Rising world petroleum prices and global warming are contributing to interest in renewable energy sources, including energy produced from agricultural crops and waste sources of biomass. A network of small mobile pyrolysis units may be the most cost effective system to convert biomass from agricultural feedstocks to bio-crude oil. Mobile pyrolysis units could be moved to the feedstock production fields thereby greatly simplifying feedstock logistics. In the North Central (NC) region of the U.S., possible feedstocks are corn stover, energy sorghum, and switchgrass. A grid-based Geographic Information System (GIS) program was developed to identify optimum locations for mobile pyrolysis units based on feedstock availability in the NC region. Model builder was used to automate the GIS analysis. Network analysis was used to find the best route to move the mobile pyrolysis units to new locations and to identify the closest refinery to transport the bio-crude oil. To produce bioenergy from feedstocks, the removal of biomass from agricultural fields will impact the hydrology and sediment transport in rural watersheds. Therefore, the hydrologic effects of removing corn stover from corn production fields in Illinois (IL) were evaluated using the Soil Water Assessment Tool (SWAT). The SWAT model was calibrated and validated for streamflow and sediment yields in the Spoon River basin in IL using observed data from the USGS. The modeling results indicated that as residue removal rates increased, evapotranspiration (ET) and sediment yields increased, while streamflows decreased. Biochar is a carbon-based byproduct of pyrolysis. To ensure that the mobile pyrolysis system is economically and environmental sustainable, the biochar must be land applied to the feedstock production fields as a soil amendment. An assessment of hydrologic changes due to the land application of biochar was made using the SWAT model in the Spoon River basin and changes in soil properties due to incorporation of biochar into the soil obtained from laboratory experiments by Cook et al. (2012). Model simulations indicated that a biochar application rate of 128 Mg/ha decreased water yield, and sediment yield in surface runoff and increased soil moisture and ET.

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Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-03-27T22:19:56Z No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-04-13T15:00:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-04-13T15:06:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-13T15:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increase in world population has led to increased demand for water and food, causing thereby greater pressure on agricultural land, and therefore its degradation and scarcity. The use of biochar in agriculture emerges as a sustainable technique, which contribution to the improvement of soil quality and crop productivity has already been highlighted in several studies. Therefore, two experiments were conducted in order to evaluate the influence of biochar application on soil chemical and physical properties and on the yield of two successive crops of cowpea. The trials were conducted in pots, in the period from March 2013 to March 2014, in a greenhouse at UFERSA, Mossoro, RN, Brazil. The experimental design was that of randomized blocks in a 4x5 factorial scheme, being tested four biochar doses (0, 3.5, 7 and 10.5 t ha-1) and five types of soil [Argisol (AS), Cambisol (CS), Oxisol (LS), Fluvic (NFS) and Quartzipsamment (NQS)] with five replications. Biochar was produced from wood resulting from the pruning of cashew trees. Variables analyzed were soil physical properties (water holding capacity and soil density), soil chemical properties [pH, soil organic matter (SOM), P, K, Na, Ca, Mg, exchangeable sodium percentage (ESP) and sum of bases (SB)], characteristics of initial growth of the seedlings (emergence percentage, seedling height and shoot dry mass per seedling) and yield components of cowpea (number of grains per pod (NGP), average length of pods (LP), hundred grain weight (HGW) and grain yield (GY)). Data were submitted to analysis of variance, besides analysis of regression or Tukey test, depending of the effects being considered. With few exceptions, the behavior of the variables was different according to the soil type. Addition of biochar provided a linear increase of 14% in the water holding capacity for the higher dose in relation to the control. Reduction in soil density was provided by biochar application only in the CS and LS. Biochar doses provided in the CS the largest linear increases in values of variables of initial growth of cowpea. Regardless of biochar dose, the NFS soil showed larger values of NGP, LP, HGW and GY of cowpea in both crops. Biochar doses provided linear increases in values of the components of yield of cowpea in both crops, with few negative effects in the second crop. Regardless of biochar dose, the largest values of P, Na, K, Ca, Mg e SB were obtained in the NFS; of pH and Na in the AS and of SOM in the CS, while NQS showed the lowest values of SOM, P, K, Na, and the largest values of ESP. Biochar doses of exerted a positive effect only on pH, SOM, P and ESP, mainly in the soils NFS and CS, however, generally, the doses did not presented consistent effects on chemical characteristics like K, Na, Ca and SB, in most soils. Negative effects of the increase in biochar dose were observed for SB, P, Na, Ca, pH, ESP, Na and K in the soils NFS, LS and CS / O aumento da população mundial tem levado ao incremento da demanda por água e alimentos, gerando, com isso, maior pressão sobre o solo e a água, e consequentemente sua degradação e escassez. O uso de carvão vegetal na agricultura surge como uma técnica sustentável, cuja contribuição para a melhoria da qualidade do solo e da produtividade das culturas tem sido apontada por diversos estudos. Portanto, foram desenvolvidos dois experimentos visando avaliar a influência da aplicação do carvão vegetal sobre características químicas e físicas do solo e sobre a produtividade de dois cultivos sucessivos de feijão-caupi. Os experimentos foram conduzidos em vasos, entre março de 2013 e março de 2014, em casa de vegetação da UFERSA, Mossoró-RN. O delineamento estatístico foi o de blocos ao acaso em esquema fatorial 4x5, tendo sido testadas quatro doses de carvão vegetal (0; 3,5; 7 e 10,5 t ha-1) em cinco tipos de solo [Argissolo (AS), Cambissolo (CS), Latossolo (LS), Neossolo Flúvico (NFS) e Neossolo Quartzarênico (NQS)], com 5 repetições. O carvão vegetal foi produzido a partir de resíduos da poda de cajueiros. As variáveis avaliadas foram características físicas do solo (capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), caractercaractercaracter caractercaracter ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas químicas do solo [cas do solo [cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [pH, matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica (MOS ), P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, percentual percentual percentual percentual percentual percentual de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (PST ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases (SB )], características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de crescimentocrescimentocrescimentocrescimento crescimento crescimentocrescimento inicial inicial inicial das das das pl ânt ul as (as ( as (porcentagem de emergência de plântulas, altura das plântulas, massa seca da parte aérea) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão-caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, comprimento comprimento comprimento comprimento médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) . Os dados foram submetidos à análise de variância e análise de regressão ou teste de Tukey, conforme os efeitos significativos encontrados. Com poucas exceções, o comportamento das variáveis em função da dose de carvão vegetal aplicada diferiu conforme o tipo de solo. A aplicação de carvão vegetal promoveu aumento linear de 14% na capacidade de retenção de água para a maior dose, em relação à dose zero, independentemente do tipo de solo. Além disso, promoveu redução na densidade do solo apenas no CS e LS. As doses de carvão vegetal promoveram no solo CS os maiores aumentos lineares nos valores das variáveis de crescimento inicial do feijão-caupi. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nas variáveis de crescimento inicial na maioria dos solos. Independente da dose de carvão vegetal, o solo NFS apresentou os maiores valores de número de grãos por vagem (NGV), comprimento de vagens (CMV), massa de cem grãos (P100G) e produtividade (PROD) do feijão-caupi nos dois cultivos. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nos valores dos componentes de produção do feijão-caupi na maioria dos solos nos dois cultivos, com poucos efeitos negativos no segundo cultivo. Independente da dose de carvão vegetal, os maiores valores de P, Na, K, Ca, Mg e SB foram obtidos no NFS; de pH e Na no AS e de MOS no CS. Enquanto que o NQS apresentou os menores teores de MOS, P, K, Na e os maiores de PST. As doses de carvão vegetal exerceram efeito positivo apenas sobre pH, MOS, P e PST, principalmente nos solos NFS e CS, entretanto, em geral, não apresentou efeitos visíveis sobre características químicas como K, Na, Ca e SB, na maioria dos solos. Efeitos negativos do aumento na dose de carvão vegetal foram observados para SB, P, Na, Ca, pH, PST, Na e K nos solos NFS, LS e CS / 2017-02-03

Biomass-based reducing agents have a potential to substitute fossil reducing agents in the steel industry. However, the industrial use of biomass-based reducing agents is currently in an early stage of development and has not yet been considered as a means to reduce fossil CO2 emissions, even though the use of fossil-based reducing agents for the iron and steel making cause the highest share of CO2 emissions. This master thesis presents a techno-economic analysis of a 10 MW biochar production plant integrated with sponge iron production in Höganäs. In this study, a steady-state process model was developed, where state-of-the-art research and development in biochar production for increased biochar yield was applied and adapted, using the principle of bio-oil recycle. The developed process model was used to evaluate the biochar production plant, in terms of conversion efficiency, production costs and CO2 emissions, for different process configurations. The results show that bio-oil recycle with 20 wt.% bio-oil increases the energy yield of biochar with 14%. However, it was found that bio-oil recycle increases the required heat input of pyrolysis which led to reduced plant efficiency with 4%-units and increased biochar production costs of 500-1000 SEK/ton biochar. It was found that system integration with Höganäs can reduce the production cost of biochar from over 5000 SEK/ton to under 2000 SEK/ton, where the most significant integration aspect was flue gas integration. The sensitivity analysis showed that the cost of biomass feedstock and total capital investment were the most sensitive input parameters. It was found that system integration with Höganäs was essential to achieve production costs of biochar below the price of fossil reducing agents. It was also found that co-produced bio-oil becomes a main product, essential for the economic performance of the biochar plant, even though the intended main product was the biochar.

Submitted by FÁBIO ROBERTO VIEIRA (fabiorobertovieira@bol.com.br) on 2018-04-18T19:02:13Z No. of bitstreams: 1 Fabio Roberto Vieira - Dissertação versão final.pdf: 2356751 bytes, checksum: 1c49b0709cb5e5a4d26bcf03bbbd3670 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-19T19:12:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vieira_fr_me_guara.pdf: 2356751 bytes, checksum: 1c49b0709cb5e5a4d26bcf03bbbd3670 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T19:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vieira_fr_me_guara.pdf: 2356751 bytes, checksum: 1c49b0709cb5e5a4d26bcf03bbbd3670 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Nessa dissertação é investigada o aproveitamento energético da casca de arroz pela aplicação do processo de pirólise lenta em um reator de leito fixo, o qual foi projetado e construído para realização de trabalho. É estudada a influência dos parâmetros do processo nas características do biochar obtido a partir da casca de arroz, com o objetivo avaliar a sua potencialidade na geração de energia. Para tal foi realizada caracterizações físico-química da casca de arroz in natura e do biochar obtido, aplicando-se diversas técnicas de análise, além da avaliação da eficiência energética. As análises foram estudadas a fim de determinar as condições experimentais que favorecem as características do biochar, tais como poder calorífico superior (PCS) e concentração de carbono fixo, e também o rendimento na produção do mesmo. Foi utilizado um planejamento experimental, conforme metodologia de Taguchi, utilizando-se uma matriz L9 e variando-se os parâmetros que influenciam na pirólise, sendo eles a taxa de aquecimento (β) 5, 10 e 20 ºC/min, temperatura (T) de 300, 400 e 500 ºC, tempo de residência (t) de 3600, 5400 e 7200 s e massa da biomassa in natura (m) de 125, 250 e 500 g. Os resultados indicaram que para os diferentes parâmetros estudados, o maior rendimento de biochar (37,71%) foi observado na condição experimental realizada no teste 7, sendo adotado β=20 ºC/min, T=300 ºC, t=5400 s, e m=500 g. O teste 6 apresentou o maior PCS, 49,05% maior que o da casca de arroz in natura, sendo adotado β=10 ºC/min, T=500 ºC, t=5400 s e m=125 g. Na condição de maior concentração de carbono fixo, o teste 3 apresentou melhor resultado (60,10 %), no qual foi adotado β=5 ºC/min, T=500 ºC, t=7200 s e m=500 g. A ANOVA foi aplicada para analisar a variância do processo, sendo que a temperatura foi o parâmetro de maior influência no processo. Também foram determinadas as condições de melhor ajuste para otimização do processo para maior rendimento na produção de biochar (β= 20 ºC/min, T=300 ºC, t=3600 s e m=500 g), para maior concentração de carbono fixo no biochar (β=5 ºC/min, T=500 ºC, t=7200 s e , m=250 g) e para obtenção de biochar com maior PCS (β=10 ºC/min, T=500 ºC, t=3600 s e m=125 g). A avaliação energética mostrou que, tecnicamente, há um ganho energético na aplicação da pirólise lenta da casca de arroz. / In this dissertation is investigated the utilization of the rice husk means slow pyrolysis process in a fixed bed reactor, which was designed and built to perform work. The influence of the process parameters on the characteristics of the biochar obtained from the rice husk is studied, with the objective of evaluating its potential in the energy. For this purpose, physicalchemical characterization of the in natura rice husk and the biochar obtained were performed, applying several analysis techniques, as well as the energy efficiency assessment. The analyzes were studied in order to determine the experimental conditions favoring the biochar characteristics, such as higher heat value (HHV) and fixed carbon concentration, as well as the yield in the production of the same. An experimental design was used, according to Taguchi's methodology, using a L9 matrix and varying the parameters that influence pyrolysis, being the heating rate (β) 5, 10 and 20 ºC / min, temperature (T) of 300, 400 and 500 ° C, residence time (t) of 3600, 5400 and 7200 if mass of the in natura biomass (m) of 125, 250 and 500 g. The results indicated that the highest biochar yield (37.71%) was observed in the experimental condition performed in test 7, using β = 20 ºC / min, T = 300 ºC, t = 5400 s, in = 500 g. Test 6 showed the highest HHV, 49.05% higher than in natura rice husk, being adopted β = 10 ºC / min, T = 500 ºC, t = 5400 s and m = 125 g. In the condition of higher fixed carbon concentration, test 3 presented the best result (60.10%), in which β = 5 ° C / min, T = 500 ° C, t = 7200 s and m = 500 g. ANOVA was applied to analyze the process variance, with temperature being the parameter of greatest influence in the process. It was also determined the conditions of better adjustment for process optimization for higher yield of biochar (β = 20 ºC / min, T = 300 ºC, t = 3600 m = 500 g) for higher fixed carbon concentration in biochar (β = 10 °C/min, T = 500 °C, t = 7200 s, m = 250 g) and to obtain biochar with higher HHV). The energy evaluation showed that, technically, there is an energetic gain in the application of the slow pyrolysis of the rice husk. / 134299/2017-5 / 301819/2015-7

In accordance with the principles of green chemistry, the use of recycled materials in order to become the raw materials for the same or other process, minimizes or eliminates the generation of waste, reducing the use of materials and energy in process. Usually the alternatives explored are associated to farm products as, for example, the biomass derived of plants together with agricultural waste often lignocellulosic materials. The adsorbants used in this work derived of the tannin extraction from the Acacia mearnsii de Wildemann bark were pyrolyzed, chemically treated and appointed activated biochar (AB) and magnetic biochar (MB). Characterization by FT-IR, TGA, XDR, CHN and SEM allowed to display characteristics such as, for example, the presence of compounds originating from the biomass origin, tannins (TAN) in the BM and exhausted from the bark (CE) for BA. The adsorbents were effective in removing pesticides tiacloprid (TCL) and thiamethoxam (TMX) with values of adsorption capacity q = 0.73 and 0.40 mg g-1 for BM eq = 1.02 and 0.90 mg g-1 for BA, respectively. The removal percentage values were approximately 100% for two pesticides using BA, 72% and 42% using the WB, respectively, for the pesticides TMX and TCL. The kinetic model of pseudo-second order was the one that best fitted the results with values of q (exp) closest to q (calc) and good linearity coefficients ranging from 0.976 to 0.999. The study desorption of pesticides with water was performed in order to evaluate the possibility of the withdrawal of these pesticides for possible reuse of biochars. Attempting to desorption of adsorbed pesticides in biochar no significant results, thus evidencing the strong interaction between them. Thus, the study proposes the reuse of waste from an industrial process, which is the exhausted bark, for environmental purposes, as an alternative in removing pesticides besides assign any application to tannins extracted in the same process. / De acordo com o princípio da química verde, a utilização de materiais reciclados a fim de que se tornem matérias-primas para o mesmo processo ou para outro, minimiza ou elimina a geração de resíduos, diminuindo o uso de materiais e energia na produção. As principais alternativas atualmente exploradas estão relacionadas a produtos, como a biomassa de plantas em conjunto com resíduos agrícolas muitas vezes de materiais lignocelulósicos. Os adsorventes utilizados nesse trabalho, derivados da extração de taninos da casca da acácia negra (Acacia mearnsii de Wildemann) foram pirolisados, tratados quimicamente e nomeados de biocarvão ativado (BA) e biocarvão magnético (BM). A caracterização pelas técnicas de FT-IR, TGA, DRX, CHN e MEV permitiram visualizar características como a presença de compostos oriundos da sua biomassa de origem, taninos (TAN) no caso do BM, e a casca esgotada (CE) para o BA. Os adsorventes mostraram-se eficientes na remoção dos pesticidas tiacloprido (TCL) e tiametoxam (TMX) com valores de capacidade de adsorção, q = 0,73 e 0,40 mg g-1 para o BM e q = 1,02 e 0,90 mg g-1 para BA, respectivamente. Os valores de porcentagem de remoção foram aproximadamente 100% para os dois pesticidas usando o BA, 72% e 42% usando o BM, respectivamente, para os pesticidas TCL e TMX. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem foi o que mais se ajustou aos resultados encontrados com valores de qe(exp) mais próximos do qe(calc) e bons coeficientes de linearidade variando entre 0,976-0,999. O estudo de dessorção dos pesticidas utilizando água foi realizado no intuito de avaliar a possibilidade da retirada desses pesticidas para possível reutilização dos biocarvões. A tentativa de dessorção dos pesticidas adsorvidos nos biocarvões não apresentou resultados significativos, constatando-se assim a forte interação entre eles. Assim, o estudo propõe a reutilização de um rejeito de um processo industrial, que é a casca esgotada, para fins ambientais, como uma alternativa na remoção de pesticidas além de atribuir outra aplicação aos taninos extraídos no mesmo processo.

Due to the growing problem of water scarcity, as well as the need to preserve the environment, studies have been conducted aiming at the reuse of agroindustrial waste so that biofuels can be produced to promote the reuse of wastewater in crop irrigation as well as used in the removal of emerging micropollutants in wastewater. The bioadsorption arouses great interest in the research of new materials that can be used as adsorbents, because it presents a promising, efficient, economically viable and ecologically sustainable proposal when compared to other decontamination methods. In this context, the present study was based on the production of a biochar from the orange bagasse at 550oC to compose a tertiary treatment in the tetracycline retention as well as the use of the effluent in the irrigation of the radish culture. Samples of in natura orange pomace, biochar and activated commercial charcoal were characterized. The samples were characterized by thermogravimetry, surface area and porosity measurements, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Irrigation with the filtered effluent with activated charcoal and biocarbon did not influence representatively the agronomic variables of the culture, the physical- chemical properties of water and effluents were met by the aforementioned resolution and / or work on the subject. He observed the risk of salinization and sodification of the soil by the practice. The Langmuir model was the one that best adapted to the biochar, configuring adsorption of physical nature, beneficial to the desorption process. The kinetic model that fitted the most was the pseudo-second order and the estimated equilibrium time for the biochar was eight minutes. The spectrophotometric method was safe, economical and feasible in all the analyzes used. The biocarbon had a capacity of 100% tetracycline adsorption in domestic wastewater and the efficiency of the filtration with biochar was on average 25% higher than with the commercial coal. In view of the above, the possibility of converting a waste from the low-value agro-industry and without appropriate destination to a value-added product, orange marc bagasse, to be used as a tertiary treatment for reuse of effluent in irrigation and as adsorbent for the removal of tetracycline in domestic wastewater. / Devido ao crescente problema de escassez de água, bem como pela necessidade da preservação do meio ambiente, estudos têm sido conduzidos visando o reaproveitamento de resíduos da agroindústria para que possam ser produzidos biocarvões para a promoção do reuso de águas residuárias na irrigação de culturas, bem como utilizados na remoção de micropoluentes emergentes em águas residuárias. A bioadsorção desperta elevado interesse em relação à pesquisa de novos materiais que possam ser utilizados como adsorventes, por apresentar uma proposta promissora, eficiente, economicamente viável e ecologicamente sustentável quando comparado aos demais métodos de descontaminação. Neste contexto, o estudo do presente trabalho se baseou na produção de um biocarvão a partir do bagaço da laranja a 550oC para compor um tratamento terciário na retenção da tetraciclina bem como a utilização do efluente na irrigação da cultura do rabanete. Foram caracterizadas amostras do bagaço de laranja in natura, o biocarvão e o carvão comercial ativado. As amostras foram caracterizadas por termogravimetria, medidas de área superficial e porosidade, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X. A irrigação com o efluente filtrado com o biocarvão e carvão comercial ativado não influenciaram representativamente nas variáveis agronômicas da cultura, nas análises físico-químicas da água e efluentes foram atendidos pela referida Resolução e/ou trabalhos sobre a temática. Observou o risco de salinização e sodificação do solo pela prática. O modelo de Langmuir foi o que melhor se adaptou ao biocarvão, configurando adsorção de natureza física, benéficas para a processo de dessorção. O modelo cinético que mais se ajustou foi o de pseudo-segunda ordem e o tempo de equilíbrio estimado para o biocarvão foi de oito minutos. O método espectofotométrico apresentou-se seguro, econômico e viável em todas as análises utilizadas. O biocarvão teve capacidade de adsorção da tetraciclina de 100% em águas residuárias domésticas e a eficiência da filtração com biocarvão foi em média 25% maior do que com o carvão comercial. Diante do exposto conclui-se a possibilidade de conversão de um resíduo da agroindústria de baixo valor e sem destinação apropriada, a um produto de valor agregado, o biocarvão do bagaço da laranja, a ser utilizado como tratamento terciário para o reuso de efluentes na irrigação de culturas e como adsorvente para remoção da tetraciclina em águas residuárias domésticas. / São Cristóvão, SE

Le charbon de bois (biochar), est un amendement qui améliore les propriétés physico-chimiques du sol, augmente le stockage du carbone et les productions agricoles. Les anciens sites de production de charbon permettent d'évaluer son impact directement sur le terrain et sur le long terme. Dans les Alpes italiennes on a échantillonné une série de charbonnières daté de 1858 ainsi que les sols de prairies adjacents, ne contenant pas de charbon. 80±21% du carbone provenant de la production du charbon est toujours présent dans le sol et a un temps de résidence moyen de 650±139 ans. Le contenu des nutriments et leur biodisponibilité sont plus élevés dans les charbonnières par rapport à la prairie alentour et, sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1858. L'ajout de charbon apporte des nutriments au sol, mais à court terme les ions Ca2+, K+, SO42- et Mg2+ sont lixiviés sous forme de cendres. Le charbon s'avère capable de retenir les dépositions atmosphériques de PO43-, NH4+, NO3- et, sur le long terme, de K+. L'augmentation du contenu en nutriments, la diminution de l'hydrophobie et de la densité apparente du sol augmentent la productivité et la valeur nutritionnelle des espèces alpines fourragères (Festuca nugrescens Lam. et Trifolium pratense L.). La croissance des plantes est limitée par l'azote sur les charbonnière et par le phosphore dans les prairies non-amendés ou amendés récemment. Nous concluons que le charbon/biochar peut être une stratégie pour stocker le carbone dans les sols, augmenter la production de biomasse et la qualité du fourrage des prairies Alpines à long terme. Toutefois les opérations d'enfouissement peuvent être complexes à cause de la géomorphologie des Alpes. / Charcoal or biochar is proposed as a soil amendment to improve physio-chemical soil properties, increase soil carbon (C) stocks and agricultural yields. Ancient charcoal hearths provide an opportunity to investigate its impact under field conditions and in the long term. A series of charcoal hearths and adjacent charcoal-free soils under grassland in the Italian Alps abandoned in 1858 was sampled.80±21% of the C originating from ancient charcoal is still present in the soil today and has a Mean Residence Time of 650±139 years. The content of total and available nutrients is higher in the hearths soils compared to the surrounding grasslands and it is higher today compared to 1858. The input of charcoal directly adds nutrients to soils but Ca2+, K+, SO42- and Mg2+ are leached in the short term after application, as they are lost in the form of ashes. Charcoal is able to retain atmospheric depositions of PO43-, NH4+, NO3- and in the long term K+.The increase in soil nutrient content and decreases in hydrophobicity and bulk density translated into higher plant growth and nutritional values of two alpine fodder species (Festuca nigrescens Lam. and Trifolium pratense L.). Plant growth was N-limited in the charcoal hearths soils and P-limited in the surrounding grasslands not amended or recently amended with charcoal/biochar.We can conclude that charcoal/biochar is a long term strategy to store carbon in soils, improve biomass productivity and fodder quality in alpine grasslands. However charcoal/biochar incorporation into soil can be complex because of the geomorphology of the Alps.

Biochar has been heralded a mechanism for carbon sequestration and an ideal amendment for improving soil quality. Melaleuca quinquenervia is an aggressive and wide-spread invasive species in Florida. The purpose of this research was to convert M. quinquenervia biomass into biochar and measure how application at two rates (2% or 5% wt/wt) impacts soil quality, plant growth, and microbial gas flux in a greenhouse experiment using Phaseolus vulgaris L. and local soil. Plant growth was measured using height, biomass weight, specific leaf area, and root-shoot ratio. Soil quality was evaluated according to nutrient content and water holding capacity. Microbial respiration, as carbon dioxide (CO2), was measured using gas chromatography. Biochar addition at 5% significantly reduced available soil nutrients, while 2% biochar application increased almost all nutrients. Plant biomass was highest in the control group, p2 flux decreased significantly in both biochar groups, but reductions were not long term.

The main subject of this dissertation is the ecotoxicological evaluation of significant point sources of pollution. These include wildfires and wide fires of factories and also industrial and urban wastewater treatment plants. The local application of pyrolytic product obtained from sewage sludge as the point source of pollution was also included in the thesis. Tests in aquatic and contact arrangement with using both water and soil organisms for ecotoxicity evaluation of selected matrices were chosen. Crustaceans Thamnocephalus platyurus, Daphnia magna Straus and sea bacteria Vibrio fischeri were selected as representative organisms of water animals. Duckweed Lemna minor was chosen as water plant. Further collembola Folsomia candida and earthworm Eisenia fetida were chosen as representatives of soil animals. Finally onion Allium cepa L. and mustard Sinapis alba are representatives of terrestrial plants. Submitted thesis deals about analytes of interest, their properties and ways of distribution to the environments. The output of the thesis is a comprehensive assessment of the effects of selected point sources of pollution on aquatic and terrestrial ecosystems organisms and ecotoxicological risks assessment. The fire extinguishing agents have been proven to be the most stressful substances for all selecteded organisms.