwide, the world market of wood pellets tends to increase, and to meet the world demand it will be necessary to include emerging countries which show potential such as Brazil, as it has a great vocation in sustainable production of Eucalyptus wood and has higher productivity than any other country in the world, it is the ideal forest species for wood pellets production for energy in Brazil. The central problem is to enable the sustainable production, which can meet domestic and international demand of woody biomass for energy. This study initially identified the wood supply and demand for energy by type and source, and it was later raised to the productive potential of energy forests; finally it was detected the problems in solid biomass in Brazil. Results of this study show the sustainable production potential of short rotation Eucalyptus in range of (150 km) of Brazilian ports, aiming to pellets export, as well as this study has resulted in a patent, number: (BR 10 2016 023862 5), resulting in reduced to acceptable levels (ENplus), by the relevant rules of chlorine emissions, thus preventing the formation of dioxins, and allowing removal of alkali metals thereby reducing the formation of ash and decreasing the corrosion of combustion systems for energy production by solid biofuels.

The aim of this diploma thesis is the research of automatic boilers for biomass pellets and their burners, design of automatic boiler for biomass pellets which include calculation part and drawing part and technical-economics assessment for building in the end. Thesis is divided into four main parts. The first part deals with general information about pellets, automatic boilers for pellets, burners and the standard for boiler. In the second part the pellet boiler is calculated. In the third part the automatic pellet boiler is designed. The fourth section compares three possible variants. Comparison is done for economics and the user.

Self-heating in storage facilities of biomass pellet can lead to spontaneous combustion. This has resulted in many fires over the years, causing both financial and environmental losses. In order to assess the risk for spontaneous combustion of biomass pellets during storage, it is important to know how prone the fuel is to self-heating, i.e. to determine its reactivity. This thesis presents experimental work performed to develop a sensitive screening test procedure for biomass pellets, using isothermal calorimetry for direct measurement of the heat production rate. This method can be used to compare the reactivity of different biomass pellets. This could be useful for e.g. facility owners to gain better knowledge of their fuels propensity for self-heating and thereby facilitate safer storage. The screening test procedure can also be used for research purposes. Experiments have been performed with 31 different biomass pellet batches to investigate how the pellet composition, origin, etc. influence the reactivity of the pellets. The results from these experiments clearly show a significant difference in reactivity between different types of pellets. The results indicate that pine/spruce mix pellets are significantly more reactive than all other types of pellets tested, and that pellets consisting of 100 % pine are more reactive than pellets consisting of 100 % spruce. Pellets produced from winery wastes, straw, or eucalyptus, have low reactivity compared to pellets consisting of pine and/or spruce. The reactivity of the pellets was shown to be reduced by either introducing certain types of anti-oxidants into the pellets or by extracting lipids from the raw material of pellets. The screening test procedure is already being used today by some facility owners for assessing their fuels propensity for self-heating. The procedure is also one of the suggested test methods in “ISO/CD 20049 Solid biofuels — Determination of self-heating of pelletized biofuels”. / This thesis presents experimental work performed to develop a sensitive screening test procedure for biomass pellets, using isothermal calorimetry for direct measurement of the heat production rate. This method can be used to directly compare the reactivity, that is how prone the fuel is to self-heating, of different batches of biomass pellets. The results could be used for safety assessment by the industry or for research purposes to investigate how different factors influence the self-heating potential. Experiments were performed with 31 different biomass pellet batches to investigate how the pellet composition, origin, etc. influence the heat release rate. The results clearly show that there is a significant difference in reactivity between different types of pellets. Pine/spruce mix pellets are more reactive than the other types of pellets tested and pellets consisting of 100 % pine are more reactive than pellets consisting of 100 % spruce. Pellets produced from winery wastes, straw, or eucalyptus, have low reactivity compared to pellets consisting of pine and/or spruce. The results also show that the reactivity of the pellets can be reduced by either introducing certain types of anti-oxidants into the pellets or by extracting lipids from the raw material of pellets.

Den ökade efterfrågan på pellets har fört med sig högre krav på pelletkvalité och detta har lett till att forskningen i Sverige har övergått från att studera möjliga bränslen till att studera pelletkvalité, ofta med fokus på mekanisk hållfasthet. För att pröva den mekaniska hållfastheten så finns olika standardmetoder såsom tumling enligt ISO 17831-1:2015, som är europeisk standard, och lignotest. Standardmetoderna kräver en större mängd pellets och kan inte användas för att pröva pellets från en singelpelletpress, vilket är ett mycket vanligt sätt att producera nya pelletsammansättningar. En singelpelletpress tillverkar en pellet åt gången och för att prediktera mekaniska hållfastheten finns många olika metoder, till exempel dropp- och hårdhetstest. Det är idag oklart hur väl metoderna för att pröva pellets från en singelpelletpress predikterar mekaniska hållfastheten och det finns en begränsad mängd forskning som undersöker korrelationen med standardmetoderna. Äldre forskning visar på en positiv linjär korrelation medan nyare forskning visar att korrelationen även beror på pelletens sammansättning. Det finns också studier som använder nya sätt att pröva enstaka pellets. En ny studie tumlar pellets tillsammans med plastpellets, men inga jämförelser med andra metoder utförs. En annan studie prövade tumling samt lignotest för en pellet åt gången och jämförde med tumling enligt ISO 17831-1:2015. Den studien visade ett R2 på 0.83 respektive 0.94 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 90%.  En metod som korrelerar med standardmetoderna skulle mycket tydligare indikera hur en pellet från en singelpelletpress skulle prestera i större produktionsskala. Om metoden även utnyttjar redan tillgänglig teknik finns möjligheten för en bred användning, likt en standardmetod, som skulle underlätta jämförelser mellan olika studier och samarbeten mellan forskningsinstitut.  I detta arbete undersöks validiteten av att tumla enstaka pellets tillsammans med plastpellets. Plast- och singelpelletsmixen som innehöll 3, 10 och 20 pellets, resterande del (upp till 500g ±10g) plastpellets, tumlades för 6 olika sorters pellets. Standardavvikelse, relativ standardavvikelse samt medelvärdet av mekaniska hållfastheten bestämdes och den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 undersöktes. För samma pelletsorter genomfördes dropptest och hårdhetstest där den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 även gjordes för hårdhetstestet. Resultaten visar att tumling med plast- och singelpelletmix fungerar som alternativ metod till ISO 17831-1:2015 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 92,45%, där mycket tillförlitligt resultat fås för 3 eller fler tumlade pellets över 96,62% mekanisk hållfasthet där 8 av 9 uppmätta standardavvikelser var under 1 %. För hela det prövade kvalitetsintervallet visades en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,88-0,98 och ett R2 nära 1 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 95 %. Dropptestet gav ingen information om pelletens mekaniska hållfasthet och bedömdes inte som en lämplig metod. Hårdhetstestet visade en hög relativ standardavvikelse mellan 19-40 % och en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,78. Tumling med plast- och singelpelletmix hade både lägre standardavvikelse och högre korrelation med standardmetoden som visar att det är en bättre metod för att prediktera mekaniska hållfastheten för enstaka pellets än hårdhetstest. / The increased demand of pellets has led to higher demand on pellet quality causing a shift in Swedish research from studying possible fuels to studying pellet quality, often with a focus on mechanical durability. To test the mechanical durability there are various standard methods such as tumbling according to ISO 17831-1:2015, which is the European standard, and lignotest. The standard methods require a large amount of pellets and can´t be used to test pellets from a single-pellets press, a common way to produce new pellet compositions. A single-pellet press produces one pellet at a time and to predict the mechanical durability there are different methods, such as drop and hardness tests. Today it´s unclear how well the methods for testing pellets from a single-pellets press predicts the mechanical durability and there are a limited amount of research that examines the correlation with the standard methods. Earlier research shows a positive linear correlation while a recent publish study showed that the correlation also depends on the composition of the pellet. However, also new ways to test individual pellets has recently bin published, where single pellets were tumbled together with plastic pellets, but no comparisons with other methods were made. Another study tried tumbling and lignotest for one pellet at a time and compared with ISO 17831-1:2015. The study showed an R2 of 0,83 and 0,94 respectively for pellets with a mechanical durability above 90% A method that correlates with the standard methods would indicate how a pellet from a single-pellet press would preform on a larger production scale. If the method also uses already known technology there is the possibility of a broad use, similar to a standard method, wich would facilitate comparisons between different studies and collaborations between research institutes.   In this study, the validity of tumbling individual pellets together with plastic pellets is investigated. The plastic and single-pellet mix containing 3, 10 and 20 pellets, the remaining part (up to 500 ±10g) plastic pellets, was tumbled with 6 different types of pellets. Standard deviation, relative standard deviation and the mean value of the mechanical durability were determined and the linear regression with tumbling according to ISO 17831-1:2015 was examined. For the same pellet varieties, drop and hardness tests where preformed, where the linear regression with ISO 17831-1:2015 was also examined for the hardness test.   The results show that tumbling with plastic and single-pellet mix works as an alternative method to ISO 17831-1:2015 for pellets with a mechanical durability above 92,45 %, where very reliable results was obtained for 3 or more tumbled pellets above 96.62 % mechanical durability where 8 out of 9 standard deviations measured below 1%. For the entire tested quality range, a correlation (R2) was shown with ISO 17831-1:2015 of 0.88-0.98 and an R2 close to 1 for pellets with a mechanical durability over 95 %. The drop test did not provide any information on the mechanical durability of the pellet and was not considered an appropriate method. The hardness test showed a high relative standard deviation between 19-40 % and a correlation (R2) with ISO 17831-1:2015 of 0.78. Tumbling plastic and single-pellet mix had both lower standard deviation and higher correlation with the standard method ISO 17831-1:2015 which shows that it is the superior method for predicting the mechanical durability of individual pellets over hardness test.

Torrefaction and densification of biomass can provide an important piece in the puzzle of phasing out fossil fuels in favor of renewable alternatives. This new energy carrier shares many of the advantages with fossil coal in terms of energy density, hydrophobicity and burner feeding but is carbon neutral and renewable. It also lacks the challenges of many other renewable alternatives, especially irregular availability. A model was developed in Excel as sales support for BioEndev, one of the leading actors in the process of taking torrefaction to a commercial market, assessing the black pellet supply chain from feedstock to end user and comparing it to white pellets. Data was obtained from literature, industry and BioEndev. The model can be used for different parameters for price of feedstock, capital and operating expenditures, transport and handling costs and analyze 28 different cases. It also includes simplified calculations for energy input and greenhouse gas emissions. A case study for two different supply chains was performed with the model. One assessed a production facility in northern Sweden with distribution to a consumer in Denmark. The other a torrefaction plant in southeastern USA with distribution to a consumer in the Netherlands. The cost for delivering black and white pellets from Sweden to Denmark was found to be 33.0 €/MWh and 35.3 €/MWh respectively. For the case of delivering from USA to the Netherlands, the total supply chain cost was 27.6 €/MWh for white pellets and 24.7 €/MWh for black pellets. Suggestions for further work are to 1) develop the model outside this study’s limitations, for example by adding integration options for the torrefaction facility or by different end user configurations, and 2) expand the scope to also comparing black pellets to coal to see how big the gap is and which political incentives that could shrink this gap.

Neste trabalho estudou-se a evolução da redução da pelota auto-redutora de cromita contendo coque de petróleo, ferro-silício, cal hidratada, sílica e cimento Portland ARI (alta Resistência Inicial), para a obtenção da liga ferro-cromo alto carbono (FeCrAC). As principais variáveis estudadas foram: influência das adições de Fe-75%Si em sinergismo com coque de petróleo, adição de fluxantes, temperatura e tempo de redução. Além disso, foram realizadas experiências para confirmação dos resultados de auto-redução num forno rotativo de laboratório. Inicialmente os materiais (cromita, ferro-silício, coque de petróleo, cal dolomitica, sílica e cimento Portland ARI), foram caracterizados por análise química e análise granulométrica. Após a caracterização, os materiais, foram aglomerados na forma de pelotas (P1, P2, P3, P4 e P5), com adições de 0, 1, 2 e 4% Fe-75%Si, e adições de 2% Fe-75%Si e de fluxantes (3,83% cal dolomitica e 2,88% sílica), respectivamente. A redução das pelotas foi feita num forno de indução podendo atingir temperaturas de até 1973K (1700oC). Os ensaios experimentais foram realizados nas temperaturas de 1773K (1500°C), 1823K (1550oC) e 1873K (1600oC), utilizando-se cadinhos de grafite. Após os ensaios de redução os produtos obtidos (escória e metal) foram analisados por microscopia ótica, por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por análise de espectro de dispersão de energia (EDS). O processo de redução nas pelotas 1, 2, 3 e 4 segue os seguintes fenômenos i) via intermediários gasosos (CO/cromita) formam-se glóbulos metálicos nucleados na superfície das partículas de cromita, inicialmente rico em ferro; ii) estes crescem, pela redução na superfície da cromita deixando óxidos refratários na periferia da partícula de cromita original; iii) uma escoria incipiente se forma com os componentes da pelota (aglomerantes inorgânicos, cinza do redutor e fluxantes) e com a dissolução da ganga das partículas pequenas reduzidas da cromita; iv) a escória incipiente dissolve parte refratária da superfície da cromita, liberando a fase metálica e a escória vai se tornando cada vez mais refratária; v) o nódulo metálico segue crescendo e enriquecendo-se de cromo, reduzindo os óxidos de cromo e eventualmente de ferro dissolvido na escória incipiente; vi) o coalescimento da fase metálica é favorecido pela formação de escória e dissolução da ganga refrataria da cromita. O processo de redução da pelota 5 pela presença de fluxantes forma uma quantidade maior de escória inicial e apresenta os seguintes fenômenos: i) as reações indireta e direta reduzem as partículas finas de cromita, com formação de nódulos metálicos e fase escória nos primeiros instantes de redução; ii) os nódulos metálicos são formados pela redução das partículas finas de cromita. As partículas grandes sofrem pequena redução superficial e são encobertas pela escória, permanecendo dispersas na mesma; iii) a formação de escória encobrindo a cromita prejudica a redução gasosa aumentando o tempo de redução da mesma, porem facilita o coalescimento da fase metálica; iv) o nódulo metálico segue crescendo e enriquecendo-se de cromo, reduzindo aos poucos as partículas grandes de cromita. Existe regeneração do gás redutor (Boudouard) que pode ser diretamente com C do redutor ou com C dissolvido na fase metálica. A auto-redução carbotérmica das pelotas de cromita, na faixa de temperatura 1773K (1500oC) a 1873K (1600°C), sofre grande influência da temperatura, seja com ou sem adição de Fe-75%Si. O aumento da temperatura de 1773K (1500°C) para 1873K (1600°C) diminui o tempo para atingir redução completa conforme segue: i) 8 vezes para pelota sem Fe-75%Si; ii) 4 vezes para pelota com 1% de Fe-75%Si; e iii) 3 vezes para pelota com 2% de Fe-75%Si. Há um efeito significativo de adições de Fe-75%Si em pelotas auto-redutoras de cromita no tempo para atingir redução completa. O teor benéfico destas adições foi de 2%, contribuindo com aproximadamente 9% de calor necessário para redução completa, para as temperaturas ensaiadas de 1873K (1600ºC), 1823K (1550ºC) e 1773K (1500ºC). A evolução da redução é altamente sensível (diminui) com adição de fluxantes formadores de escória com temperatura líquidus abaixo de 1773K (1500ºC). A evolução da redução pela reação indireta (CO/cromita) é notavelmente mais rápida que a redução pela reação direta (C/cromita e C dissolvido na fase metálica/óxido de cromo na escória). A redução gasosa atuante nos primeiros estágios de redução, vai sendo prejudicada à medida que aumenta a quantidade de escória. As pelotas (1, 2, 3 e 4) sem adição de fluxantes (sílica e cal dolomítica), após reduzidas, são altamente porosas e têm pequena formação de fase escória se comparar com aquelas com adição de fluxantes com formação maior de fase escória (pelota 5). A pelota 3 com 2% de Fe-75%Si apresentou melhores resultados em relação ao tempo de redução. A pelota com adição de 4% Fe-75%Si (pelota 4), não apresentou diminuição do tempo de redução, devido a uma maior formação de escória que prejudica a reação indireta (mais rápida). As evidências micrográficas, auxiliadas por análises por EDS, mostraram que as reduções das partículas de cromita, foram praticamente completas quando as frações de reação se aproximam da unidade, confirmando a confiabilidade da metodologia utilizada. A redução da pelota auto-redutora, independente da sua composição, acontece de forma não isotérmica apesar de ser ensaiada numa temperatura isotérmica, apresentando-se um gradiente de temperatura entre a superfície e o centro da pelota, ao longo do tempo, mas esta desaparece conforme a reação progride tornando-se uniforme ao final da reação; evidenciando que a transferência de calor é a etapa lenta do processo devido: às reações de redução serem bastante endotérmicas; ao tamanho das pelotas; às altas temperaturas; e por ser um material poroso e refratário. A resistência a compressão das pelotas (1, 2, 3, 4 e 5) após 28 dias de cura e antes de serem reduzidas foi de ~4 kgf/pelota, porém tornou-se bastante alta após reduzidas (150 a 400 kgf/pelota); tornando-as aptas para carga em reatores de fusão. Estes resultados foram confirmados com ensaios no forno rotativo de laboratório, utilizando-se a pelota 2 (2% de Fe-75%Si), evidenciando: i) que as reduções de Cr e Fe foram praticamente completas (fração média de reação de 0,99) em 30 minutos de ensaio a 1500ºC; ii) a coalescência das partículas metálicas, obtidas por redução depende da capacidade da escória de dissolver os óxidos remanescentes na partícula de cromita reduzida; iii) há formação de fase incipiente de escória não-continua, aos 5 minutos de ensaio, pela parte da ganga do minério de cromita com os componentes de aglomerantes e/ou fluxantes; iv) a recuperação do teor metálico é alto (99%), em 30 minutos de ensaio, a 1500º C. Os resultados mostram um grande potencial do processo de auto-redução na produção de ferro-cromo alto carbono (FeCrAC). / The evolution of reduction of the self-reducing pellets of chromite for obtaining ferro-chromium high carbon (FeCrHC) was analyzed. The influences of Fe-75%Si additions, addition of fluxing agents, temperature and time of reduction were studied. The materials (chromite, ferro-silicon, petroleum coke, dolomite lime, silica and cement Portland), were characterized by chemical and particle size analysis. After characterization, the materials were agglomerated in the form of pellets (P1, P2, P3 and P4), with additions of 0, 1, 2 and 4% Fe-75%Si, respectively, and P5 with additions of 2% Fe-75%Si and fluxing agents (3.83% dolomite lime and 2.88% silica). The reduction of pellets was made using induction furnace with capability to reach temperatures up to 1973K (1700ºC). The experiments were performed at temperatures of 1773K (1500ºC), 1823K (1550ºC) and 1873K (1600ºC), using graphite crucibles. After the reduction the products (slag and metal) were analyzed by optical microscopy, scanning electronic microscopy (MEV) and energy dispersion spectrum analysis (EDS). The reduction process in pellets 1, 2, 3 and 4 followed phenomena as: i) gaseous reduction (CO/chromite) produces metallic globules on the surface of chromite particles, initially rich in iron; ii) these globules grow continuing the reduction at the periphery of chromite particles, leaving refractory oxides at this area of the original chromite particle; iii) an incipient slag is formed with the components of the pellet (inorganic binders, ash of reducer and fluxing agents) and with the dissolution of gangue from small particles of the reduced chromite; iv) the incipient slag dissolves refractory oxides remaining at the periphery of the chromite particles, liberating the metallic phase and the slag becomes more refractory; v) the metallic phase grows and becomes richer in chromium by reducing chromium oxides and eventually of iron dissolved in the incipient slag; vi) the coalescence of the metallic phase is favored by the slag formation and dissolution of refractory gangue of the chromite. The reduction process of pellet 5 follows as: i) indirect and direct reactions reduce fine particles of chromite, with formation of metallic nodules and slag phase at the beginning of reduction; ii) the metallic nodules are formed by the reduction of fine particles of chromite. Large chromite particles are reduced at the peripherical surfaces and are embebeded by the slag and remain dispersed in it; iii) the slag formed is harmful for the gaseous reduction and the time for completing the reduction is increased, but facilitates the coalescence of the metallic phase; iv) the metallic nodule follows growing and becomes richer in chromium. The carbothermic self-reduction pellets of the chromite at the temperature range of 1773K (1500ºC)-1873K (1600ºC), presents great influence of the temperature, either, with or without addition of Fe-75%Si. The increase of the temperature from 1773K (1500ºC) to 1873K (1600ºC) decreases the time for completing the reduction as: i) 8 times for pellet without Fe-75%Si; ii) 4 times for pellet with 1% of Fe-75%Si; and iii) 3 times for pellet with 2% of Fe-75%Si. A significant effect of additions of Fe-75%Si in self-reducing pellets of chromite in the reduction time was observed. The best addition was with 2% and its contribution was approximately 9% of necessary heat for complete the reduction, for the temperatures of 1873K (1600ºC), 1823K (1550ºC) and 1773K (1500ºC). The evolution of reduction is highly sensitive (it decreases) with addition of fluxing agents which form the slag with liquidus temperature below 1500ºC. The evolution of reduction for the indirect reaction (CO/chromites) is remarkably faster than that of the reduction by the direct reaction (C/chromite and C dissolved in the metallic phase/chromium oxide in the slag). At the beginning the gaseous reduction is predominant but it becomes less important with formation of larger amount of slag. The pellets (1, 2, 3 and 4) without addition of fluxing agents (silica and dolomite lime), after reduced, are highly porous and have small formation of slag phase than pellet 5 with addition of fluxing agents. Pellet 3 with 2% of Fe-75%Si presented the best results with relation to time for completing the reduction of chromite. The pellet with addition of 4% Fe-75%Si (pellet 4) did not present advantage with relation to that of 2% addition due to larger volume of slag formation. The micrograph analysis showed that the reductions of chromite particles practically were complete when the reaction fractions approach to the unit, confirming the confidence of the methodology used for determining the reaction fraction. The reduction of the self-reducing pellet, regardless its composition, happens by not isothermal way although it is submitted at isothermal temperature. The temperature gradient between surface and the core of the pellet is larger at the beginning but it disappears as the reaction progresses, becoming uniform with time. The heat transfer showed to be the slowest step of the process due to, the endothermic reactions of reduction, the size of the pellets, the high temperatures and porous nature and refractory material. The compression strength of the pellets (1, 2, 3, 4 and 5), after 28 days of curing, before of the reduction was ~4kgf/pellet but it increased up to 150 - 400 kgf/pellet; which are acceptable for charging the melting furnace for metal/slag separation. These results were confirmed by using laboratory rotating furnace, with pellet 2 (2% of Fe-75%Si), as: i) the reductions of Cr and Fe were practically complete (fraction of reaction 0,99) after 30 minutes of experiment at 1500ºC; ii) the coalescence of metallic particles, depends the capability of the slag to dissolve remaining oxides in the reduced chromite particle; iii) incipient not-continuous slag phase forms, at 5 minutes of experiment, from the gangue of the chromite and from the components of binders and/or fluxing agents; iv) the yield of metallic recovery is high (99%), after 30 minutes of experiment at1500º C. The results show that the self-reduction process presents a great potential for the ferro-chromium high carbon production (FeCrHC).