A demanda global por energia tem acompanhado o desenvolvimento de novas indústrias, o que exige um constante aprimoramento e busca por novas fontes de energia. Com a conscientização da população a respeito da necessidade de fontes de energia renovável se abriu uma expectativa otimista para o uso da biomassa como fonte de energia. Uma variedade de microrganismos, como bactérias e fungos produzem enzimas que podem ser usadas para a despolimerização de biomassa celulósica em monômeros de glicose. Dentro deste contexto, estudamos uma celulase (XCC3535) de Xanthomonas campestris. Esta proteína é um híbrido natural com dois domínios (um domínio glicosilhidrolase e um domínio semelhante à expansina) que podem possuir funções complementares. Acredita-se que expansinas e proteínas semelhantes a expansinas possam ajudar na degradação da celulose cristalina, participando na ligação ao substrato, seguida pela formação de complexos enzimáticos ou, possivelmente, associadas à superfície para degradação. Este trabalho foi iniciado com análises de bioinformática da sequência para a proteína Glicosilhidrolase permitindo três construções para clonagem : uma completa contendo ambos os domínios (catalítico e semelhante a Expansina), outro com apenas o domínio catalítico GH5, e uma terceiro com apenas o domínio semelhante a Expansina. Obtemos por expressão recombinante em Escherichia coli Rosetta proteína das três construções. A amostra protéica pura foi utilizada para estudos por espalhamento dinâmico de luz (DLS), espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS), dicroísmo circular (CD) e cristalização para uso aplicando difração de raios-X. Assim, nosso principal objetivo neste estudo foi a descrição da Glicosilhidrolase XCC3535, permitindo assim a geração de conhecimento para o entendimento da função desta proteína e de seus domínios. / Global demand for energy has grown with the development of new industries that requires constant improvement and search for new sources of energy. Nowadays, the growing awareness of the population about the need for renewable energy have opened an optimistic expectation for the use of biomass as energy source. A variety of microorganisms like bacteria and fungi produce enzymes that can be used for the depolymerization of cellulosic biomass into glucose monomers. Within this context, we study one cellulase (XCC3535) from Xanthomonas campestris organism. This protein is a natural hybrid with two domains (a glicosyl hidrolase domain and an expansin-like domain) which seem to have complementary functions. It is believed that expansins help in the degradation of crystalline cellulose by participating in substrate binding, followed by formation of enzyme complexes or possibly attaching to cell surface. This work was initiated using bioinformatics analysis of the protein sequence and three constructs were made: a full length containing both domains (catalytic and expansin), another with only the catalytic domain, and a third one with only the expansin-like domain. We were able to overexpress these recombinant proteins in Escherichia coli Rosetta strain. The pure protein sample was used for studied by Dynamic Light Scattering (DLS), Small angle X-ray scattering, Circular Dichroism (CD) and Crystallization for X-ray diffraction. Thus, our main objective in this study was structurally describe these proteins, thereby allowing the generation of knowledge for understanding function of these proteins.

A revolução industrial levou a sociedade ao incremento do uso de fontes de energia e, no século XX, ao uso intensivo de derivados de petróleo, pelo desenvolvimento dos automóveis como meio de transporte. Ou seja, nos últimos séculos a sociedade tem usado como base de seu crescimento os combustíveis de origem fóssil, que na atualidade, além de seu esgotamento têm originado problemas ambientais derivados de seu uso. Dada esta situação, surge a necessidade de pesquisar sobre fontes alternativas de energia que tenham um menor impacto ambiental, como por exemplo, os chamados biocombustíveis, os quais são, na realidade, combustíveis de origem biomássica. Neste trabalho, fazendo-se uso da análise exergética e exergo-ambiental, são avaliadas diferentes rotas de produção de biocombustíveis: hidrólise ácida do amido da polpa da banana ou da banana, e hidrólise enzimática do material lignocelulósico de resíduo do cultivo da banana para obter açúcares que depois são fermentados e destilados para obtenção de etanol; produção combinada de açúcar e etanol mediante a moagem da cana de açúcar, concentração, cozimento e refino do açúcar e fermentação e destilação dos açúcares da cana-de-açúcar para produzir etanol; assim como a extração e transesterificação do óleo da palmeira-do-dendê para a produção de biodiesel. Para a análise da produção combinada de açúcar e etanol usando a cana de açúcar, e a extração do óleo da palmeira do dendê, foram usados dados técnicos obtidos de plantas de produção localizadas na Colômbia operando em condições normais. Para a produção do biodiesel, foram usados dados técnicos obtidos da planta de produção piloto da Universidade Nacional de Colômbia, e para a modelagem das rotas de produção de etanol usando o material vegetal da banana, os dados de análises experimentais feitos no Laboratório do Bioprocessos da Universidade Nacional de Colômbia. A análise é feita considerando desde o cultivo da biomassa até a obtenção do biocombustível, dividindo cada rota de produção em seus principais volumes de controle: cultivo da biomassa, processos de produção, planta de utilidades e a planta de tratamento dos resíduos. Em cada volume de controle é definida e obtida a eficiência exergética nas condições atuais dos processos, visando a otimização dos parâmetros que participam do processo produtivo. Da análise, encontra-se que as maiores irreversibilidades são geradas nos processos onde acontecem reações termoquímicas irreversíveis, especialmente a reação de combustão, hidrólise e fermentação, e a necessidade de continuar pesquisando para reduzir o consumo dos insumos utilizados, calor e trabalho mecânico. Finalmente, por meio da análise exergo-ambiental é proposto o Indicador Exergético de Renovabilidade, o qual avalia a exergia dos produtos em relação à exergia não-renovável nos insumos, de desativação dos resíduos, perda nos resíduos não desativados e a exergia destruída nos processos. Como conclusão principal, encontra-se que ainda que seja usada biomassa como matéria principal, devido especialmente à entropia gerada nas etapas dos processos, algumas rotas de produção de biocombustíveis podem ser classificados como não renováveis. / The industrial revolution led the society to increase the use of energy resources, and in the 20th Century to the intensive use of petroleum derivate, due to the development of internal combustion engines for transport end-use. Therefore, during the last 200 years, the society has used fossil fuel as basis for its development, which actually has originated environmental problems derived of its intensive use. Set against this situation, it arises the necessity to research alternative energy resources with less environmental impacts, such as biofuels, originated from biomass. In this work, using the exergy and exergo-environmental analysis, different biofuel production processes are evaluated: acid hydrolysis of starch from banana fruit pulp or banana fruit and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic residual material from banana fruit production to produce sugars that are fermented and distillated to produce ethanol; combining production of sugar and ethanol from sugar cane; as well as the african palm oil extraction and transesterification to biodiesel production. For combining production of sugar and ethanol from sugar cane and african palm oil extraction, were used technical dates from industrial production plants located in Colombia, working in normal conditions. For biodiesel production, was used technical dates from pilot plant production from National University of Colombia and for ethanol production routes from banana fruit, were used technical dates obtained from experimental analysis doing in Biochemical Laboratory of National University of Colombia. The analysis developed takes into account the different energy conversion processes from biomass growing to final product obtained, dividing each process on its main control volumes: biomass growing and transport, production plant, utility plant and residues treatment plant. The exergy efficiency for each control volume is defined and calculated aiming at the optimization of main thermodynamics variables that are taking part in the production process. From the analysis, it is founded that the greater irreversibilities are generated in processes where termochemical irreversible reactions take place, specially: the combustion, hydrolysis and fermentation reaction, and the necessity to continue researching to diminish the use of raw material as well as steam and mechanical work. Finally, based on the exergo-environmental analysis, it is proposed the Renewability Exergetic Indicator, which aims to evaluate the relation among the exergy in the products obtained and the non-renewable exergy input, the deactivation exergy consumed in residues treatment, as well as the exergy destroyed on production processes and exergy lost in non treated residues. The main conclusion is that, despite the use of biomass as raw material, some biofuels production processes may be classified as non-renewable, due to the entropy generation in production phases.

Impulsionados pelo crescente aumento no consumo de energia e pela pressão às fontes de combustíveis fósseis causada por este aumento, vem crescendo também o interesse por culturas bioenergéticas, buscando substituir, pelo menos em parte, a matriz energética mundial por uma mais sustentável. Dentre as várias opções de oleaginosas disponíveis, tem se apresentado o pinhão-manso (Jatropha curcas L.) como uma planta promissora na produção de biocombustíveis, apesar da baixa disponibilidade de informação sobre esta planta como cultura comercial. Juntamente com esse aumento de interesse nas culturas destinadas a produção de energia, vem aumentando também, o interesse em métodos de análises multicritérios, que seja capaz de apresentar indicativos não só econômicos, mas também de sustentabilidade. Neste contexto, a análise dos fluxos de energia vem sendo muito utilizado para avaliar e comparar diferentes sistemas de produção, quanto ao seu balanço de energia, ou seja, a entrada e saída de energia de um sistema. Realizou-se, portanto, um estudo dos componentes de produção da cultura do pinhão-manso, em seis áreas de produção no estado de São Paulo, onde se determinou a demanda de energia do sistema de produção na condição de sequeiro, e o efeito da inclusão da irrigação via gotejamento e pivô central neste sistema. Na condição de sequeiro, o ponto de equilíbrio entre a incorporação e produção de energia, foi atingido com as produtividades de 1,5 Mg ha-1 ano-1, sem considerar o aproveitamento dos resíduos e 1,3 Mg ha-1 ano-1 se estes forem aproveitados na cogeração. O fator que mais influenciou a incorporação de energia foi a utilização intensiva de insumos como fertilizantes e agroquímicos para controle de pragas e doenças, representando cerca de 65% do total de energia incorporada no sistema de produção de sequeiro. Para a condição de irrigação avaliada, as produtividades mínimas para se iniciar a viabilidade energética foram de 4,27 e 3,60 Mg ha-1 ano-1 respectivamente, para irrigação via pivô central e gotejamento, sem o aproveitamento dos resíduos na cogeração de energia e de 3,88 e 3,27 Mg ha-1 ano-1 quando se considera os resíduos na avaliação. O consumo direto de energia na pressurização do sistema foi o fator de maior influência na incorporação total do sistema de produção irrigado, representando em média 55%. / The increase in the energy consumption and the pressure on the fossil fuel sources have increased the interest in the bioenergy crops, in order to have more sustainable options in the world energy matrix. Among the oilseeds available, Jatropha curcas L. is taken as a promising oil provider to biofuel production. As the interest in bioenergy crops increases, the interest in advanced analysis methods also increases, being able to evaluate the production systems not only economically, but also regarding sustainability. In this context, the analysis of energy flows has been widely used to evaluate and to compare different production systems, determining its input and output energy flows. A study about the inputs required to produce Jatropha in six areas in the state of São Paulo was done. It was determined the energy demand of the production system in dryland condition, and also the effect of drip and center pivot irrigation. In dryland conditions, the feasibility breakeven point between input and output was achieved with yields of 1.5 Mg ha-1 yr-1, without waste recovery and of 1.3 Mg ha-1 yr-1 if wastes are utilized in cogeneration. The factor that most influenced the energy embodiment was the intensive use of inputs such as fertilizers and pesticides, which accounted about 65% of the total embodied energy in the dryland systems. With irrigation, minimum yields to achieve the energy feasibility were 4.27 and 3.60 Mg ha-1 yr-1 respectively, for center pivot and drip, without using wastes in the energy cogeneration and 3.88 and 3.27 Mg ha-1 yr-1 when considering wastes in the evaluation. The direct energy consumption in the pressurization system was the most important factor in the irrigated production system, representing 55% on average.

Pretende-se estudar um caminho alternativo para a obtenção de biocombustíveis sintéticos, para uso veicular, utilizando-se para tal a rota tecnológica conhecida como Biomass-to-Liquids (BTL) que consiste na utilização da síntese Fischer-Tropsch para a construção de cadeias de hidrocarbonetos a partir de unidades monoméricas obtidas de uma mistura gasosa majoritariamente formada por monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H), conhecida como syngas quando proveniente de fontes energéticas fósseis como o carvão mineral ou o gás natural ou também biosyngas quando proveniente de matéria-prima carbonada renovável, como é o caso da biomassa. O presente trabalho visa abordar o começo dessa cadeia produtiva ao introduzir um conceito para biomassa e os meios para obtenção do biosyngas através do processo conhecido como gaseificação; é feita uma menção à obtenção bem sucedida de biosyngas nas dependências do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) de São Paulo. Segue-se com a utilização desse insumo na síntese Fischer-Tropsch largamente utilizada ao longo do século XX em países específicos para abastecimento da frota veicular local onde seu princípio fundamental é introduzido, assim como os principais mecanismos de formação de cadeias de hidrocarbonetos de diferentes pesos moleculares permitindo assim a obtenção de gasolina e óleo diesel. Essa dissertação apresenta conceitos para a palavra combustível, da mesma forma que introduz os combustíveis fósseis, seus importantes derivados e suas propriedades gerais para que seja possível, adiante, utilizá-los como comparativo com os biocombustíveis sintéticos; é apresentada a evolução histórica dessa tecnologia e são também abordadas a primeira e segunda gerações de biocombustíveis, para se trazer dados que indiquem as vantagens do óleo diesel Fischer-Tropsch quando comparado com seu equivalente oriundo da petroquímica convencional e por fim demonstrar sua superior qualidade sócio-ambiental como biocombustível sintético para o futuro da matriz energética mundial. / What is supposed to be on board of this study consists in an alternative way focused on vehicular use synthetic fuels obtaining, using as main process the technological route known as Biomass-to-Liquids (BTL), which one consists on Fischer-Tropsch synthesis use for hydrocarbons chain building starting from monomer units obtained from a gas mixture made up mostly by carbon monoxide (CO) and hydrogen (H), known as syngas from fossil energy sources such as coal or natural gas or also biosyngas from carbonaceous renewable raw materials, such as biomass. This paper aims to address the beginning of the production chain in order to introduce a concept for biomass and the biosyngas obtaining means through the process known as gasification, a reference is made to a successful biosyngas obtaining the dependencies at the Institute for Technological Research (IPT) from Sao Paulo. Then there is the use of that input in the Fischer-Tropsch synthesis widely used throughout the twentieth century, in specific countries, to supply the local vehicle fleet where its basic principle is introduced, as well as the main hydrocarbons chain formation mechanisms thus different molecular weights providing gasoline and diesel oil. This essay presents concepts for the word fuel, the same way that makes it for fossil fuels, their major products and their properties in order to use them as a comparison standard for synthetic biofuels, it was also presented the historical development of this technology and first and second generation of biofuels, in order to bring evidence to suggest the benefits of the Fischer-Tropsch diesel fuel once compared to its conventional equivalent come from the petrochemical and finally to demonstrate it as a socio-environmentally superior quality synthetic biofuel for the future of global energy matrix.

O Brasil se destaca, dentre o conjunto de países, como aquele que engendrou e consolidou o uso de recursos energéticos alternativos aos combustíveis fósseis, como por exemplo, os biocombustíveis. A condição de player mundial de etanol, biocombustível produzido a partir da cana-de-açúcar, foi alcançada pelo país em decorrência dos significativos aportes financeiros concedidos pelo Estado ao setor sucroalcooleiro desde o final do século XIX e, sobretudo, durante a década de 1970, por meio do Programa Nacional do Álcool (PNA) cujo objetivo era diminuir a dependência do país em relação ao petróleo importado. Num período que se caracteriza, dentre outras questões, por uma corrida global por alimentos e novas fontes de energia limpa para suprir a crescente demanda mundial, o Brasil desponta no cenário internacional como o país que possui uma situação sui generis, uma vez que com o seu vasto território, poderia, supostamente, conciliar a produção de alimentos e de matérias-primas para a geração dos biocombustíveis (etanol e biodiesel). Investigou-se, portanto, a ocorrência simultânea dos seguintes fenômenos: a intensificação de compra de terras brasileiras por estrangeiros (para a produção de commodities agrícolas, matérias-primas para biocombustíveis e para servir de reserva de valor) e o questionamento dos agentes políticos e econômicos supraestatais quanto à sustentabilidade dos biocombustíveis, por compreenderem que o cultivo de matérias-primas voltadas para o processo produtivo do etanol e do biodiesel, pode comprometer a oferta de gêneros agrícolas de primeira necessidade, o que provocaria o aumento dos preços e elevaria o número de famintos no mundo. Assim, o objetivo dessa pesquisa, portanto, foi compreender as ações políticas do Estado brasileiro no processo de regulação do território para a produção dos recursos energéticos alternativos. Essas ações estiveram e estão condicionadas as forças externas (as corporações transnacionais, outros Estados territoriais e Instituições supraestatais) e as forças internas (os diferentes interesses dos segmentos sociais que compõe a nação). Ainda, elas têm imprimido no território brasileiro, diferentes dinâmicas sócio-espaciais cujos resultados têm sido a expansão dos canaviais sobre a região do Cerrado e o deslocamento da pecuária para o bioma da Amazônia. Convém destacar que buscamos compreender as ações do Estado brasileiro inseridas em contextos histórico-geográficos aos quais denominamos de ordens geopolíticas. Em cada uma dessas ordens geopolíticas, o Estado brasileiro esteve articulado à economia-mundo. Assim, embora as ações do Estado brasileiro tenham sido controversas e ambíguas no que diz respeito aos recursos energéticos alternativos, não se pode desconsiderar que as mesmas não tenham tido papel de relevo na consolidação de uma matriz energética mais limpa. Tal fato coloca o Brasil como um dos protagonistas nos fóruns internacionais sobre desenvolvimento sustentável. Não obstante, o setor sucroalcooleiro brasileiro tem se tornado mais concentrado, oligopolizado e desnacionalizado. E a concentração de terras pelas Corporações Transnacionais que atuam no segmento dos biocombustíveis tem sido um dos fatores que concorrem para que o Brasil ainda tenha uma segurança alimentar vulnerável. / Brazil stands out among the group of countries, such as one that engendered and consolidated the use of alternative energy sources to fossil fuels, such as biofuels. The condition of world player of ethanol, biofuel made from sugar cane, was achieved by the country as a result of significant financial contributions granted by State to the sugarcane sector since the late nineteenth century and especially during the 1970s through the National Alcohol Program (PNA) whose goal was to reduce the country\'s dependence on imported oil. In a period that is characterized, among other things, by a global race for food and new sources of clean energy to meet the growing global demand, Brazil is emerging on the international scene as the country that has a unique situation, since the its vast territory, could supposedly reconciling the production of food and raw materials for the generation of biofuels (ethanol and biodiesel). We investigated, therefore, the simultaneous occurrence of the following phenomena: the intensification of land purchases by foreigners in Brazil (for the production of agricultural commodities, raw materials for biofuels and to serve as a store of value) and questioning of political and economic agents supra regarding the sustainability of biofuels, by understanding that the cultivation of raw materials aimed at the production process of ethanol and biodiesel, can compromise the supply of farm products of first necessity, which would lead to higher prices and would increase the number of hungry people in the world. The objective of this study was therefore to understand the political actions of the Brazilian state in the regulation of the territory for the production of alternative energy resources. These actions were and are conditioned external forces (transnational corporations, territorial states and other institutions supra) and internal forces (the different interests of social groups that make up the nation). Still, they are printed in the Brazilian territory, different socio-spatial dynamics whose results have been the expansion of sugarcane plantations on the Cerrado region and the displacement of cattle ranching to the Amazon biome. It should be noted that we try to understand the actions of the Brazilian state entered into historical and geographical contexts to which we call geopolitical orders. In each of these geopolitical orders, the Brazilian state was articulated to the world economy. Thus, although the actions of the Brazilian state have been controversial and ambiguous with respect to alternative energy resources, one can not ignore that they have not had major role in the consolidation of a cleaner energy matrix. This fact places Brazil as a major actor in international forums on sustainable development. Nevertheless, the Brazilian sugarcane sector has become more concentrated, oligopolistic and stateless. And the concentration of land by transnational corporations that operate in biofuels has been one of the factors that contribute to that Brazil still has a vulnerable food security.

Cianobactérias são micro-organismos procarióticos fotoautotróficos que apresentam ampla variedade morfológica e metabólica, o que favorece sua colonização nos mais diversos tipos de ambientes. Essa versatilidade favorece a sua utilização em inúmeras aplicações biotecnológicas em áreas como agricultura, energia, nutrição e tratamento de efluentes. Com o aumento da demanda energética e de alimentos, as cianobactérias são consideradas alternativas mais sustentáveis para a biossíntese de produtos de interesse industrial. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar o crescimento de cianobactérias em meios suplementados com vinhaça e seus efeitos na produção de lipídios e na composição de ácidos graxos, visando a produção de biodiesel. Para tanto, onze linhagens de cianobactérias isoladas de amostras de água coletadas em rios da Amazônia foram identificadas morfologicamente e geneticamente como pertencentes à quatro ordens - Nostocales, Chroococciodipsidales, Synecoccocales e Oscillatoriales. Essas linhagens tiveram o seu crescimento avaliado em meios de cultivo suplementados com vinhaça (1, 2,5, 5 e 10% v/v) e em vinhaça diluída em água ultrapura (2,5, 5 e 10% v/v). Todas as linhagens foram capazes de crescer nas concentrações testadas, porém, nas concentrações mais elevadas de vinhaça, observou-se a inibição do crescimento e/ou o aumento da proliferação de contaminantes heterotróficos. Nas diluições de vinhaça em água ultrapura, nenhuma linhagem apresentou crescimento. Duas linhagens foram selecionadas para análises subsequentes devido ao rápido crescimento (Planktothrix mougeotii CMAA1564) e ao perfil de ácidos graxos favoráveis à produção de biodiesel (Amazoninema brasiliense CMAA1602, gênero inédito). Essas linhagens tiveram seu crescimento investigado nos meios BG11, BG11+1% e BG11+2,5% de vinhaça utilizando os métodos gravimétrico (biomassa seca) e espectrofométrico (densidade ótica - DO680nm e DO750nm), para a identificação das fases de crescimento. As maiores taxas de produtividade lipídica e de biomassa foram observadas nas biomassas coletadas na fase log em meio suplementado com vinhaça a 1%, com destaque para P. mougeotii CMAA1564 (3,18 e 35,87 mg L-1 dia-1, respectivamente). A análise do perfil de ácidos graxos das frações lipídicas mostrou a predominância dos ácidos graxos saturados e monoinsaturados nos óleos das biomassas cultivadas em meio com vinhaça, sendo majoritários os ácidos palmítico, palmitoleico, oleico e alfa-linolênico. A partir da composição de ácidos graxos das frações lipídicas foi possível estimar 11 parâmetros de qualidade do biodiesel derivado dessa matéria-prima lipídica. A maioria das propriedades avaliadas estavam de acordo com as especificações de qualidade do biodiesel estabelecidas na legislação nacional e internacional, com exceção para a viscosidade cinemática que apresentou valores inferiores. Esses resultados são promissores visto a oportunidade de exploração da biodiversidade de cianobactérias ainda pouco estudada para fins biotecnológicos. Essa pesquisa demonstra a viabilidade de utilização do conteúdo lipídico desses organismos como matéria-prima lipídica alternativa para a produção de biodiesel / Cyanobacteria are photoautotrophic prokaryotes that show a wide morphological and metabolic variety, which favors the colonization of the most diverse types of environments. This versatility reflects in its numerous biotechnological applications in areas such as agriculture, energy, nutrition and effluent treatment. With the increasing in energy and food demand, cyanobacteria are considered a more sustainable alternative for the biosynthesis of products of industrial interest. In this context, the aim of this study was to evaluate the cyanobacteria growth in media supplemented with vinasse and its effect on lipid production and fatty acid composition, with focus on biodiesel production. So, eleven cyanobacterial strains from water samples from Amazonian rivers were morphologically and genetically identified as belonging to four orders - Nostocales, Chroococciodipsidales, Synecoccocales e Oscillatoriales. These strains had their growth evaluated in culture media supplemented with vinasse (1, 2,5, 5 and 10% v/v) and in vinasse diluted in ultrapure water (2,5, 5 and 10% v/v). All strains were able to grow at the concentrations tested, however, at higher vinasse concentrations, growth inhibition and/or higher heterotrophic contaminants proliferation was observed. In vinasse diluted in ultrapure water, none of them were able to grow. Two cyanobacterial strains were selected for subsequent analysis due to rapid growth (Planktothrix mougeotii CMAA1564) and favorable fatty acid profile for biodiesel production (Amazoninema brasiliense CMAA1602, a new genus). Then, these strains had their gowth investigated in the media BG11, BG11+1% and BG11+2,5% of vinasse using the gravimetric (dry biomass) and spectrophotometric (optical density - OD680nm e OD750nm) methods, for growth phases identification. The highest lipid and biomass productivities were observed in the biomass collected in the log phase in medium supplemented with 1% of vinasse, wtith the highest values observed for the P. mougeotii CMAA1564 (3,18 e 35,87 mg L-1 dia-1, respectively). The fatty acid profile of the lipid fraction showed the predominance of saturated and monounsaturated fatty acids in the oils of biomass grown in vinasse medium, with palmitic, palmitoleic, oleic and alpha-linolenic acids being the majority. From the fatty acid composition of the oils, it was possible to estimate eleven quality parameters of the biodiesel derived from these lipid feedstocks. Most of the properties evaluated werein accordance with the biodiesel quality specification estabilished in the national and international legislation, except for the kinematic viscosity that presented lower values. These results are promising given the opportunity for exploiting the underestimated cyanobacteria diversity for biotechnological purposes. This research shows the feasibility of using the lipid content of these organisms as an alternative lipid feedstock for biodiesel production

<p>Rapid growth of energy consumption and greenhouse gas emissions from fossil fuels have promoted extensive research on biofuels. <a>Algal biofuels have been considered as a promising and environmentally friendly renewable energy source</a>. However, several limitations have inhibited the development of cost-effective biofuel production, which includes unstable cultivation caused by invading organisms and high cost of lipid extraction. This dissertation aims to investigate photochemical approaches to prevent culture collapse caused by invading organisms and biological approaches for the development of cost-effective lipid extraction methods.</p><p> </p><p>As a chemical-free water treatment technology, ultraviolet (UV) irradiation has been widely applied to inactivate pathogens but has not been used in algal cultivation to control invading organisms. To evaluate the potential of using UV irradiation to control invading algal species and minimize virus predation, <i>Tetraselmis sp. </i>and <i>Paramecium bursaria Chlorella virus 1</i> (PBCV-1) were examined as challenge organisms to evaluate effectiveness of UV disinfection. The concentration of viable (reproductively/infectively active) cells and viruses were quantified by a most probable number (MPN) assay and a plaque assay. A low-pressure collimated-beam reactor was used to investigate UV₂₅₄ dose-response behavior of both challenge organisms. A medium-pressure collimated-beam reactor equipped with a series of narrow bandpass optical filters was used to investigate the action spectra of both challenge organisms. Both challenge organisms showed roughly five log₁₀ units of inactivation for UV₂₅₄ doses over 120 mJ/cm². the most effective wavelengths for inactivation of <i>Tetraselmis</i> were from 254 nm to 280 nm, in which the inactivation was mainly attributed to UV-induced DNA damage. On the contrary, the most effective wavelength for inactivation of PBCV-1 was observed at 214 nm, where the loss of infectivity was mainly attributed to protein damage. These results provide important information for design of UV reactors to minimize the impact of invading organisms in algal cultivation systems.</p><p> </p><p>Additionally, a virus-assisted cell disruption method was developed for cost-effective lipid extraction from algal biomass. Detailed mechanistic studies were conducted to evaluate infection behavior of <i>Chlorovirus </i>PBCV-1 on <i>Chlorella sp.</i>, impact of infection on mechanical strength of algal cell wall, lipid yield, and lipid distribution. Viral disruption with multiplicity of infection (MOI) of 10^-8 completely disrupted concentrated algal biomass in six days. Viral disruption significantly reduced the mechanical strength of algal cells for lipid extraction. Lipid yield with viral disruption increased more than three times compared with no disruption control and was similar to that of ultrasonic disruption. Moreover, lipid composition analysis showed that the quality of extracted lipids was not affected by viral infection. The results showed that viral infection is a cost-effective process for lipid extraction from algal cells as extensive energy input and chemicals required by existing disruption methods are no longer needed.</p><p> </p><p>Overall, this dissertation provides innovative approaches for the development of cost-efficient algal biofuels. Application of UV disinfection and viral disruption significantly reduces chemical consumption and improves sustainability of algal biofuel production.<br></p>

Microalgas oleaginosas apresentam produtividade de biomassa oleaginosa maior do que vegetais vasculares e sua utilização como fonte de matéria-prima para biodiesel tem sido amplamente investigada. Ganha cada vez mais destaque a ideia de acoplar o cultivo de microalgas oleaginosas ao tratamento de águas residuárias para baratear custos de produção, resolver problemas ambientais e gerar biomassa com valor de mercado dentro de biorrefinarias. No Brasil, o aumento da produção de bioetanol gera como resíduo vinhaça, água residuária rica em compostos minerais e orgânicos que poderia sustentar o cultivo mixotrófico de microalgas oleaginosas. Visando explorar esta questão, esta pesquisa foi dividida em três etapas cujos objetivos centrais foram: (1) isolar e selecionar cepas potencialmente oleaginosas de Chlorella spp. (2) investigar e selecionar fatores químicos, físicos e tróficos para otimizar a produtividade de biomassa e lipídeos das cepas selecionadas; (3) adequar vinhaça ao cultivo otimizado de Chlorella potencialmente oleaginosa visando à produtividade de biomassa e remoção de nutrientes. O crescimento das microalgas foi monitorado por absorbância (683 nm) previamente calibrada com sólidos totais e o modelo de Gompertz foi utilizado para gerar curvas e parâmetros de crescimento (amplitude, tempo de geração e velocidade específica máxima de crescimento). Foram monitorados acúmulo de lipídeos neutros (fluorescência e extração), assimilação de nutrientes, clorofila a e avaliadas produtividades de biomassa e lipídeos. Na etapa 1, a indução de síntese e acúmulo de triglicerídeos pela via heterotrófica (5 g L-1 de glicose) detectou 3 cepas de Chlorella (VIN01, C203 e FAZ5-10) com elevados índices de fluorescência, as quais foram selecionadas para terem seu cultivo otimizado. Na etapa 2, a frente trófica destacou-se, dentre as três frentes de varredura investigadas, e promoveu melhorias expressivas nos parâmetros de crescimento das três cepas selecionadas. Cultivos mixotróficos utilizando glicose e ácido acético foram os mais promissores, dentre os pesquisados, para otimizar o cultivo de Chlorella spp. Glicose foi selecionada para compor o meio base dos cultivos mixotróficos, que foram otimizados por delineamento composto central rotacional (DCCR) e análises de superfície de resposta com os fatores luz e temperatura. Na etapa 3, as condições otimizadas do cultivo mixotrófico, determinadas pelos modelos preditivos, foram simuladas em fotobiorreatores aerados de 8L. Eles aumentaram a produtividade de biomassa da cultura mixotrófica otimizada (VIN01) em 59 vezes (de 8,1 para 482,3 mg L-1 dia-1) e a produtividade de lipídeos em 51 vezes (de 1,4 para 73,2 mg L-1 dia-1), em relação à sua cultura fototrófica. O cultivo otimizado de Chlorella sp. em vinhaça aumentou sua produtividade de biomassa em 19 vezes (de 8,1 para 154,4 mg L-1 dia-1) e lipídeos em 13 vezes (de 1,4 para 18,7 mg L-1 dia-1), em relação à sua cultura fototrófica. Além disso, a microalga assimilou da vinhaça 57,2 mg L-1 de nitrogênio, 13,0 mg L-1 de fósforo, 3030 mg L-1 de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e 778 mg L-1 de COT (Carbono Orgânico Total). Desta forma, ficou comprovado que vinhaça pode favorecer o cultivo mixotrófico de Chlorella, que removeu matéria orgânica e minerais do efluente e produziu biomassa com potencial exploração à cadeia produtiva de biodiesel. / Oil-bearing microalgae have biomass and lipid productivities greater than vascular plants and use their biomass as a raw material for biodiesel production has been widely investigated. The idea of engaging oleaginous microalgae cultivation with wastewater treatment is becoming increasingly relevant in order to reduce the production costs of biofuel, to solve environmental problems and to produce biomass with economic value in the biorefineries. Brazilian bioethanol mills generate vinasse as wastewater, which is rich in minerals and organic compounds that might support mixotrophic growth of microalgae. Aiming to answer this question, this research was divided in three phases whose have the following purposes: (1) isolate and select oleaginous Chlorella strains; (2) study and select chemical, physical and trophic factors to optimize biomass and lipids productivities of selected strains; (3) bring vinasse suitable to cultivation of oleaginous Chlorella intending to biomass productivity and nutrient removal. Microalgae growth was monitored by optical density measurements (683 nm) previously calibrated with total solids. The growth curves and growth parameters (amplitude, doubling time and maximum specific growth rate) were calculated from the Gompertz mathematical model. It was monitored neutral lipids storage (by fluorescence and cellular extraction), nutrients assimilation, chlorophyll a, and biomass and lipids productivities were evaluated. In the phase 1, heterotrophic cultivation (5 g L-1 glucose) promoted synthesis and storage of neutral lipids and high fluorescence measurements among three Chlorella strains (VIN01, C203 and FAZ5-10) whose were selected to optimization of their cultures. In the phase 2, trofic factors improved significantly the growth parameters of the strains studied. Among factors investigated, mixotrophic cultures with glucose and acetic acid were the most promising organic compounds to optimize Chlorella cultures. Central composite design (CCD) and response surface analyses with factors light and temperature were carried out to optimize mixotrophic cultures (glucose). In the phase 3, optimal mixotrophic culture conditions were defined and reproduced in aerated photobioreactors (8 L). Optimal conditions increased the biomass productivity of mixotrophic culture (VIN01) by 59-fold (from 8,1 to 482,3 mg L-1 day-1) and lipid productivity by 51-fold (from 1,4 to 73,2 mg L-1 day-1) regarding the phototrophic culture (VIN01). Optimal conditions in vinasse increased the biomass productivity by 19-fold (from 8,1 to 154,4 mg L-1 day-1) and lipid productivity by 13-fold (from 1,4 to 18,7 mg L-1 day-1) regarding to photrophic culture. Moreover, the microalga assimilated from vinasse 57,2 mg L-1 of nitrogen, 13,0 mg L-1 of phosphorus, 3030 mg L-1 of QOD and 778 mg L -1 of TOC. Therefore, it was proved that vinasse enhanced mixotrophic culture of Chlorella, which removed organic matter and minerals from wastewater and produced biomass with potential commercial exploitation for biodiesel production.

A possibilidade de se utilizar os resíduos agroindustriais para fins que agreguem valor a sua cadeia produtiva pode ser um fator determinante para a viabilidade econômica e industrial da atividade. Portanto, neste trabalho foi avaliado a composição química do resíduo da Batata doce (RDB) antes e após a fermentação visando identificar suas potencialidades de uso e os aspectos poluentes. Com base na composição química do RBD conclui-se que trata-se de um resíduo sólido que não pode ser lançado diretamente em corpos hídricos mas que possui potencialidades para fertirrigação com o uso in natura e pode ser classificado como fonte de alimento concentrado proteico rico macro e micro minerais, havendo, no entanto, a necessidade de secagem para que este seja utilizado na alimentação animal / The possibility of using agro-industrial waste for purposes that add value to your supply chain can be a determining factor in the economic and industrial viability of the activity. Therefore, this study evaluated the chemical composition before and after fermentation of sweet potato residue (SPR) to identify their potential use and polluting potential. Based on the chemical composition of the SPR, we conclude that it is a solid residue which can not be released directly into water bodies but has the potential to fertigation when used fresh (in natura) and can be consider as a source of protein and macro and micro minerals, having, however, to be drying before utilization on animal feed plans.

O presente estudo objetivou caracterizar a logística de transporte do Estado do Tocantins, para a distribuição do etanol levando em consideração o modal rodoviário e ferroviário. Para atender a este objetivo, esta pesquisa quanto aos fins foi do tipo descritiva. O procedimento de coleta de dados foi dividido em duas etapas: a primeira etapa consistiu na realização de pesquisa bibliográfica e documental, que deram apoio ao desenvolvimento do referencial teórico e análise dos resultados do trabalho. Na segunda etapa deste trabalho foi realizada a pesquisa de campo, onde foram aplicados questionários junto a profissionais especializados na área e feitas entrevistas a gestores públicos. No que se refere à análise dos dados e interpretação dos resultados realizou-se uma abordagem qualitativa. Os resultados apresentaram enfoque regional, compreendendo a caracterização da logística do modal rodoviário e ferroviário e a caracterização da logística de transporte das regiões potenciais identificadas por Collicchio (2008). Descrevendo os principais parâmetros referentes à produção agroindustrial da cana-de-açúcar e os parâmetros referentes à logística de transporte de etanol. Concluiu-se que o modal rodoviário é o mais utilizado para a movimentação da logística do setor agrícola em estudo, no entanto, o sistema ferroviário depois de concluído será um importante modal para o transporte de etanol no Tocantins. A caracterização da logística se mostrou importante instrumento para conhecer a região em estudo e para identificar quais os fatores que interferem na logística local, possibilitando ações de melhoria. Espera-se que os estudos na área da logística do setor sucroalcooleiro para produção de etanol ainda possam viabilizar muitas melhorias ao sistema como um todo, minimizando os custos logísticos e contribuindo para o desenvolvimento do setor. / The present study aimed to characterize the transport logistics of the State of Tocantins, for the distribution of ethanol taking into account the modals road and rail. To meet this goal, this research as the purpose was descriptive. The procedure for data collection was divided into two stages: the first stage consisted of literature and documents, which have supported the development of the theoretical analysis and the results of the work. In the second stage of this work was carried out field research where questionnaires were administered with professionals specialized in the area and made interviews with public managers. As regards the analysis of data and interpretation of the results was carried out a qualitative approach. The results showed regional focus, including the characterization of logistics modal road and rail and the characterization of the transport logistics of the potential regions identified by Collicchio (2008). Describing the main parameters for agroindustrial production of cane sugar and the parameters related to the logistics of transporting ethanol. It was concluded that road transport is the most used for handling the logistics of the agricultural sector in the study, however, the rail system will be completed after a major modal to transport ethanol in Tocantins. The characterization of the logistics proved important tool to explore the region under study and to identify the factors that affect the local logistics, enabling improvement actions. It is hoped that studies in logistics sector sugarcane for ethanol production may still facilitate many improvements to the system as a whole, minimizing logistics costs and contributing to the development of the sector.