Orientador: Jorge de Lucas Junior / Coorientador: David Ferreira Lopes / Banca: Mônica Sarolli Silva de Mendonça Costa / Banca: Maura Seiko Tsutsui Esperancini / Resumo: A tecnologia de biodigestão anaeróbia desperta interesse, por apresentar vantagens como a geração de energia elétrica, a redução da poluição dos recursos hídricos, do solo e do ar, com a produção de biogás e biofertilizante; produtos de elevado valor agregado à atividade agropecuária. Objetivou-se avaliar, tecnicamente e economicamente, o efeito da co-digestão de tubérculos de batata doce, com dejetos de bovinos leiteiros confinados, em relação aos potenciais de produção e qualidade do biogás e do biofertilizante, utilizando-se biodigestores de regime semicontínuo. O experimento foi dividido em duas etapas, ensaio de biodigestão anaeróbia e análise de viabilidade econômica. A primeira etapa teve duração de seis meses avaliando-se a inclusão de diferentes quantidades de batata doce (0%, 20%, 30%, 40%, 50%) em relação ao dejeto. Foram abastecidos 20 biodigestores sendo cinco tratamentos com quatro repetições. Para análise dos dados considerou-se um delineamento inteiramente casualizado, utilizando-se o programa Sigmaplot 12.0 com nível de significância de 5%. Na segunda etapa foram definidos os gastos e as receitas geradas com a implantação de biodigestores para cinco cenários estimados, cada qual, com 200 bovinos leiteiros, sendo os dejetos gerados por esses, co-digeridos com diferentes porcentagens de batata doce (0%, 20%, 30%, 40% e 50%). Por meio das técnicas do fluxo de caixa descontado, Valor Presente Líquido, Taxa Interna de Retorno, Payback descontado e Índice de lucrat... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Anaerobic biodigestion technology is of interest because it presents advantages such as the generation of electric energy, the reduction of pollution of water, soil, and air resources, with the production of biogas and biofertilizer; products of high added value to the livestock activity. The objective of this study was to evaluate, technically and economically, the effect of co-digestion of sweet potato root with confined dairy cattle's waste, in relation to the quantity and quality of the biogas and the quality of the biofertilizer, using biodigesters of semicontinuous regime. The experiment was divided into two stages, anaerobic biodigestion test and economic viability analysis. The first stage lasted six months, evaluating the inclusion of different percentage of sweet potatoes (0%, 20%, 30%, 40%, 50%) in relation to the waste. Twenty biodigesters were supplied of five treatments with four repetitions. For data analysis, a completely randomized design was used, using the Sigmaplot 12.0 program with a significance level of 5%. In the second stage, the outgoing and income generated with the implantation of biodigesters for five scenarios were estimated, each one with 200 dairy cattle, and the wastes generated by them, co-digested with different percentages of sweet potatoes (0%, 20 %, 30%, 40% and 50%). The economic data were analyzed.through the techniques of discounted cash flow, Net Present Value, Internal Rate of Return, Discounted Payback and Profitability Index. The addition of sweet potatoes to biodigesters with bovine milk manures increased linearly the production of biogas and methane as the proportions of sweet potatoes increased. The concentrations of methane were between 63% and 65.5%, characterizing the biogas obtained as good quality. The concentrations of nitrogen found in the biofertilizer increased in proportion to the increase of sweet potato, since the concentrations ... / Mestre

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Guilherme Azevedo e Melo / Banca: Moacyr Aureliano Gomes de Brito / Resumo: Com a motivação existente pela necessidade de crescimento das novas fontes de energia alternativas, bem como pelos avanços das tecnologias para os sistemas de conversão de energia, o presente estudo propõe a utilização do conversor integrado três estados Buck-Boost monofásico para o aproveitamento da energia proveniente dos sistemas solares fotovoltaicos. Os sistemas de painéis fotovoltaicos fornecem tensões contínuas, contudo, a grande maioria de aparelhos ou cargas de uso domiciliar necessita de tensões alternadas, com valores eficazes nominais de 127 V ou 220 V, no Brasil. Isso leva à necessidade do estudo de estruturas conversoras CC-CA, conhecidas como inversores. Considerando que as tensões alternadas fornecidas pelos inversores encontram-se dependentes do valor máximo da tensão de entrada, é indispensável a inclusão de um estágio elevador no sistema geral, antes de fornecer energia para as cargas, resultando, assim, em uma redução no rendimento, devido à quantidade de componentes, ao aumento de peso e ao volume. Nesta dissertação, o inversor estudado realiza, em uma única estrutura, a função do estágio elevador ou redutor, garantindo níveis reduzidos de distorção harmônica na corrente injetada e tensão de saída no modo ilhado, com um bom rendimento, fornecendo energia para cargas conectadas em modo de operação ilhado ou conectado à rede. Neste conversor, o sistema de chaveamento de três estados proporciona uma melhora das características dinâmicas. A adição do terceiro estado simplifica o controle por modo tensão, na medida em que elimina o zero presente no semiplano direito da função de transferência do conversor Buck-Boost convencional. Para o desenvolvimento das estratégias de controle, adotou-se o modelo matemático por valores médios instantâneos, em espaço de estados. Adicionalmente, foi realizada uma revisão e avaliação de alguns dos algoritmos de MPPT (Maximum Power Point... / Abstract: The current motivation of growing need for new alternative energy sources, as well as by improvements in technologies for energy conversion systems, this study proposes the use of the single-phase tri-states Buck-Boost integrated converter for the use of energy from solar photovoltaic systems. Photovoltaic systems provide DC voltages and, on the other hand, the large majority of machines or domestic use loads require alternating voltage with RMS values of 127 V or 220 V in Brazil. This points out to the need to study of DC-AC converter structures, known as inverters. Due to the limitation that the alternating voltage supplied by the inverters are dependent on the maximum value of the input voltage, the inclusion of an elevator stage in the general system is necessary, before providing power to the load, thus resulting in a reduction in the performance by the number of components, increased weight and volume. In this dissertation, the studied inverter performs, in a single structure, the functions of the elevator stage or reducer stage, also performs the continues in alternating voltage conversion function, ensuring reduced levels of harmonic distortion in the current injected to the main grid and the output voltage in islanding mode, with an increase performance in the output voltage, and that should provide power to loads connected in both modes islanding or grid connected. In the presented converter, the switching system of three states has improved the behavior of dynamic characteristics due to the addition of the third estate, simplifying the control by eliminating the zero present in the right half-plane of the transfer function of Buck-Boost inverter, controlled in voltage mode. For the development of control strategies is adopted the mathematical model for instantaneous average values. The modeling of the structure is made by the mean values method in the state spaces. Additionally, is carried out a review and assessment of some ... / Mestre

A crescente demanda energética mundial é um dos principais problemas a ser enfrentado pela sociedade, uma vez que, a produção de energia elétrica na atualidade tem sua base em combustíveis fósseis, os quais possuem reservas não perenes e seus efeitos maléficos ao meio ambiente tem causado um impacto muito grande na natureza. Estes fatores têm incentivado a busca por alternativas para produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis, principalmente em unidades de Geração Distribuída. A energia solar fotovoltaica se destaca neste contexto principalmente por sua flexibilidade quanto à potência e o ponto de conexão dos geradores, indo ao encontro do conceito de Geração Distribuída. Visando a expansão do emprego de geradores fotovoltaicos a redução do custo da energia gerada é fundamental, para tanto se deve conceber conversores eletrônicos capazes de adequar a energia CC produzida pelos geradores para que esta seja diretamente injetada na rede elétrica CA. No caso de geradores com um único módulo fotovoltaico, tem-se a oportunidade de extrair a máxima potência gerada pelo mesmo evitando-se problemas de sombreamento e dissimilaridades entre módulos, todavia o emprego de conversores eletrônicos com alto ganho de tensão com a maior eficiência possível é imprescindível. Nesta dissertação é proposta uma nova metodologia de integração de conversores estáticos, permitindo que novos conversores estáticos não isolados com alto ganho de tensão sejam derivados. Esta metodologia baseia-se no emprego de indutores acoplados que são compartilhados pelos conversores integrados e cujas seções e terminais são associados de modo que a topologia resultante possua um ganho de tensão que corresponde a soma dos ganhos individuais de cada conversor. Como exemplo e estudo de caso é analisada a integração dos conversores boost e flyback. São apresentados os modos de operação e as principais características dos conversores boost-flyback derivados neste trabalho, bem como uma metodologia de projeto para os circuitos e resultados experimentais. Os protótipos avaliados em laboratório mostram que os conversores boost-flyback derivados operando com ganho estático de dez vezes podem obter eficiência superior a 90% quando aplicados em um painel fotovoltaico de 200W. / World increasing demand for energy is one of the most challenging problems to be faced by societies in the near future. And it is getting worst because the fossil fuels retain the majority of the world energy share. Besides the risk of outage caused by the depletion of fossil fuel sources, their side effects on the environment have causing a huge impact on the environment. These issues have motivating the search for renewable sources of energy, mainly in distributed generation units. In the renewable resources scenario, the photovoltaic energy has a major role due to its advantages, such as its power flexibility and easy on site placement of generators, which is very favorable for Distributed Generators Systems. Aiming to ensure the worldwide applications of PV systems, it is required to lower the PV energy cost per watt, which can be achieved with more efficient power processing systems that are used to convert the DC power produced by the PV modules in AC power to be injected to the grid. In systems with a power converter per PV module the best performance of the module is achieved in terms of energy efficiency, avoiding shadowing and aging dissimilarity problems that may plague PV generators with a large amount of PV modules. However, to achieve such benefits, power converters with high efficiency and large conversion range are required. In this dissertation it is proposed a novel methodology to synthesize integrated non-isolated DC/DC power converters with wide conversion range. This methodology is based on the use of coupled inductors to integrate the input sections of two power converters, meanwhile their output sections are associated in either, series, parallel or cascade configuration, yielding in a conversion ratio that is the sum of the individual integrated converters. As a case study, the integrated boost-flyback topologies are analyzed. Their modes of operation, chief characteristics as well as design rules are discussed. The analyses are validated by means of experimental results obtained from three laboratory prototypes. The prototypes operate with conversion ratio greater than ten times and the efficiency achiever is higher than 90% when designed for a 200W PV module.

A crescente demanda energética mundial é um dos principais problemas a ser enfrentado pela sociedade, uma vez que, a produção de energia elétrica na atualidade tem sua base em combustíveis fósseis, os quais possuem reservas não perenes e seus efeitos maléficos ao meio ambiente tem causado um impacto muito grande na natureza. Estes fatores têm incentivado a busca por alternativas para produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis, principalmente em unidades de Geração Distribuída. A energia solar fotovoltaica se destaca neste contexto principalmente por sua flexibilidade quanto à potência e o ponto de conexão dos geradores, indo ao encontro do conceito de Geração Distribuída. Visando a expansão do emprego de geradores fotovoltaicos a redução do custo da energia gerada é fundamental, para tanto se deve conceber conversores eletrônicos capazes de adequar a energia CC produzida pelos geradores para que esta seja diretamente injetada na rede elétrica CA. No caso de geradores com um único módulo fotovoltaico, tem-se a oportunidade de extrair a máxima potência gerada pelo mesmo evitando-se problemas de sombreamento e dissimilaridades entre módulos, todavia o emprego de conversores eletrônicos com alto ganho de tensão com a maior eficiência possível é imprescindível. Nesta dissertação é proposta uma nova metodologia de integração de conversores estáticos, permitindo que novos conversores estáticos não isolados com alto ganho de tensão sejam derivados. Esta metodologia baseia-se no emprego de indutores acoplados que são compartilhados pelos conversores integrados e cujas seções e terminais são associados de modo que a topologia resultante possua um ganho de tensão que corresponde a soma dos ganhos individuais de cada conversor. Como exemplo e estudo de caso é analisada a integração dos conversores boost e flyback. São apresentados os modos de operação e as principais características dos conversores boost-flyback derivados neste trabalho, bem como uma metodologia de projeto para os circuitos e resultados experimentais. Os protótipos avaliados em laboratório mostram que os conversores boost-flyback derivados operando com ganho estático de dez vezes podem obter eficiência superior a 90% quando aplicados em um painel fotovoltaico de 200W. / World increasing demand for energy is one of the most challenging problems to be faced by societies in the near future. And it is getting worst because the fossil fuels retain the majority of the world energy share. Besides the risk of outage caused by the depletion of fossil fuel sources, their side effects on the environment have causing a huge impact on the environment. These issues have motivating the search for renewable sources of energy, mainly in distributed generation units. In the renewable resources scenario, the photovoltaic energy has a major role due to its advantages, such as its power flexibility and easy on site placement of generators, which is very favorable for Distributed Generators Systems. Aiming to ensure the worldwide applications of PV systems, it is required to lower the PV energy cost per watt, which can be achieved with more efficient power processing systems that are used to convert the DC power produced by the PV modules in AC power to be injected to the grid. In systems with a power converter per PV module the best performance of the module is achieved in terms of energy efficiency, avoiding shadowing and aging dissimilarity problems that may plague PV generators with a large amount of PV modules. However, to achieve such benefits, power converters with high efficiency and large conversion range are required. In this dissertation it is proposed a novel methodology to synthesize integrated non-isolated DC/DC power converters with wide conversion range. This methodology is based on the use of coupled inductors to integrate the input sections of two power converters, meanwhile their output sections are associated in either, series, parallel or cascade configuration, yielding in a conversion ratio that is the sum of the individual integrated converters. As a case study, the integrated boost-flyback topologies are analyzed. Their modes of operation, chief characteristics as well as design rules are discussed. The analyses are validated by means of experimental results obtained from three laboratory prototypes. The prototypes operate with conversion ratio greater than ten times and the efficiency achiever is higher than 90% when designed for a 200W PV module.

A busca por fontes de energia renovável acontece em ritmo crescente em função do superaquecimento da Terra e mudanças climáticas causadas, especialmente, pela emissão de CO2. Entre as possibilidades de obter-se energia renovável, os biocombustíveis produzidos a partir do cultivo de microalgas apresentam-se como alternativa potencial. Microalgas podem alcançar altas taxas de produção a partir do consumo de energia luminosa, assimilação de nutrientes e biofixação de CO2 e sua biomassa pode dar origem a bioetanol, biogás, biodiesel e a outros bioprodutos de interesse biotecnológico. Visando avaliar a produção de biomassa e atividade metabólica, sob processo fotoautotrófico, 3 cepas de Chlorella sp. foram cultivadas em triplicata em fotobiorreatores bag (1ª ETAPA) e a cepa selecionada como mais produtiva foi cultivada em um fotobiorreator placa plana (2ª ETAPA) dimensionado para melhoramento de processos fotossintéticos. Para o cultivo, realizado em batelada, utilizou-se o meio M-8 com adição de 5% de CO2, radiação luminosa de 200 µmol.fótons.m-2.s-1 e fotoperíodo 12h claro/escuro. Foram monitoradas a assimilação de nutrientes, a taxa de CO2 biofixado, a produção de biomassa e determinado o perfil bioquímico. Na 1ª ETAPA, a cepa DAM04 apresentou o melhor desempenho com assimilação de 37,5% (157,61±17,39 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 16,1% (34,42±3,96 de 213,90 mg.L-1) do fósforo presente no meio de cultivo, taxa de CO2 biofixado de 0,193±0,019 g.L-1.d-1 e produção de biomassa de 2,22±0,21 g.L-1. A determinação do perfil bioquímico revelou acúmulo de lipídeos de 18,0±0,5%, constituídos por 50,0% de ácidos graxos saturados, 21,3% de monoinsaturados e 18,0% de polinsaturados e produtividade lipídica, proteica e de carboidratos de 25,20±1,80 mg.L-1.d-1, 62,02±4,43 mg.L-1.d-1 e 17,78±1,27 mg.L-1.d-1, respectivamente. Devido ao seu desempenho, a cepa DAM04 foi utilizada na 2ª ETAPA e o cultivo no fotobiorreator placa plana aumentou o desempenho da cepa em todos os parâmetros, implicando na assimilação de 89,1% (374,12±27,76 de 420,00 mg.L-1) do nitrogênio e 40,9% (87,37±10,12 de 213,90 mg.L-1) do fósforo, cerca de 3 vezes (de 0,193±0,019 para 0,593 g.L-1.d-1) da taxa de CO2 biofixado e da produção de biomassa (de 2,22±0,21 para 5,4 g.L-1) em relação ao fotobiorreator bag. O perfil bioquímico apresentou aumento na produtividade lipídica e proteica de, aproximadamente, 3 vezes (de 25,20±1,80 para 79,16±1,52 mg.L-1.d-1) e (de 62,02±4,43 para 168,44±1,25 mg.L-1.d-1), respectivamente, e 2 vezes na produtividade de carboidratos (de 17,78±1,27 para 40,46±0,33 mg.L-1.d-1) quando comparados ao fotobiorreator bag. A 2ª ETAPA reforçou o potencial da cepa DAM04 para aplicação na biossíntese de compostos bioenergéticos de aplicação na produção de biocombustíveis e coloca como desafio para futuros trabalhos a exploração do potencial das cepas para biofixação de maiores concentrações de CO2 e otimização da captação de radiação luminosa. / The search for renewable energy sources happens at an increasing rate due to the overheating of the earth and climate change caused especially by the emission of CO2. Some of the possibilities to obtain renewable energy, biofuels produced from microalgae cultivation are presented as potential alternative. Microalgae can achieve high production rates from light energy consumption, nutrient assimilation and CO2 biofixation and their biomass can give rise to bioethanol, biogas, biodiesel and other bio-products of biotechnological interest. Aiming to evaluate the production of biomass and metabolic activity under photoautotrophic process, 3 strains of Chlorella sp. was grown in triplicate in photobioreactor bag (1ª STAGE) and the most productive strain was seleted and grown in a photobioreactor flat plate (2ª STAGE) dimensioned for enhancing photosynthetic processes. For growing, performed, sequencing batch, we used the medium M-8 with addition of 5% CO2, light radiation 200 µmol.photons.m-2.s-1 and a photoperiod 12h light/dark. Were monitored assimilation of nutrients, CO2 biofixation rate, biomass production and determined the biochemical profile. In 1ªSTAGE, the DAM04 strain showed best performance with assimilation of 37,5% (157,61±17,39 of 420,00 mg.L-1) of nitrogen and 16,1% (34,42±3,96 of 213,90 mg.L-1) of phosphorus present in the medium, CO2 biofixation rate of 0,193±0,019 g.L-1.d-1 and biomass production 2,22±0,21 g.L-1. The determination of biochemical profile showed accumulation of lipids to 18,0± 0,5 %, consisting of 50,0 % of saturated fatty acids, 21,3 % of monounsaturated and 18,0 % polyunsaturated and lipid productivity, protein and carbohydrates of 25,2±1,80 mg. L-1.d-1, 62,02±4,43 mg. L-1.d-1 and 17,78±1,27 mg L-1.d-1, respectively. Due to its performance, DAM04 strain was used in STAGE 2 ª and cultivation in the photobioreactor flat plate increased strain performance in all parameters, resulting in the assimilation of 89,1 % (374,12±27,76 of 420,00 mg. L-1) of nitrogen and 40.9 % (87,37 of 213,90±10,12 mg. L-1) of phosphorus, about 3 times (of 0,193±0,019 to 0,593 g. L-1.d-1) of CO2 biofixation rate and biomass production (of 2,22±0,21 to 5,4 g. L-1) relative to the photobioreactor bag . The biochemical profile showed an increase in lipid and protein productivity of approximately 3 times (of 25,20±1,80 to 79,16±1,52 mg. L-1.d-1) and (of 62,02±4,43 to 168,44±1,25 mg. L-1.d-1), respectively, and 2 times in the productivity of carbohydrates (of 17,78±1,27 to 40,46±0,33 mg. L-1.d-1) compared to the photobioreactor bag. The 2 ª STAGE reinforced the potential of DAM04 strain for use in the biosynthesis of bioenergetic compounds application in the production of biofuels and puts as a challenge for future studies exploring the potential of strains to biofixation of higher CO2 concentrations and optimization capture light radiation.

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.

Microrganismos simbiontes são essenciais para a exploração de dietas de baixo valor nutricional, o desenvolvimento, crescimento e a reprodução de seus hospedeiros. Insetos que se alimentam de dieta rica em materiais celulósicos, como é o caso de cupins, apresentam protozoários e/ou bactérias associadas ao trato digestivo que auxiliam na quebra do polímero de celulose e na fixação de nitrogênio. A celulose e a hemicelulose são polímeros estruturais formados por unidades de glicose, sendo a hidrólise desses polímeros de grande interesse industrial para a produção de etanol. O modo mais eficiente de hidrolisar a celulose é pelo uso de enzimas, as celulases. Os cupins apresentam grande eficiência na digestão de celulose e hemicelulose, sendo que a compreensão do processo de digestão de celulose por esses insetos pode facilitar o desenvolvimento de tecnologia mais eficiente para a quebra desse polímero. Assim, este trabalho buscou i) isolar, identificar e caracterizar microrganismos associados ao trato digestivo dos cupins Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) e Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae); ii) verificar o potencial da microbiota na degradação dos principais componentes da lignocelulose (celulose, xilana e pectina); iii) caracterizar o potencial hidrolítico e determinar as condições ótimas de hidrólise (pH e temperatura das diferentes enzimas produzidas). A análise da microbiota cultivável levou à identificação de 14 filotipos para A. euamignathus e de 11 para C. gestroi, distribuídos nos quatro principais filos, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes e Actinobacteria. A caracterização da microbiota não-cultivável levou à identificação de 17 filotipos em operários e três em soldados de A. euamignathus, enquanto que em C. gestroi foi possível identificar seis filotipos em operários e oito em soldados. O filo Firmicutes foi o mais abundante em A. euamignathus, enquanto Proteobacteria predominou em C. gestroi. O isolamento de bactérias em meio seletivo para degradação de celulose, xilana ou pectina levou à seleção de oito filotipos para A. euamignathus e cinco para C. gestroi. Extratos brutos obtidos do cultivo dessas bactérias apresentaram atividade de hidrólise de pectina e xilana, mas não celulose. Ensaios para otimização das reações de degradação indicaram a presença de enzimas que atuam em diferentes faixas de pH ótimo. Assim, a microbiota associada aos cupins estudados foi bastante diversa, apresentando ainda diferenças entre as diferentes castas desses insetos. Essa microbiota também atua em parte do processo de degradação da celulose, demonstrando o potencial que bactérias associadas ao intestino de cupins podem apresentar para a identificação de enzimas digestivas que possam ser utilizadas no processamento da celulose. / Symbionts are essential for insect hosts as they enhance the nutritional value of their host diets and support host development, growth and reproduction. Insects that feed on diets rich in cellulose, such as termites, exhibit protozoa and/or bacteria within their digestive tract that aid in breaking the cellulose and in nitrogen fixation. Cellulose and hemicellulose are polymers formed by units of glucose, and the hydrolysis of these polymers is of great industrial interest for the production of ethanol. Cellulases are the most efficient enzymes to break cellulose. Termites have a huge capacity to digest cellulose and hemicellulose; thefore, understanding the process by which they digest cellulose may allow the development of more suitable technologies devoted to the industrial utilization of cellulose. This work aimed to i) isolate, identify and characterize microorganisms associated with the digestive tract of Armitermes euamignathus (Isoptera: Termitidae) and Coptotermes gestroi (Isoptera: Rhinotermitidae), ii) investigate the potential of symbionts in the degradation of the main components of lignocellulose (cellulose, xylan and pectin); iii) characterize the hydrolytic potential and determine the optimum hydrolysis conditions (pH and temperature) for the different enzymes produced. The analysis of culturable microorganisms led to the identification of 14 phylotypes for A. euamignathus and 11 for C. gestroi, which were distributed in four Phyla, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria. The characterization of the non-culturable microbiota led to the identification of 17 phylotypes in workers and three in soldiers of A. euamignathus, while six phylotypes were identified in workers and eight in soldiers of C. gestroi. Firmicutes was the most abundant in A. euamignathus, while Proteobacteria predominated in C. gestroi. The isolation of bacteria in selective medium to degrade cellulose, xylan or pectin led to the selection of eight phylotypes from A. euamignathus and five from C. gestroi. Crude extracts obtained from the cultivation of these bacteria showed hydrolytic activity towards to xylan and pectin, but not cellulose. Assays for optimization of enzymatic reaction indicated the presence of enzymes that act at different pH ranges great. As a conclusion, symbiont diversity was quite different between the termites species and in between the castes of these species. But the microbiota isolated also acts in the degradation of cellulose, demonstrating the potential for the gut-associated bacteria of termites may present for the identification of digestive enzymes which can be used in the processing of cellulose.

Tendo em vista o potencial de uso de biomassa obtida do capim-elefante como combustível de fonte renovável em regiões semiáridas, este trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos de seis doses de nitrogênio (44, 200, 400, 600, 800 e 1000 kg.ha-1) e de sete lâminas de água (precipitação e irrigação com 0, 40, 54, 100, 135, 148 e 200% da evapotranspiração potencial da cultura - ETc) em sete idades de corte (46, 82, 112, 139, 169, 202 e 231 dias) sobre a produtividade de biomassa seca (BMS, kg.ha-1), altura (m) e índice de área foliar (IAF, m2.m-2) de capim-elefante, cultivar Cameroon. O experimento foi conduzido em Neossolo Quartzarênico localizado em Beberibe (CE), entre maio de 2012 e março de 2013. As doses de nitrogênio constituíram as parcelas e as lâminas de irrigação as subparcelas, segundo o delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos de irrigação foram dispostos perpendicularmente e os tratamentos de doses de nitrogênio foram dispostos paralelamente à linha lateral de irrigação. Os blocos experimentais foram constituídos por 36 parcelas de 5 x 15 m e o tratamento sem irrigação (L0), com 6 doses de nitrogênio e 4 repetições, foi implantado em local separado para evitar influência da área irrigada. Como fonte de nitrogênio, utilizou-se o sulfato de amônio aplicado a lanço, parcelado em três aplicações. O manejo e a definição do momento de irrigação foi realizado por meio da determinação da capacidade de armazenamento de água no solo e do cálculo da ETc pelo método de Penman-Monteith-FAO. Em relação à BMS, o capim-elefante respondeu ao aumento da adubação nitrogenada e das lâminas de água nas 7 idades de corte avaliadas. O maior acúmulo de BMS ocorreu no tratamento combinado entre 135% ETc e 400 kg.ha-1 de N, aos 231 dias, com 239,85 kg.ha-1.dia-1. A produção de capim-elefante respondeu às lâminas de irrigação em todas as idades de corte analisadas e a maior resposta, em acúmulo diário de BMS de capim-elefante, obtida no tratamento 100% ETc aos 82 dias com 43,46 kg.ha-1.mm-1. As produtividades obtidas nos tratamentos 135, 148 e 200% ETc, a partir dos 82 até 231 dias de idades de corte, foram as maiores e não diferiram significativamente. A produção de BMS de capim-elefante não respondeu ao aumento da adubação nitrogenada isoladamente em seis idades de corte (a partir de 82 até 231) e houve resposta ao aumento da adubação nitrogenada isoladamente aos 46 dias de idade entre as doses 44 e 1000 kg.ha-1 de N, com 3780 e 5005 kg.ha-1 de BMS, respectivamente. A maior resposta, em acúmulo de BMS de capim-elefante, ocorreu no tratamento de 800 kg.ha-1 de N aos 231 dias com 15,383 kg.ha-1.kg-1 de N. O IAF e a altura do capim-elefante responderam às lâminas de água e não responderam à adubação nitrogenada. O IAF e a altura podem ser utilizados como parâmetro na estimativa de produção de BMS de capim elefante até 112 e 202 dias após o corte, respectivamente. Não houve correlação entre o IAF e altura do capim-elefante. / Due to the potential use of elephant-grass biomass as a source of renewable fuel in semi-arid regions, this study aimed to evaluate the effects of six nitrogen rates (44, 200, 400, 600, 800 and 1000 kg.ha-1) and seven irrigation levels (0, 40, 54, 100, 135, 148 and 200% of crop evapotranspiration - ETc) in seven cropping ages (46, 82, 112, 139, 169, 202 and 231 days) on elephant-grass, Cameroon cultivar, dry biomass yield (BMS, kg.ha-1), height (m) and leaf area index (LAI, m2.m-2). The trial was conducted in a Quartzipsamment soil located in Beberibe, Ceará State, Brazil, semiarid region, from May 2012 to March 2013. The nitrogen rates were the main plots and the irrigation levels comprised the subplots, according to a randomized block design with four replications. Irrigation treatments perpendicularly arranged (line source system sprynkler) and nitrogen rates were arranged in parallel to the lateral irrigation line. The experimental block consisted of 36 plots with 5 x 15 m and the treatment without irrigation (L0), with 6 nitrogen rates and 4 replications, was carried out in separate location to avoid infuence of the irrigated area. The nitrogen source was ammonium sulphate, was topdressed onto soil surface, in three split applications during the trial. The irrigation timing and management definition was performed by soil water storage capacity determination and through the Penman-Monteith-FAO crop evapotranspiration calculation. Regarding to BMS production, elephant-grass responded to nitrogen fertilization and irrigation in 7 evaluated periods, and the highest BMS (kg.ha-1.day-1) accumulation response was obtained in the combined treatment 135% ETc and 400 kg.ha-1 N at after 231 days with 239.85 kg.ha-1.day-1. Regarding to irrigation depths treatments, the elephant-grass production increased in all analyzed periods, and the largest BMS (kg.ha-1.day-1) accumulation response was found in treatment 100% ETc after 82 days with 43.46 kg.ha-1.mm-1 applied. The yield in treatments 125, 148 and 200% ETc in cutting ages from 82 to 231 days were the highest and did not differ significantly. The elephant-grass did not respond to nitrogen rates after 6 periods evaluated (82 to 231 days) however the N fertilization responded at the age of 46 days with 3.780 e 5005 kg.ha-1 de BMS between treatments of 44 e 1000 kg.ha-1 de N, respectively and the most intense BMS accumulation response was observed in treatment 800 kg.ha-1 of N at 231 days with 15,4 kg.ha-1.kg-1 N applied. The LAI and height of elephant-grass responded to water depths and did not respond to nitrogen fertilization. Both can be adopted as an elephant grass BMS yield estimation parameter from the age of 112 to 202 days after cutting, respectively. However, BMS versus LAI and LAI versus height interaction showed no correlation between the data collection periods, thus those variables should not be adopted for yield estimation purpose for this crop.

Cette thèse se consacre à l’étude du cadre juridique de la transition énergétique depuis 2012, année depuis laquelle l’expression a connu une utilisation croissante dans le domaine des politiques publiques en matière d’énergie et d’environnement. Le champ des évolutions juridiques frappées du sceau de la transition énergétique est si vaste que ces travaux se sont concentrés sur la règlementation des énergies renouvelables électriques prééminentes que sont l’éolien terrestre et le solaire photovoltaïque. Il en ressort que le droit de la transition énergétique se situe au carrefour d’autres droits plus anciens, plus établis. De nature évolutionnaire plus que révolutionnaire, il se coule dans le cadre existant et se soumet aux principes classiques du droit. De nos travaux ressort notamment qu’il fait un usage immodéré d’instruments de planification le soumettant potentiellement à une obligation de résultats mesurables. Il est aussi amené à intégrer des considérations de justice très contemporaines, liées à sa finalité, faisant de lui davantage qu’un droit purement technique. Toutefois, il a été marqué par une confusion certaine lors du processus de rédaction de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte, du fait de son volume, de ses conflits et des failles inhérentes aux institutions de la Ve République. Ce contexte n’ayant pas favorisé l’émergence d’un droit stable et de qualité, il manque de sécurité juridique. Enfin, il se révèle être plus souvent un frein qu’un facilitateur pour le développement des énergies renouvelables, alors qu’il est mal écrit et mal armé quand il s’agit d’organiser la diminution de la part du nucléaire dans le mix électrique. / This doctoral thesis aims to study the legal framework of the energy transition in France since 2012. From this year on, the term “energy transition” has been increasingly used in environment and energy-linked public policies. The scope of the legal developments related to the energy transition is so wide that this work has only focused on the rules applicable to renewable sources of electricity, especially onshore wind and solar photovoltaics. As a result, it appears that the energy transition law lies at a crossroads between older and more recognised fields of the Law. Evolutionary more than revolutionary, it fits into the existing frame and submits itself to the classical principles of Law. Among the outcomes of this research, we found that the energy transition law is making a strong use of planning tools, potentially placing it under a measurable performance obligation. It is also forced to integrate very contemporary notions of justice, linked to its finality, denying it the qualification of a solely technical law. However, there was confusion in the writing process of the Energy Transition for Green Growth Act, the flagship energy transition act, because of its size, its conflicts and the inherent flaws of the institutions of the 5th Republic. This context did not promote the emergence of a stable and high-quality law. Actually, it is lacking of legal certainty. Finally, energy transition law is more often than not placing a break on than facilitating the development of renewable energy, while it is badly written and ill-equipped to organise the decrease of nuclear energy into the electrical mix.

The nominal power of single Wind Energy Conversion Systems has been steadily growing, reaching power ratings close to 10 MW. In the power conversion stage, medium-voltage power converters are replacing the conventional low-voltage back-to-back topology. Modular Multilevel Converters have appeared as a promising solution for Multi-MW WECSs due to their characteristics such as modularity, reliability and the capability to reach high nominal voltages. Thereby, this thesis discusses the application of the Modular Multilevel Matrix Converter to drive Multi-MW Wind Energy Conversion Systems (WECSs). The modelling and control systems required for this application are extensively analysed and discussed in this document. The proposed control strategies enable decoupled operation of the converter, providing maximum power point tracking capability at the generator-side, grid-code compliance and Low Voltage Ride Through Control at the grid-side and good steady-state and dynamic performance for balancing the capacitor voltages of the converter. The effectiveness of the proposed control strategies is validated through simulations and experimental results. Simulation results are obtained with a 10MW, 6.6 kV Modular Multilevel Matrix Converter based WECS model developed in PLECS software. Additionally, a 5 kVA downscale prototype has been designed and constructed during this Ph.D. The downscale prototype is composed of 27 H-Bridges power cells. The system is controlled using a Digital Signal Processor connected to three Field Programmable Gate Array which are equipped with 50 analogue-digital channels and 108 gate drive signals. Two programmable AMETEK power supplies emulate the electrical grid and the generator. The wind turbine dynamics is programmed in the generator-side power supply to emulate a generator operating in variable speed/voltage mode. The output port of the Modular Multilevel Matrix Converter is connected to another power source which can generate programmable grid sag-swell conditions. Simulation and experimental results for variable-speed operation, grid-code compliance, and capacitor voltage regulation have confirmed the successful operation of the Modular Multilevel Matrix Converter based WECSs. In all the experiments, the proposed control systems ensure proper capacitor voltage balancing, keeping the flying capacitor voltages bounded and with low ripple. Additionally, the performance of the generator-side and grid-side control system have been validated for Maximum Power Point Tracking and Low-Voltage Ride Through, respectively.