As usinas sucroalcooleiras aproveitam apenas a fração colmo da planta para a produção de açúcar e etanol restando o bagaço da cana-de-açúcar, composto das frações fibra e medula, é em grande parte usado para geração de energia elétrica. O resíduo agrícola da cana RAC, constituído pelas folhas, palha, e a ponteira da cana de açúcar são cortados durante a colheita e devolvidos ao campo para adubar o solo contribuindo para a lavoura da cana-de-açúcar. Os painéis hardboards são produzidos a partir da aplicação de calor e pressão a um colchão de fibras ou serragem de madeira, sendo aplicados como pisos na construção civil e como pranchetas e fundo de gavetas na indústria moveleira. Assim, a proposta desse trabalho foi o estudo da utilização dos materiais provenientes da cultura de cana-de-açúcar, em particular a fração medula do bagaço de cana-de-açúcar e do RAC para produção de hardboard (sem a utilização de adesivos) e particleboards (com a adição de resina fenol-formaldeído). Adicionalmente, estudou-se a adição da humina resultante de processos de hidrólise ácida do bagaço de cana-de-açúcar como coadjuvante na produção de painéis de medula de cana-de-açúcar. A utilização da resina fenol-formaldeído foi estudada no intervalo de 10% a 33%, sendo os melhores resultados obtidos quando do uso de 25% de resina, que apresentou tensão máxima de 29,9 MPa em ensaio de tração. Definido esse valor, realizou-se o estudo do efeito da quantidade de humina no intervalo de 12,5% a 75%, o qual revelou que a humina leva à produção de materiais frágeis com redução do desempenho mecânico. As frações RAC foram empregadas para a produção de amostras com teor de resina fenol-formaldeído igual a 25%. Todos os corpos de prova produzidos foram analisados por ensaios de tração (MOR e MOE), análise térmica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise dinâmico mecânica. A produção de hardboards a partir da fração medula do bagaço de cana-de-açúcar, nas condições empregadas neste estudo preliminar, resultou em materiais com baixo desempenho mecânico, revelado pelos resultados dos ensaios de tração que indicou tensão máxima de 4,7 MPa. Entretanto, a mesma matéria prima quando misturada com resina fenol-formaldeído resultou na produção de particleboards que, apesar da dispersão pouca efetiva da resina, apresentaram um melhor desempenho mecânico (tensão máxima no intervalo de 29,9 a 11,3 MPa). Finalmente, os materiais obtidos com as frações RAC da cana-de-açúcar e resina FF mostraram-se mais homogêneos e com desempenho mecânico igual ou superior (tensão máxima no intervalo de 36,1 a 27,7 MPa) aos observados para os materiais obtidos com Pinus sp (tensão máxima de 27,7 MPa). / Sugar and ethanol mills use only the stem fraction of sugarcane for the production of sugar and ethanol. The sugarcane bagasse, composed of fiber and pith fractions, is largely used to generate electricity. The sugarcane agricultural residues - RAC, made up of leaves, straw and the tip of sugarcane are cut during harvest and returned to the field to fertilize the soil. Hardboard panels are produced from the application of heat and pressure to a fiber or sawdust mat. Its commercial application includes floors in construction and clipboards and bottom drawers in the furniture industry. Thus the purpose of this work was to study the use of materials from sugarcane culture, in particular the core fraction of bagasse sugarcane and the sugarcane trash for the production of hardboard (without the use of adhesives) and particleboards (with the addition of phenol formaldehyde resin). In addition, he studied the addition of the resulting humin acid hydrolysis process of sugarcane bagasse as an adjunct in the production of sugarcane pith panels. The use of phenol formaldehyde resin was studied in the range of 10% to 33%, with best results obtained when using 25% resin, which had maximum stress of 29.9 MPa in tensile testing. Once established, the study of the effect of the amount of humin was held in the range of 12.5% to 75%, which revealed that the humin leads to the production of brittle materials with reduced mechanical performance. Sugarcane trash fractions were used for production of resin samples with phenol formaldehyde content equal to 25%. All produced samples were analyzed by tensile tests (MOR and MOE), thermal analysis, scanning electron microscopy (SEM) and dynamic mechanical analysis. The production of hardboards from the marrow fraction of sugarcane bagasse, under the conditions employed in this preliminary study, resulted in materials with low mechanical performance, revealed the results of tensile tests indicated that maximum voltage of 4.7 MPa. However, the same raw material when mixed with phenol-formaldehyde resin resulted in the production of particleboards that despite the low effective dispersion of the resin, had a better mechanical performance (maximum stress in the range from 29.9 to 11.3 MPa). Finally, materials obtained from the fractions of RAC sugarcane and PF resin proved to be more homogeneous and with equal or higher mechanical performance (maximum stress in the range from 36.1 to 27.7 MPa) to that observed for materials obtained with Pinus sp (maximum stress of 27.7 MPa).

Após as crises de petróleo ocorridas no século passado, vários países buscaram o desenvolvimento de novos combustíveis a fim de reduzir a dependência deste recurso natural. O Brasil foi um deles e criou o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool) para incentivar a produção de etanol. Hoje, mais de 80% da frota nacional de veículos rodam ou somente com etanol ou com a mistura de gasolina e etanol. Para atender a crescente demanda de etanol, sem competir com áreas cultiváveis voltadas para produção de alimentos, fontes de materiais lignocelulósicos podem ser utilizadas com o intuito de se aproveitar a fração celulósica para obtenção de açúcar fermentável. Neste trabalho propôs-se avaliar o efeito de tecnologias de pré-tratamento dos subprodutos sucroalcooleiros (bagaço e palha de cana), seguida ou não de uma etapa de deslignificação, sobre a conversão enzimática da celulose de cada biomassa vegetal. Os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados por explosão a vapor (bagaço), impregnação a vapor (palha) e por ultrassom (bagaço e palha). A etapa de pré-tratamento por explosão a vapor foi realizada no reator industrial de 5 m3 sob a condição de 200°C por 7min, das Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. A etapa de pré-tratamento por impregnação de vapor foi realizada em reator de 20 L sob as condições de 180, 185, 190, 195 °C por 10 min e 190°C por 15 min. Já a etapa de pré-tratamento por ultrassom foi realizada em banho de ultrassom a 55°C por 40 min e radiação de 40 kHz/120W. Os materiais pré-tratados foram deslignificados sob a condição de NaOH 1% (m/v), 100°C por 1h, variando somente o tamanho reator em função da quantidade de biomassa disponível. Para o bagaço explodido a vapor, a deslignificação organosolv também foi testada, variando as condições numa matriz de planejamento L18 de Taguchi. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados empregando Celluclast 1.5L (15 FPU/g de amostra) e ?-Glucosidase (10 UI/g de amostra). Das três técnicas de pré-tratamento avaliadas (explosão a vapor, impregnação a vapor e ultrassom), somente os métodos baseados em vapor foram eficientes na desagregação dos constituintes dos subprodutos sucroalcooleiros. Esses métodos foram capazes de remover grande parte da hemicelulose (acima de 70%) e uma parte da lignina (<40%), elevando a digestibilidade da celulose pelas enzimas celulolíticas (conversão de 66 a 68%). O método de pré-tratamento com ultrassom provocou o aumento da recalcitrância dos materiais lignocelulósicos tanto para o agente deslignificante (soda cáustica) como para as celulases, sendo, portanto, um método não indicado, dentro da faixa das condições avaliadas, para um processo de conversão dos subprodutos sucroalcooleiros em açúcares fermentáveis. A etapa de deslignificação com soda cáustica foi essencial para elevar a digestibilidade dos materiais lignocelulósicos pré-tratados por explosão a vapor ou com ultrassom. Entretanto, para a palha pré-tratada hidrotermicamente, a etapa de extração alcalina não promoveu um efeito positivo sobre a conversão enzimática de celulose. De forma geral, observou-se que o bagaço de cana apresenta um potencial ligeiramente maior para conversão em açúcares fermentáveis em comparação com a palha de cana. / After the oil crises occurred in the last century, many countries have been to develop new fuels to reduce dependence on this natural resource. Brazil was one of them and created the National Alcohol Program (Pro-álcool) to promote the production of ethanol. Today, more than 80% of the national vehicles run on ethanol or with a mixture of gasoline and ethanol. To supply the growing demand for ethanol, without it to affect the food production farmland, sources of lignocellulosic materials can be used in order to take advantage of the cellulosic fraction for production of fermentable sugar. This work had objective to evaluate the effect of pretreatment technologies of sugarcane byproducts (bagasse and straw), followed or not by a stage of delignification, on the cellulose enzymatic conversion of each biomass. The lignocellulosic materials were pretreated by steam explosion (bagasse), vapor impregnation (straw) and ultrasound (bagasse and straw). The steam explosion pretreatment was carried out in 5 m3 industrial reactor under the condition of 200 °C for 7 min, from Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. The steam impregnation pretreatment was carried out in 20 L reactor under conditions of 180, 185, 190, 195 °C for 10 min and 190 °C for 15 min. The ultrasound pretreatment was performed in the ultrasonic bath at 55 °C for 40 min and 40 kHz/120W radiation. The pretreated materials were deslignified on condition of 1% (w/v) NaOH, 100 °C for 1 h, using different sizes of reactors due to amount of biomass available. For the steam exploded bagasse, one stage of organosolv delignification was also tested varying the conditions in a L18 Taguchi matrix. The enzymatic hydrolysis tests were performed using Celluclast 1.5L (15 FPU/g of material) and ?-Glucosidase (10 IU/g of material). From three pretreatment techniques evaluated (steam explosion, steam impregnation and ultrasonic), only the vapor-based methods were efficient in the breakdown of the constituents of sugarcane byproducts. These methods were able to remove most of the hemicellulose (above 70%) and a part of the lignin (<40%), increasing the cellulose digestibility by cellulolytic enzymes (conversion 66-68%). The ultrasound pretreatment increases the recalcitrance of lignocellulosic materials both for the caustic soda and for cellulases. Therefore, this pretreatment method is not indicated, within the conditions range assessed, for a conversion process of sugarcane byproducts to fermentable sugars. The delignification stage with caustic soda was essential to increase the digestibility of lignocellulosic materials pretreated by steam explosion or ultrasound. However, for the straw pretreated hydrothermically, the alkaline extraction did not cause a positive effect on the enzymatic conversion of cellulose. Overall, it was observed that sugarcane bagasse has a slightly higher potential for conversion to fermentable sugars in relation to sugarcane straw.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar como algumas condições de pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com H2SO4 diluído influenciam a distribuição granulométrica do bagaço de cana, a composição química dos sólidos pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos, além da digestibilidade enzimática dos sólidos pré-tratados. Para isso, previamente, uma amostra de bagaço de cana-de-açúcar in natura foi caracterizada quanto suas composições percentuais; a distribuição granulométrica de suas fibras também foi avaliada antes e após o pré-tratamento. O pré-tratamento do bagaço com H2SO4 diluído foi realizado em reator piloto, aquecido por vapor direto, com capacidade de 100 L, onde o teor inicial de sólidos foi fixado em 15% (p/p). A temperatura (131,91-168,09 °C), tempo de residência (11,90-48,09 min) e concentração ácida (0,19 - 3,81 p/p) variaram de acordo com um planejamento fatorial 23. Após o pré-tratamento, os bagaços pré-tratados e hidrolisados hemicelulósicos foram caracterizados quanto suas composições químicas. A composição química dos bagaços in natura e pré-tratados, assim como a composição química dos hidrolisados, foi determinada por gravimetria, espectrofotometria e cromatografia líquida de alta eficiência. De acordo com a condição de pré-tratamento, os teores de celulose, hemicelulose e lignina nos bagaços pré-tratados diferiram substancialmente sendo que a maior variação foi observada para hemicelulose (0,14-17,62 %). Os três fatores avaliados no pré-tratamento influenciaram a composição química do bagaço pré-tratado, sendo que a variável com maior poder de influência no teor de celulose, hemicelulose e lignina dos sólidos foi a concentração ácida, seguida da temperatura e tempo de reação. Xilose foi o açúcar predominante nos hidrolisados hemicelulósicos variando de 1,43 a 21,05 g/L, de acordo com o planejamento. A concentração de furfural variou entre 0,08 e 4,68 g/L. Condições severas de pré-tratamento acarretaram na maior remoção de hemicelulose dos bagaços pré-tratados, porém nestas mesmas condições foram encontradas baixas concentrações de xilose e altas concentrações de furfural nos hidrolisados. A concentração de xilose no hidrolisado se mostrou dependente da temperatura e da concentração ácida. A variável com maior influência na formação de furfural foi a temperatura, seguida pela concentração ácida e tempo. A digestibilidade enzimática dos bagaços obtidos de acordo com planejamento experimental em 24 h variou de 25,35 a 63,76%, conforme a composição química dos sólidos. A temperatura de pré-tratamento foi o fator que exerceu maior influência na conversão da celulose dos sólidos. Com o intuito de avaliar o efeito da lavagem dos sólidos na digestibilidade enzimática da celulose, bagaços pré-tratados obtidos nas condições mais branda e severa de pré-tratamento, lavados e não-lavados, foram submetidos à sacarificação enzimática. A sacarificação de bagaços não-lavados foi prejudicada pela presença de inibidores nos hidrolisados hemicelulósicos, variando entre 0- 23,9%, em 72h. As condições de pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar que maximizam a concentração de xilose no hidrolisado hemicelulósico e a sacarificação enzimática do bagaço pré-tratado são diferentes. O pré-tratamento com H2SO4 diluído acarretou na diminuição do tamanho das partículas do bagaço de cana. / This study aimed to evaluate how certain pretreatment conditions of sugarcane bagasse with dilute H2SO4 influence the size distribution of sugarcane bagasse, the chemical composition of solids pretreated and hemicellulosic hydrolysate, as well the enzymatic digestibility of pretreated solids. For that, previously, a sample of in natura sugarcane bagasse was characterized in terms of chemical composition; the size distribution of fibers was also evaluated before and after the pretreatment. The experiments of pretreatment of bagasse with dilute H2SO4 were conducted in a pilot reactor, heated by direct steam, with a capacity of 100 L, where the initial solids content was fixed at 15% (w / w). The temperature (131.91 to 168.09 ° C), residence time (11.90 to 48.09 min) and acid concentration (0.19 to 3.81 w / w) varied according to a factorial design 2³ . After pretreatment, the pretreated bagasse and hemicellulosic hydrolysates were characterized in terms of their chemical compositions. The chemical composition of in natura and pretreated bagasse , as well the chemical composition of the hydrolysates, was determined by gravimetry, spectrophotometry and high-efficiency liquid chromatography. According to the condition of pretreatment, cellulose, hemicellulose and lignin content in pretreated bagasse differed substantially, and the major variation was observed for hemicellulose content (0.14 to 17.62%).The three factors evaluated in the pretreatment influenced the chemical composition of pretreated bagasse, and the variable with greatest influence on the content of cellulose, hemicellulose and lignin concentration of solids was acid concentration, followed by temperature and reaction time.. Xylose was the predominant sugar in hemicellulose hydrolysates ranging from 1.43 to 21.05 g / L, according to the experimental design. Furfural concentration varied between 0.08 and 4.68 g / L. Severe conditions of pretreatment resulted in greater removal of hemicellulose from pretreated bagasse, but under these conditions were found low concentrations of xylose and high concentrations of furfural in the hydrolysates. The concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate were dependet of temperature and acid concentration. The variable with greatest influence on the formation of furfural was temperature, followed by acid concentration and time. The enzymatic digestibility of the pretreated solids, obtained according to experimental design, in 24 h, ranged from 25.35 to 63.76% depending on the chemical composition of solids. The temperature of the pretreatment was the factor that showed greater influence on the conversion of cellulose solids. In order to evaluate the effect of washing the solids in the enzymatic digestibility of cellulose, pretreated bagasses obtained in milder and severe conditions of pretreatment, non-washed and washed solids, were submitted to enzymatic saccharification. Saccharification of non-washed solids was impaired by the presence of inhibitors in hemicellulosic hydrolysates, ranging from 0 to 23.9% in 72h. The pretreatment conditions of sugarcane bagasse that maximize the concentration of xylose in the hemicellulosic hydrolyzate and enzymatic saccharification of pretreated bagasse are different. Pretreatment with dilute H2SO4 resulted in the decrease of particle size of bagasse.

As resinas do tipo fenólica são amplamente utilizadas devido à sua diversidade de aplicações. Considerando as inúmeras vantagens desta resina (estabilidade térmica e dimensional, alta resistência à chama, etc.), este trabalho teve como um dos objetivos melhorar as propriedades mecânicas do termorrígido fenólico, pois estes são frágeis quando não reforçados. Fibras lignocelulósicas naturais foram usadas como reforço no termorrígido fenólico, o que levou a obtenção de biocompósitos. Devido a grande disponibilidade de fibras de bagaço de cana de açúcar no país, como subproduto de agroindústrias, estas fibras foram utilizadas na produção dos compósitos (sendo substituído em até 70% da matriz termorrígida por fibra natural), com a finalidade de atribuir maior valor agregado que o tradicionalmente encontrado para estas fibras. Tendo em vista que atualmente estas fibras podem ser obtidas como resíduo da agroindústria na forma queimada e não queimada, um estudo comparativo foi feito usando ambas as fibras. Compósitos fenólicos foram preparados com as fibras queimadas e não queimadas e os resultados obtidos de resistência ao impacto, módulo de armazenamento e absorção de água mostraram que não há diferenças significativas entre as propriedades de ambos. Considerando estes resultados, a continuidade do trabalho foi realizada com as fibras de bagaço de cana queimado, devido à maior disponibilidade atual destas fibras. Também foram utilizadas fibras de sisal, tradicionalmente conhecidas pelas excelentes propriedades mecânicas e disponibilidade em grande escala no país, para fins comparativos. Adicionalmente, visando aumentar a proporção de uso de matéria prima oriunda de fonte renovável, o lignossulfonato de sódio (NaLS) e lignina organossolve (LO), macromoléculas obtidas a partir de fibras lignocelulósicas, substituíram em 100% o fenol nas reações de obtenção de resinas do tipo resol (obtidas em meio alcalino). Ainda, o formaldeído foi substituído pelo glutaraldeído, um dialdeído, visando-se síntese de resinas alternativas a fenol-formaldeído, tradicionalmente usada. Também, as fibras de bagaço de cana queimadas foram tratadas em solução de NaLS, em banho de ultrassom. Este tratamento foi escolhido por se tratar do uso de macromolécula oriunda de fontes renováveis, assim como pelo fato de a fibra (bagaço de cana) conter alto teor de lignina, o que leva à perspectiva de intensificação da afinidade fibra/agente de tratamento, além de intensificar as interações fibra/matriz, devido à presença de anéis do tipo fenólico em ambas, superfícies das fibras e matriz. As fibras foram caracterizadas quanto à composição química e analisadas via termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), cromatografia liquida de alta performance (HPLC, para determinação do teor de açúcares no bagaço de cana queimado) e difração de raios X. O termorrígido fenólico (não reforçado) e compósitos (matriz fenólica e matrizes baseadas em LO e NaLS reforçados por fibras com distribuição aleatória, em diferentes proporções e comprimentos) foram caracterizados por TG, DSC, IV, MEV, DMTA, resistência ao impacto Izod, resistência à flexão quanto à capacidade de absorção de água. Termorrígidos preparados a base de NaLS apresentaram grande fragilidade após a moldagem, tendo sido apenas submetidos a análises de TG, DSC e cromatografia gasosa inversa (IGC), devido à impossibilidade de realizar outros ensaios. As análises de IGC foram realizadas para fibras e matriz, obtendo-se parâmetros relacionados à energia de superfície e disponibilidade de sítios ácidos e básicos. Os resultados de IGC obtidos para as fibras, tratadas e não tratadas, confirmaram que houve a adsorção do lignossulfonato sódio à superfície destas devido ao aumento de sítios ativos (ácidos e básicos) disponíveis. Os valores de IGC obtidos para as matrizes sugerem que as interações fibra/matriz são favorecidas, principalmente quando o NaLS está presente em ambos os componentes (fibra/matriz). Os resultados obtidos na caracterização dos compósitos indicaram que o lignossulfonato de sódio e a lignina organossolve podem substituir o fenol na formulação de resinas. A utilização de fibras como reforço melhorou as propriedades mecânicas dos materiais, comparativamente aos termorrígidos. Dentre os compósitos preparados com bagaço de cana, a amostra que apresentou melhor desempenho nos ensaios de impacto foram os compósitos de matrizes baseadas em glutaraldeído-LO (112 J m-1) e glutaraldeído-NaLS (82 J m-1). Os compósitos de matriz baseada em formaldeído-NaLS reforçados com fibras de sisal apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência ao impacto (1029 J m-1) e menor quantidade de água absorvida quando imerso em água, comparado aos demais compósitos preparados neste trabalho. As análises de MEV comprovaram a intensificação da adesão entre as fibras de sisal e a matriz, quando esta é preparada a partir de NaLS. Compósitos reforçados com fibras de sisal foram os que apresentaram melhor desempenho mecânico, tanto em resistência ao impacto quanto em flexão, provavelmente devido às propriedades intrínsecas das fibras de sisal. No geral, quando os termorrígidos foram reforçados com as fibras lignocelulósicas, bagaço de cana ou sisal, apresentaram resultados de estabilidade térmica e mecânica satisfatórios. Destaca-se que compósitos preparados com alto teor de material proveniente de fonte renovável, como os compósitos reforçados com até 70% de fibra, e os compósitos com matriz baseada em 100% de lignossulfonato de sódio e lignina organossolve, apresentaram grande potencial para diferentes aplicações, tais como no setor de embalagens e automotivo, neste caso para aplicações não estruturais. / Phenolic resins are widely known due to their diverse applications. Considering the many advantages of this type of resin (flame resistance, thermal and dimensional stability, etc), this study has one objective: the improvement of the mechanical properties of the phenolic thermoset, because this material is fragile when it is not reinforced. Natural lignocellulosic fibers were used as reinforcement in the phenolic thermoset leading to the obtaining of biocomposites. Because the fibers from sugarcane bagasse are byproducts widely available by agricultural industries in this country, these fibers were used in the production of the composites (the thermoset phenolic was replaced by up to 70% natural fibers) - the purpose was to assign greater value than traditionally found for these fibers. Currently, sugarcane fibers can be obtained from natural and burned bagasse. A comparative study was realized using both fibers. Phenolic composites were prepared with the burned fibers and the results obtained from the impact resistance, storage modulus and water absorption showed that they are not significantly different when it comes to the properties of both. Considering these results, the continuity of this study was realized with the burned fibers of sugarcane due to the higher and current availability of this fiber. Lignocellulosic fibers, are traditionally known because of their excellent mechanical properties and wide availability, like the sisal ones used in the present work for comparative reasons. Sisal fibers are available in large scale, facilitating their use. Additionally, sodium lignosulphonate (NaLS) and organosolv lignin (LO), which are macromolecules obtained from the lignocellulosics fibers were used to increase the proportion of the raw materials from renewable sources for a possible phenol substitute in resin reaction, resol type (an alkaline medium). Also, formaldehyde was replaced by glutaraldehyde aiming at the synthesis alternative resin to phenol-formaldehyde, which is traditionally used. Furthermore, burned sugar cane bagasse fibers were treated in NaLS solution, in ultrasonic bath. This treatment was chosen because this macromolecule is from renewable resources and as well as the fibers (sugarcane bagasse) have high content of lignin, which leads to the perspective of affinity intensification between fibers/lignin and fibers/matrix, due to the presence of the aromatics rings in both surfaces. The fibers were characterized in terms of chemical composition and analyzed by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IV), high performance liquid chromatography (HPLC, determination of the sugar content in the burned sugar cane bagasse) and X-ray diffraction. The lignin and resin were characterized by SEC, RMN 1H and RMN 31P. The thermosets (not reinforced) and composites (phenolic matrix and LO and NaLS matrix reinforced with randomly dispersed fibers) were characterized by TG, DSC, IV, Izod impact strength, MEV, flexural strength, DMTA and also the water absorption capacity was evaluated. Thermoset prepared based on NaLS showed great weakness after molding, being submitted only to analysis by TG, DSC and inverse gas chromatography (IGC), due to the impossibility of doing other tests. IGC analysis were realized for fibers and matrix. Parameters related to surface energy and availability of acids and basics sites were obtained. IGC results obtained for the fibers, treated and untreated, confirm that there was adsorption of lignosulphonate in these surfaces due to the increase of available active sites (acids and basics). IGC values obtained for matrix suggest that fiber/matrix interactions are favored, mainly when the NaLS is present in both components (fiber/matrix). The results obtained in the characterization of the composites indicated that lignosulphonate sodium and organosolv lignin can substitute the phenol in the resin formulation. Fibers used as reinforcement improved the mechanical properties of materials, compared to thermosets. Among the composites prepared with sugarcane bagasse, the sample that showed better performance in the impact test were the composites based on glutaraldehyde -LO (112 J m-1) and glutaraldehyde -NaLS (82 J m-1). Composites based on formaldehyde -NaLS reinforced with sisal fibers showed better performance in impact test (1009 J m-1) and less water absorbed when immersed in water, compared to others composites prepared in this study. SEM analysis confirmed the adhesion intensification between the sisal fibers and the matrix, when this is prepared from NaLS. Composites reinforced with sisal fibers showed the best mechanical performance, such as impact strength and flexural strength, probably due to the intrinsic properties of sisal fibers. In general, when the thermosets were reinforced with lignocellulosic fibers, sugarcane bagasse or sisal, they showed satisfactory results of the thermic and mechanical stability. It should be highlighted that composites prepared with high content of material from renewable sources, as the composites reinforced up to 70% fibers and composites with matrix based on 100% lignosulphonate and organosolv lignin, they showed great potential to different applications, such as in the packaging sector and the automotive one, in this case to non-structural applications.

A cana-de-açúcar é uma das matérias primas para a produção de açúcar e álcool. Durante o processo de produção, é gerado como subproduto (ou resíduo) o bagaço, que possui várias aplicações, entre elas a geração de energia, fertilizantes, produção de combustíveis e ração animal. O bagaço da cana-de-açúcar é composto principalmente por materiais lignocelulósicos, possuindo como constituintes principais a celulose, a hemicelulose e a lignina. A lignina é um dos materiais mais recalcitrantes na natureza e, conseqüentemente, dificulta o acesso de enzimas aos carboidratos fermentáveis, reduzindo a eficiência da degradação da celulose e da fermentação. Uma das vias de degradação da lignina ocorre através da ação de enzimas produzidas por fungos de degradação branca, marrom e macia. Essas enzimas são capazes de degradar e expor a celulose e a hemicelulose, que, por sua vez são prontamente utilizadas por outros microrganismos. Para que isso ocorra, esses fungos promovem um processo de oxidação de compostos fenólicos e não fenólicos da molécula de lignina por meio de enzimas ligninolíticas extracelulares entre elas a lacase e a manganês peroxidase (MnP), em baixa velocidade, porém com grande eficiência. O presente trabalho tem como objetivo avaliar diferentes tratamentos químicos alcalinos (NaOH e Ca(OH)2) e biológicos (Penicillium sp. e Aspergillus niger) por microscopia óptica, eletrônica de transmissão e de varredura com o intuito de promover uma alteração física na estrutura da fibra do bagaço de cana-de-açúcar. Os resultados foram avaliados pelas técnicas de microscopia demonstrando que a ação dos tratamentos químicos, principalmente do NaOH + Ca(OH)2, provocou uma eficiente desestruturação das fibras em comparação aos outros tratamentos. Em relação às atividades enzimáticas, o pré-tratamento do bagaço com NaOH +. Ca(OH)2 associado ao A. niger mostrou ser mais eficiente para a produção de lacase. Já para a atividade enzimática de MnP, o tratamento controle (bagaço autoclavado) foi o que apresentou maior eficiência. Para Penicillim sp., a atividade enzimática da lacase não aprsesentou diferença significativa entre os pré-tratamentos bagaço autoclavado e NaOH + Ca(OH)2, no entanto, quando comparados aos pré-tratamentos com NaOH e Ca(OH)2 foram os mais eficientes para a produção dessa enzima. Para a enzima MnP, o pré-tratamento associado às duas bases foi mais eficiente. / Sugarcane is one of the raw materials used for sugar and alcohol production. During the production process, bagasse is generated as a subproduct (or residue), which has a large range of application, as electric power generation, fertilizers, combustible production and animal feeding. Sugarcane bagasse is mainly composed by lignocellulosic material, containing as main component cellulose, hemicelluloses and lignin. Lignin is one of the most recalcitrant naturally found molecules, and, consequently, hardens the access of enzymes to fermentable carbohydrates, decreasing the efficiency of cellulose degradation and fermentation. One of the lignin degradation pathways occurs throughout the action of enzymes produced by white-rot, brown and soft-rot fungi. These enzymes are able to degrade lignin, exposing cellulose and hemicelluloses, which get available for other microorganisms. In order to perform this process, these fungi promote an oxidation process of phenolic and non-phenolic compounds of the lignin molecule, by the lignolytic extracellular enzymes. Among them are the enzymes laccase and manganese peroxidase (MnP), which have a slow rate activity, however of high efficiency. The present work has as objective to evaluate different alkaline chemical (NaOH and Ca(OH)2) and biological (Penicillium sp. and Aspergillus niger) treatments by optic microscopy, scanning electron microscopy and transmission electronic microscopy to promote alteration on the physical structure of the sugarcane bagasse fiber. The results were evaluated by the microscopy technique, showing that the activity of the chemical treatments, in special of NaOH + Ca(OH)2 promoted an efficient loss of structure of fibers in comparison to the other treatments. In respect to the enzymatic activity, the bagasse pre-treated with NaOH + Ca(OH)2, in association with A. Niger showed to be more efficient for laccase production. Meanwhile, for the MnP enzymatic activity, the control treatment (only autoclaved bagasse) was that presented the highest efficiency. For Penicillium sp., the laccase enzymatic activity did not present any significant difference among the pre-treatments autoclaved bagasse (control) and NaOH + Ca(OH)2. However, when compared to the pretreatments with NaOH and Ca(OH)2, they were more efficient for the production of the referred enzyme. For MnP, the pre-treatments associated to both alkalis had an increased efficiency.

O setor sucroalcooleiro é uma importante representação do potencial bioenergético do Brasil. A estimativa da produção de cana-de-açúcar para a safra de 2007/2008, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), será de mais de 11% que na safra passada. A cana-de-açúcar constitui uma fonte de energia abundante e renovável. Além do aproveitamento de seu caldo para a produção de etanol e do emprego do bagaço para fins energéticos em processos de combustão e gaseificação, seus polissacarídeos constituintes (celulose e polioses) podem ser liberados por hidrólises enzimáticas para serem fermentados a etanol e outros produtos químicos de maior valor agregado. Porém os resíduos gerados a partir desse processamento, como o bagaço e a vinhaça, podem ser reaproveitados para outros fins. A ecologia da degradação da celulose e lignina é lenta e muito complexa, envolvendo inúmeras e variadas interações metabólicas entre diferentes microrganismos que também são afetados por vários fatores ambientais. Partindo de nove linhagens de fungos, foram selecionados quatro quanto à produção de biomassa e produção de celulases e ligninases em meios específicos. Estas linhagens, três espécies e Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus e P. ostreatus, e Trichoderma reesei foram cultivadas em bagaço pré-tratado com 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 e combinação 2% H2O2 + 1,5% NaOH. Foram determinados o teor de celulose, lignina e hemicelulose resultante de cada tratamento e a atividade lignolíticas: lacase, peroxidase e manganês peroxidase e a atividade das enzimas celulolíticas: exoglicanase e endoglicanase, comparando com um controle sem tratamento químico. A atividade celulolítica foi avaliada com os quatro fungos cultivados em meio bagaço-moído umedecido com vinhaça e bagaço-moído umedecido com meio mineral. Em relação ao controle foi observado que o pré-tratamento conjunto 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave proporcionou maior quebra nas fibras aumentando 1,4 vezes o teor de celulose e diminuindo em 8,5 vezes o da hemicelulose. Esse mesmo tratamento também proporcionou uma maior atividade lignolítica para as quatro linhagens. O ascomiceto T. reesei produziu lacase, peroxidase e manganês peroxidase em todos os tratamentos inclusive no controle, sendo a atividade de manganês peroxidase de 1,9 a 4,8 vezes maior que os basidiomicetos. / The sugar-alcohol industry is an important representation of the bioenergy potential of Brazil. The estimative for the 2007/2008 sugarcane production, according to the National Supply Company (Conab), will be of about 11% more than the last season. Sugarcane constitutes a large and renewable energy source. Besides the exploitation of its juice for ethanol production and the use of bagasse for energetic means in processes of combustion and gasification, its polysaccharides constituents (cellulose and cellobiose) can be released by enzymatic hydrolyses for alcohol fermentation and other chemical of higher aggregate value. However the residues generated from this process, like bagasse and vinasse, which can be reutilized for other means. To obtain an effective conversion of these residues, chemical and biological pre-treatments are necessary for an improved hydrolysis. The ecology of the cellulose and lignin degradation is slow and very complex, involving innumerous and different metabolic interactions among microorganism that are also affected by many environmental factors. From nine lineages of fungi, were selected four relating to the production of biomass and cellulases and ligninases in specific media. These lineages, three species of Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus and P. ostreatus, and the ascomycete Trichoderma reesei were cultivated in pre-treated bagasse with 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 and a combination of 2% H2O2 + 1,5% NaOH. It was determined the levels of cellulose, lignin and hemicellulose from each treatment and the lignolytic activity: laccase, peroxidase and manganese peroxidase and the activity of the cellulolitic enzymes: exogluconase and endogluconase, comparing to a control without chemical treatment. The cellulolitic activity was evaluated with the four cultivated fungi in two media: a grounded bagasse + vinasse and grounded bagasse + mineral media. Relating to the control was observed that the pre-treatment in conjunction with 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave promoted more breakage in the fiber increasing to 1,4 times the level of cellulose and decreasing the levels of hemicellulose to 8,5 times. This same treatment promoted a higher lignolytic activity for the four lineages. The ascomycete T. reesei produced laccase, peroxidase and manganese peroxidase in all treatments including the control, having the manganese peroxidase activity ranging from 1,9 to 4,8 times higher than the basidiomycetes.

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, José Geraldo da Cruz Pradella / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gelain_Lucas_M.pdf: 1331794 bytes, checksum: 116fec6e0222b23e24403c80d7c5c885 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Modelos matemáticos são necessários para o desenvolvimento de processos, pois permitem o entendimento dos fenômenos envolvidos e podem ser usados para scale-up e otimização das condições de operação. O objetivo deste trabalho foi propor um modelo matemático para descrever a cinética de crescimento celular, consumo de substrato e produção de enzimas utilizando o Trichoderma harzianum em diferentes concentrações de bagaço de cana-de-açúcar (fonte de carbono). Além disso, realizaram-se testes utilizando uma sonda de capacitância para estimação on-line da concentração de células no meio. As concentrações de bagaço de cana-de-açúcar empregadas foram de: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1, onde a concentração 10 g L-1 foi utilizada para validar o modelo e as demais concentrações para a estimação dos parâmetros. As enzimas analisadas foram: celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase. A estimação da concentração de células utilizando a sonda de capacitância mostrou ser uma alternativa interessante, indicando que há boa correlação entre o sinal da sonda e a concentração de células em meio solúvel. No entanto, o meio insolúvel (contendo bagaço de cana-de-açúcar) causou interferências, impedindo seu uso para uma análise quantitativa. Modelos matemáticos foram construídos para descrever as cinco variáveis de estado (concentrações de células e substrato, assim como atividades de celulase (FPase), beta-glicosidase e xilanase). Os modelos parecem representar bem a cinética com um bom ajuste para a maioria dos ensaios. Alterações nos modelos e novos ensaios com concentrações diferentes de substrato ainda precisam ser realizados com a finalidade de melhorar o ajuste e aumentar confiabilidade dos modelos / Abstract: Mathematical models are necessary to processes development, because they enable the understanding of the involved phenomena and can be used to scale-up and optimization of operation conditions. The aim of this work was to propose a mathematical model to describe the kinetics of the cellular growth, substrate consumption and enzyme production using Trichoderma harzianum in different sugar cane bagasse concentrations (carbon source). Besides, tests using a capacitance probe to on-line cellular estimation were performed. The sugar cane bagasse concentrations employed were: 5; 10; 20; 30; e 40 g L-1. The 10 g L-1 concentration was used to validate the model and the others to parameters estimation. The enzymes analyzed were cellulase; beta-glucosidase; and xylanase. The estimation of cellular concentration using the capacitance probe is an interesting alternative indicating good correlation between the sign of the probe and the cells in soluble medium. However, the insoluble medium (with sugar cane bagasse) caused interferences that prevented quantitative analysis. Mathematical models were built to describe the five dependents variables (concentrations of cells and substrate, as well as activities of cellulase (FPase), beta-glucosidase and xylanase). The models seem to represent well the kinetics with a good fit for the majority of the assays. Alterations in the models and new assays with different substrate concentration are needed to provide better fit and increase the model trustworthiness / Mestrado / Engenharia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Luís Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:42:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BaldassinJunior_Ricardo_D.pdf: 7640744 bytes, checksum: d5dd82917b9ece7e8fac5e0eaf729326 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A transformação eficiente e sustentável de materiais lignocelulósicos em bioenergéticos e bioquímicos modernos é um dos grandes anseios da sociedade moderna, haja vista as vantagens competitivas, os potenciais de redução da expansão da fronteira agrícola e a redução da dependência do petróleo que somente as culturas bioenergéticas podem proporcionar. Neste contexto, o Brasil apresenta um cenário propício para o desenvolvimento de uma indústria inovadora e moderna de produção de biocombustíveis e bioquímicos verdes, por ser um dos maiores produtores mundiais de alimentos, florestas plantadas e biocombustíveis. Visando promover a conversão eficiente de materiais lignocelulósicos, resíduos estes abundantes no Brazil, este trabalho apresenta os primeiros resultados da experimentação de pirólise rápida de cana-de-açúcar (cana integral, palha e bagaço) em uma unidade experimental da Feagri/Unicamp. Este estudo teve por objetivo avaliar as características químicas das biomassas empregadas e quantificar e qualificar os produtos da pirólise obtidos (bio-óleo e carvão). As análises químicas das biomassas (imediata, elementar e fibras/lignina) apontaram que não há diferenças significativas entre as diferentes biomassas analisadas. Os processos de pré-tratamento (picagem e trituração) foram conduzidos de forma satisfatória usando tecnologias comerciais e processo de secagem ao sol mostrou ser eficiente na redução da umidade das biomassas. Após a realização de ajustes e adequações em alguns componentes da planta, os experimentos de pirólise foram conduzidos satisfatoriamente e os rendimentos mássicos de produção de bio-óleo e carvão observados estiveram entre 12% e 17% e entre 25% e 27%, respectivamente, que em termos energéticos, representaram conversões variando entre 42% e 67%. As análises químicas dos bio-óleos e dos carvões mostraram não haver diferenças significativas entre os produtos obtidos. Entretanto, as análises cromatográficas dos bio-óleo sinalizaram haver diferenças nas composições orgânicas do bio-óleo, mas com as predominâncias de ácidos carboxílicos e fenóis. Em vista da baixa recuperação de bio-óleo, elevada produção de carvão e a elevada presença de voláteis no carvão (entre 20% e 25%) verificaram-se necessidades de melhorias e as realizações de novos estudos na unidade experimental desenvolvida / Abstract: The efficient and sustainable conversion of lignocellulosic feedstocks in modern biofuels and biochemicals is one of the great desires of the whole world, in view of the competitive advantages, potential of reduction of frontier agriculture expansion and reduction of oil dependence that only the bioenergy cultures may provide. In this context, Brazil shows an attractive scenery to develop an innovative and modern industry for biofuels and biochemical production, since it is one of the most important food, planted forest and biofuels world producer. Aiming to provide a better use and conversion of lignocellulosic feedstocks (largely available in Brazil), this work shows the first experimental results of the fast pyrolysis of sugarcane (whole sugarcane, trash and bagasse) conducted in a small scale fast pyrolysis plant from Feagri/Unicamp. The main objectives of this work were to evaluate the chemicals compositions of the biomasses and to quantify and to qualify the main fast pyrolysis products (charcoals and bio-oils). The biomasses analysis (proximate, ultimate and fiber/lignin analysis) showed there were no significant differences between the biomasses. The pretreatment process (chopping and grinding process) were conducted well using conventional technologies, and the sun drying process was able reducing the biomasses water contents to the level needed. After some adjustments and improvements, the fast pyrolysis were conducted well, with bio-oil yield productions between 12% and 17%, charcoal yield productions between 25% and 27%, and energy conversions between 42% and 67%. The bio-oils and charcoals proximate and ultimate analysis showed that there were no relevant differences among the products. However, the chromatography analysis demonstrated there were differences in the bio-oils organic compositions (distribution percentages of chemical groups), but with prevalence of carboxilic acids and phenols. In view of low bio-oils production, high charcoals productions and the high volatiles presences in the charcoals (between 20% e 25% in %wt), it was demonstrated that improvements and new studies are needed / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Celso Eduardo Tuna / Resumo: A agroindústria nacional brasileira dispõe de uma grande variedade de unidades agrícolas que geram elevada quantidade de resíduos como o bagaço de cana-de-açúcar. Mesmo diante da crescente utilização desse material, o excedente ainda é da ordem de milhões de toneladas, causando problemas de estocagem e poluição ambiental. Devido a sua estrutura complexa e sua recalcitrância, a etapa de pré-tratamento representa o desafio mais crítico para a viabilização da utilização do bagaço de cana-de-açúcar dentro do contexto de uma biorrefinaria. O pré-tratamento busca facilitar o acesso aos componentes estruturais da biomassa, permitindo sua utilização na cadeia produtiva. Existem diferentes métodos de pré-tratamento como os físicos, químicos e biológicos ou uma combinação de todos esses, de modo que a geração de resíduos ambientalmente perigosos e/ou altos insumos energéticos é o gargalo. Neste sentido, rotas tecnológicas alternativas vem sendo estudadas e a cavitação hidrodinâmica desponta-se como uma promissora rota para o pré-tratamento de biomassa liberando grandes magnitudes de energia e induzindo a transformações físicas e químicas, favorecendo o rompimento da matriz carboidrato-lignina. Neste contexto, este trabalho empregou a cavitação hidrodinâmica para potencializar o pré-tratamento alcalino do bagaço de cana-de-açúcar. Para isto, projetou-se um reator de cavitação hidrodinâmica com tubo de Venturi utilizando como base uma abordagem computacional para a dinâmica dos fluidos. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Brazilian national agroindustry has a large variety of agricultural units that generate high amounts of waste such as sugarcane bagasse. Even with the increasing use of this material, the surplus is still in the order of millions of tons, causing problems of stocking and environmental pollution. Due to its complex structure and recalcitrance, the pretreatment stage represents the most critical challenge for the feasibility of using sugarcane bagasse within the context of biorefinery. Pretreatment seeks to facilitate access to the structural components of biomass, allowing its use in the production chain. There are different pretreatment methods such as physical, chemical, physicochemical and biological or a combination of all of these, so that the generation of environmentally hazardous waste and / or high energy inputs is the bottleneck. In this sense, alternative technological routes have been studied and hydrodynamic cavitation emerges as a promising route for biomass pretreatment releasing large energy magnitudes and inducing physical and chemical transformations, favoring the rupture of the carbohydrate-lignin matrix. In this context, this thesis employed hydrodynamic cavitation as a physical means to improve the alkaline pre-treatment of sugarcane bagasse. The hydrodynamic cavitation reactor with Venturi tube was modeled by a computational approach to fluid dynamics, in order to evaluate the influence of the pressure ratio, the length and diameter of the throat and ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Mauro Mitsuuchi Tashima / Resumo: A construção civil, setor responsável pela infraestrutura do ambiente antrópico, é de grande importância para o desenvolvimento de atividades sociais e econômicas, atuando, todavia, como geradora de impactos ambientais. Na presente pesquisa, com o objetivo de avaliar comparativamente o desempenho ambiental de argamassas confeccionadas com cimento Portland e argamassas com substituição deste por cinza do bagaço de cana-de-açúcar (CBC) nas proporções de 15 e 30%, é utilizado a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). A substituição do material mais consumido pela construção civil, por um resíduo da usina sucroalcooleira se enquadra nos princípios da economia circular (EC), contribuindo para o desenvolvimento sustentável no Brasil. Para a estrutura metodológica e a condução da presente ACV fez-se uso das recomendações normativas das NBR 14040 e 14044, onde o estudo é dividido em quatro etapas: definição do objetivo e escopo; inventário do ciclo de vida (ICV); avaliação dos impactos do ciclo de vida (AICV); e interpretação. Para a condução das etapas de ICV e AICV faz-se uso do software de ACV GaBi, versão 6.0 da base de dados do Ecoinvent 2.01 e do método de AICV ReCiPe 2008. Os impactos ambientais da produção da CBC são considerados no estudo para este ser valorizado como matéria-prima no sistema produtivo de argamassas, não como apenas um resíduo da produção sucroalcooleira. Assim, o traço de argamassa com substituição de 30% apresenta melhor desempenho para a categoria de Mudança cl... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre