O nabo forrageiro apresenta extensa aplicação na agricultura, enquanto que o óleo de sua semente é uma importante matéria prima para a produção de biodiesel. No entanto, o processo de extração do óleo da semente via prensagem gera um resíduo (bagaço de semente de nabo forrageiro - BSNF). No presente trabalho, este resíduo foi submetido a um processo de pirólise em um reator rotativo, a diferentes velocidades de rotação (0, 3 e 6 rpm) do reator e vazões de gás inerte (0,25; 0,75 e 1,25 L/min). Ensaios de pirólise do farelo do BSNF (isento de óleo) também foram conduzidos para a investigação do efeito do óleo residual presente no BSNF sobre os produtos do processo de pirólise. Os experimentos demonstraram que a velocidade de rotação ótima para a produção de bio-óleo é de 3 rpm, com rendimento em bio-óleo de 60,99 % (m/m). Os experimentos conduzidos a diferentes vazões de gás inerte indicaram um aumento do rendimento de bio-óleo para a vazão de 1,25 L/min. A presença do óleo residual na biomassa aumenta o rendimento em bio-óleo, sendo que a pirólise do farelo do BSNF (isento de óleo) apresentou rendimento em bio-óleo de 49,34% (m/m). O biochar obtido nas três condições de velocidade de rotação investigadas apresentou composição físico-química semelhante, com potencial para ser aplicado no solo a fim de melhorar a sua fertilidade. Os gases não condensáveis apresentaram elevada concentração de CO2, e consequentemente possuem baixo conteúdo energético, não sendo de interesse industrial. Os bio-óleos obtidos da pirólise do BSNF, bem como do seu farelo, apresentaram composição química distinta. O bio-óleo proveniente do BSNF apresentou, além de aromáticos, aminas, amidas e nitrilas (funções nitrogenadas). O bio-óleo obtido a partir da pirólise do farelo de BSNF apresentou teor de aromáticos maior que o bio-óleo proveniente do bagaço, apresentando menores teores de amidas e aminas e ausência de nitrilas na composição. O bio-óleo obtido a partir da pirólise do BSNF a 3 rpm foi o que apresentou as propriedades físico-químicas mais adequadas para utilização na indústria e produção de energia. Devido à composição, os bio-óleos podem ser utilizados como combustível, na obtenção de produtos químicos e como matéria-prima para gaseificação. / The fodder radish has extensive use in agriculture and the oil from its seed is an important feedstock in biodiesel production. However, the extraction of the oil from the seed by pressing generates a residue (fodder radish seed cake - FRSC) that does not has any application. In this work, this residue was pyrolysed in a rotary kiln reactor in different rotation speeds (0, 3 and 6 rpm) and inert gas flow rates (0.25; 0.75 and 1.25 L/min). Pyrolysis of the FRSC bran (oil free) was also carried to investigate the effect of the residual oil present in the FRSC on the products of the pyrolysis. The experiments show that the optimal rotation speed for bio-oil production is 3 rpm, with bio-oil yield of 60.99 wt.%. The experiments carried at different inert flow rates indicated an increase of the bio-oil yield at inert flow rate of 1.25 L/min. The presence of the residual oil in the biomass increases bio-oil yield; the pyrolysis of the bran (oil free) presented bio-oil yield of 49.34 wt.%. The biochar obtained in the three rotation conditions have similar physical-chemical composition, with potential to be applied in the soil to improve its fertility. The non-condensable gases, presented high CO2 content, and, consequently, have poor energy content, being not interesting for industrial uses. The bio-oil obtained from the pyrolysis of the FRSC and its bran showed distinct chemical composition. The bio-oil obtained from the FRSC presented, beyond aromatics, amines, amides and nitriles (nitrogen containing functions). The bio-oil obtained from the FRSC bran presented higher aromatics content than the FRSC bio-oil and presenting lesser contents of amides and amines and absence of nitriles. The bio-oil obtained from the FRSC at 3 rpm presented the more adequate physical-chemical properties for use in industry and for energy production. Due to the composition, the bio-oils can be used as fuels, to obtain chemicals and as a feedstock in gasification process.

Neste trabalho, estudou-se o uso de glicerol como fonte de carbono para o crescimento celular e a produção de 2,3-butanodiol/acetoína em cultivo de Enterobacter aerogenes ATCC 13048. A influência da concentração inicial do substrato (S0) e da velocidade de transferência de oxigênio (OTR) foi avaliada em ensaios em regime descontínuo. Inicialmente, foram realizados cultivos com S0 na faixa aproximada de 20 a 180 g/L, frequência dos agitadores de 500 rpm e fluxo específico de ar de 0,50 vvm, correspondendo a uma OTR característica entre 10 e 13 mmol/L/h, aproximadamente. Na sequência, foram conduzidos ensaios com S0 na faixa de 40 a 180 g/L, com variações da frequência dos agitadores (650 a 750 rpm) e do fluxo específico de ar (0,50 a 0,87 vvm), a fim de manter a concentração de oxigênio dissolvido próxima a 30% da saturação pelo mais longo período possível durante o processo. Os valores de OTR característica para as condições de maiores frequência de agitadores (750 rpm) e fluxo específico de ar (0,87 vvm), com a mais alta e a mais baixa concentrações de glicerol, foram de cerca de 34 e 24 mmol/L/h, respectivamente. Em regime descontínuo, S0 de até 60 g/L não provocou inibição do crescimento de E. aerogenes, independentemente da OTR utilizada, sendo obtidos valores de máxima velocidade específica de crescimento (μXm) de 0,70 e 0,73 h-1, respectivamente para baixa e alta OTR. Por outro lado, S0 da ordem de 180 g/L provocou forte inibição no crescimento celular, especialmente sob baixa OTR, não havendo consumo completo do glicerol. No grupo dos ensaios com baixa OTR, maior concentração final de 2,3-butanodiol/acetoína (63,6 g/L) foi obtida com S0 quantificada de 146,4 g/L, mas o mais alto rendimento (91,8 %) foi alcançado com S0 = 92,7 g/L. Nos cultivos com alta OTR, a máxima concentração de produtos de 46,8 g/L foi atingida com S0 de 183,9 g/L, enquanto o rendimento máximo de 70% foi alcançado com S0 = 102,5 g/L. O incremento de OTR favoreceu a produtividade e o rendimento em células, mas prejudicou a conversão de glicerol em produtos. Em seguida, foram realizados dois cultivos em regime descontínuo alimentado, a fim de evitar-se a inibição provocada por altas concentrações de glicerol e permitir que elevadas concentrações de 2,3-butanodiol/acetoína fossem atingidas. O primeiro ensaio foi realizado sob as condições de alta OTR definidas e o ensaio seguinte sob frequência de agitadores de 750 rpm e fluxo específico de ar de 0,50 vvm. A massa de glicerol empregada correspondeu à que seria necessária para ter-se um S0 de 240 g/L em batelada. No cultivo com alta OTR, foi atingida concentração de produtos de 90,4 g/L após 56 h, correspondendo a um rendimento de 83,2% e a uma produtividade de 1,61 g/L/h. No ensaio com 750 rpm e 0,50 vvm, foram obtidos 102,6 g/L de produtos em 74 de processo, com rendimento de 94,7% e produtividade de 1,37 g/L/h. Nos tempos finais dos cultivos alimentados, foi observado aumento da concentração de oxigênio no meio, redução da demanda de oxigênio e consumo incompleto do glicerol, dados que indicam a ocorrência de inibição da atividade respiratória da bactéria pelas altas concentrações de produtos presentes no meio. Os resultados permitem concluir que o glicerol é um substrato adequado para a produção de 2,3-butanodiol/acetoína por E. aerogenes. / In this work, the use of glycerol as carbon source for cell growth and 2,3-butanediol/acetoin production in the in cultivation of Enterobacter aerogenes ATTT 13048 was studied. The influence of initial substrate concentration (S0) and oxygen transfer rate (OTR) was assessed in batch-mode experiments. Initially, cultivations with S0 of approximately 20 to 180 g/L, impeller speed of 500 rpm and specific air flow rate of 0.50 volume of air per volume of medium per minute (vvm), corresponding to characteristic OTR values between 10 and 13 mmol/L/h approximately, were performed. In the sequence, runs with S0 in the range 40 to 180 g/L, with varying impeller speed (650 to 750 rpm) and specific air rate (0.50 to 0.87 vvm) were carried out to maintain the dissolved oxygen concentration close to 30% of saturation as long as possible during the process. Characteristic OTR values for the conditions with the upper-limit impeller speed (750 rpm) and specific air flow rate (0.87 vvm) were about 34 and 24 mmol/L/h for the lowest and highest glycerol concentrations, respectively. In batch mode, for any OTR evaluated, S0 values up to 60 g/L did not result in growth inhibition of E. aerogenes, with maximum specific growth rates (μX,m) of 0.70 and 0.73 h-1 being measured for low and high OTR, respectively. On the other hand, an S0 of about 180 g/L led to a strong cell growth inhibition, especially under low OTR condition, and glycerol consumption was incomplete. In the group of runs performed with low OTR, the largest final 2,3-butanediol/acetoin final concentration (63.6 g/L) was achieved with a measured S0 of 146.4 g/L, but the highest yield was attained with S0 = 92.7 g/L. In the cultivations under high OTR, the maximum final product concentration (46.8 g/L) was obtained with S0 = 92.7 g/L, whereas the maximum yield of 70% was achieved with S0 = 102.5 g/L. Increasing OTR values favored productivity and cell yield but, however, resulted in decreasing conversion of glycerol to products. Afterwards, two fed-batch cultivations were done to avoid the strong inhibition due to high glycerol concentrations, and to allow that elevated concentrations of 2,3-butanediol/acetoin could be achieved. The first fed-batch run was carried out at the high-OTR conditions previously defined and the second one with impeller speed of 750 rpm and specific air flow rate of 0.50 vvm. The mass of glycerol employed corresponded to that needed to have an S0 of 240 g/L in batch-mode. With high OTR, a final product concentration of 90.4 g/L was quantified after 56 h of process, that means a yield of 83.2% and a productivity of 1.61 g/L/h,. In the experiment with 750 rpm and 0.50 vvm, 102.6 g/L of products were obtained after 74 h, with a yield of 94.7% and a productivity of 1.37 g/L/h. During the final hours of the fed-batch cultivations, increasing oxygen concentrations, decreasing oxygen uptake rate and incomplete glycerol consumption were observed, these data indicating the occurrence of inhibition of the bacterium respiratory activity by the high product concentrations which were present in the medium. The results allow concluding that glycerol is an adequate substrate for the production of 2,3-butanediol/acetoin by E. aerogenes.

Com a crescente busca por fontes energéticas renováveis alternativas ao petróleo, o uso de biomassa lignocelulósica, como Pennisetum purpureum (capim-elefante), apresenta-se como uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Entretanto, a matéria-prima necessita ser pré-tratada apropriadamente para facilitar a ação das enzimas ao material. Entre os métodos de pré-tratamento, explosão a vapor é considerado um dos mais eficientes. No presente trabalho, o capim-elefante foi pré-tratado por explosão a vapor em diferentes temperaturas (180, 190, 200 °C) e tempos de residência (6, 8 e 10 min). As amostras prétratadas foram empregadas para produção de celulases e xilanases por Penicillium echinulatum. Essas enzimas foram utilizadas para hidrolisar capim-elefante e posteriormente realizou-se a fermentação alcóolica dos açúcares liberados. Quanto à produção de enzimas em cultivo submerso (CS), verificou-se efeito positivo da realização do pré-tratamento da biomassa para celulases totais (Filter Paper Activity (FPA) e endoglucanases) e β-glucosidases, sendo os pré-tratamentos realizados a 190 ºC / 8 e 190 ºC / 6 min os mais promissores. Para os cultivos em estado sólido (CES), a substituição de 50 % do capimelefante pré-tratado por explosão a vapor e submetido à lavagem por farelo de trigo favoreceu as produções de FPA (190 ºC / 8 min), de endoglicanases (200 ºC / 6 min) e de β-glicosidases (180 ºC / 6 min). Os meios formulados com capim-elefante não tratado apresentaram promissores títulos enzimáticos para FPA (23,38 ± 0,01 UI.g-1), endoglicanases (161,07 ± 0,66 UI.g-1) e xilanases (505,95 ± 39,23 UI.g-1), todos no quinto dia de cultivo. Para xilanases as maiores produções foram obtidas com capim-elefante não tratado em ambas as formas de condução de processo (CS e CES). Nas hidrólises enzimáticas, os maiores rendimentos de açúcares redutores foram obtidos quando empregou-se capim-elefante pré-tratado por explosão a vapor a 200 ºC / 10 min, e não lavado após o pré-tratamento (863,42 ± 62,52 mg.g-1). As maiores liberações de glicose foram obtidas para as amostras lavadas, pré-tratadas a 190 °C / 8 min (243,29 ± 6,19 mg.g-1), a 190 ºC / 10 min (248,34 ± 6,27 mg.g-1) e a 200 ºC / 10 min (246,00 ± 9,60 mg.g-1), após 48 h de hidrólise. Para a produção de etanol, os prétratamentos a 200 °C / 6 min com amostras lavadas possibilitaram as maiores produções, atingindo valores de 110,45 L por grama de capim-elefante pré-tratado, considerando-se a perda de massa durante o pré-tratamento. Os dados obtidos indicam o potencial do capimelefante tanto como matéria-prima para a produção de enzimas como para a liberação de açúcares redutores. Os resultados também revelam a necessidade de remover substâncias inibitórias formadas durante o pré-tratamento por explosão a vapor por meio de lavagem com água antes do processo de hidrólise enzimática e fermentação alcoólica. / With the growing demand for sources of renewable energy as alternatives to petroleum, the use of lignocellulosic biomasses, such as Pennisetum purpureum (elephant grass), may provide a viable alternative to second generation ethanol production. However, the raw material must first be appropriately pretreated to facilitate the action of the enzyme on the material. Among pretreatment methods, steam explosion is considered one of the most efficient for biomass descontruction. In the present study, elephant grass was pretreated by steam explosion at different temperatures (180, 190, 200 °C) and residence times (6, 8 and 10 min). The pretreated samples were used to produce cellulases and xylanases by Penicillium echinulatum. These enzymes were used to hydrolyse elephant grass and subsequently the released sugars were used for alcoholic fermentation. For enzyme production in submerged cultivation (SC), the pretreatment of biomass showed a positive effect on total cellulases (Filter Paper Activity (FPA)), endoglucanases and β-glucosidases, being pretreatments performed at 190 °C / 8 and 190 °C / 6 min were the most promising. For solid state cultivations (SSC), replacing 50 % of elephant grass pretreated by steam explosion and submitted to washing by wheat bran favoured the productions of FPA (190 °C / 8 min), endoglucanases (200 °C / 6 min) and β-glucosidase (180 °C / 6 min). The media formulated with untreated elephant grass showed promising enzymatic titles for FPA (23.38  0.01 IU.g-1), endoglucanases (161.07  0.66 IU.g-1) and xylanases (505.95  39.23 IU.g-1) all in the fifth day of cultivation. For xylanases, the highest productions were obtained for the untreated elephant grass for both forms of the conduction process (SSC and SC). In enzymatic hydrolysis, the highest yield of reducing sugars was obtained when elephant grass pretreated at 200 °C / 10 min and unwashed after the pretreatment (863.42 ± 62.52 mg.g-1) was used. The highest release of glucose was obtained for the samples that were washed and pretreated at 190 °C / 8 min (243.29 ± 6.19 mg.g-1), 190 °C / 10 min (248.34 ± 6.27 mg.g-1) 200 °C / 10 min (246.00 ± 9.60 mg.g-1) after 48 h of hydrolysis. For ethanol production, the pretreatments at 200 °C / 6 min and washed exhibited the highest production, up to 110.45 L per gram of pretreated elephant grass, considering the loss of mass during pretreatment. These data support the use of elephant grass as a raw material for enzyme production as well for the release of reducing sugars. These results also reveal the need to remove inhibitory substances formed during steam explosion pretreatment by washing with water prior to enzymatic hydrolysis and alcoholic fermentation.

Um dos grandes desafios para os próximos anos é desenvolver alternativas de produção para energias sustentáveis. O biodiesel vem se posicionando como uma opção para a substituição dos combustíveis fósseis. Sua produção se dá pela transesterificação entre uma gordura e um monoálcool, liberando glicerol, que corresponde a 10% do volume da reação. Grandes incrementos na produção de biodisel resultarão em volumes proporcionais de glicerol residual. Estudos têm mostrado que bactérias anaeróbias estritas e bactérias fermentativas são capazes de produzir hidrogênio, um combustível de alto valor energético, que não gera gases poluentes durante a sua queima. Visto a importância de aumentar o valor agregado do glicerol residual, o presente trabalho teve como objetivo isolar e identificar por técnicas moleculares, bactérias presentes em lodos de estações de tratamento de resíduos, capazes de produzir hidrogênio utilizando glicerol residual da indústria de biodiesel como fonte de carbono. As amostras foram submetidas a choque térmico para eliminação de bactérias hidrogenotróficas, crescidas em meio contendo glicerol em condições de anaerobiose e analisadas para a formação de hidrogênio. Foram identificadas por sequenciamento do gene 16S rRNA, quinze espécies bacterianas capazes de crescer em meio com glicerol, sendo que destas nove apresentaram capacidade de produção de hidrogênio, correspondendo a Enterobacter ludwigii, Shigella sonnei, Bacillus licheniformis, Bacillus amyloliquefaciens, Staphylococcus warneri, Alcaligenes faecalis, Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus e Citrobacter freundii. Os isolados de Bacillus amyloliquefaciens mostraram maior rendimento na produção de hidrogênio com valores de 0,50±0,20 mol H2/mol de glicerol, utilizando o meio enriquecido com 1,5% de glicerol residual. Adicionalmente, foi realizada análise de BLAST para verificar a presença dos genes HycC, HycE, HycF, HyfC, HyfF e HyfH relacionados à produção de hidrogênio. Este estudo foi desenvolvido utilizando apenas os microrganismos do gênero Bacillus, uma vez que, dentre os microrganismos isolados, apenas os Bacillus apresentam sequenciamento completo disponível na rede de bioinformática. Foi verificado que B. amyloliquefaciens, B. licheniformis e B. artrophaeus não possuem os genes específicos analisados, mas estes genes possuem similaridade com outros genes e proteínas que parecem desempenhar funções no transporte de hidrogênio para exterior da célula. Os resultados indicam que existe um grande potencial para a seleção de bactérias produtoras de hidrogênio nos efluentes avaliados que são capazes de metabolizar o glicerol residual com a geração de hidrogênio, como combustível de energia renovável. / Petrobras / One of the major challenges for the coming years is to develop alternative forms of production for sustainable energy. The biodiesel is positioning itself as an option for the replacement of fossil fuels. Its production is by transesterification between a fat and a monoalcohol, releasing glycerol, which corresponds to 10% of the volume of the reaction. Large increases in the production of biodiesel result in proportional amounts of crude glycerol.Studies have shown that strict anaerobic and fermentative bacteria are able to produce hydrogen, a fuel of high energy value, which does not generate polluting gases, during its burning. Given the importance of increasing the added value-added of crude glycerol, the purpose of this study was to isolate and identify by molecular techniques, bacteria present in sewage sludge from waste treatment plants, it is capable of producing hydrogen using crude glycerol of biodiesel industry, as a carbon source. The samples were subjected to thermal shock to eliminate hydrogenotrophic bacterias, grown in the medium containing glycerol under anaerobic conditions and analyzed to produce hydrogen. Were identified by sequencing of the 16S rRNA gene , 15 bacterial species able to grow in medium with glycerol, and from these, nine showed the ability of hydrogen production, corresponding to Enterobacter ludwigii, Shigella sonnei, Bacillus licheniformis, Bacillus amyloliquefaciens, Staphylococcus warneri, Alcaligenes faecalis, Bacillus subtilis, Bacillus atrhopheus and Citrobacter freundii. The Bacillus amyloliquefaciens isolate showed higher yield in the production of hydrogen , with values of 0.50±0.20 mol H2/mol of glycerol, using the enriched medium with 1.5% crude glycerol. In addition, BLAST analysis were performed to check the presence of genes HycC, HycE, HycF, HyfC, HyfF and HyfH related to hydrogen production. This study was developed using microorganisms of genus Bacillus, since, among the isolated microorganisms, only the Bacillus have complete DNA sequencing available. It was found that B. amyloliquefaciens, B. licheniformis and B. artrophaeus do not have the specific genes analyzed, but these genes have similarity with other genes and proteins that appear to perform roles in the transport of hydrogen to outside the cell. The results indicate that there is a great potential for the selection of bacteria producing hydrogen in the effluents evaluated, that are able to metabolize crude glycerol with the generation of hydrogen as a fuel for renewable energy.

Com a crescente busca por fontes energéticas renováveis alternativas aos combustíveis fósseis, o uso de biomassa lignocelulósica, como bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto, surge como uma alternativa para a produção de etanol de segunda geração. Porém, são necessários pré-tratamentos para facilitar a ação das enzimas sobre a biomassa. Entre os métodos de pré-tratamentos, o biológico tem sido estudado, por não demandar o uso de químicos e altos custos energéticos, apresentar condições brandas de processo e não levar à formação de compostos inibidores às etapas posteriores. No presente trabalho, bagaço de cana-de-açúcar e serragem de eucalipto foram pré-tratados por diferentes espécies de basidiomicetos. As amostras pré-tratadas foram hidrolisadas com complexo enzimático de Peninillium echinulatum e posteriormente realizou-se a fermentação dos açúcares liberados. Com relação à produção de enzimas lignolíticas, as espécies que se destacaram em bagaço de cana-de-açúcar foram Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 e Trametes villosa 82I6. Em serragem de eucalipto, os teores destas enzimas foram significativamente inferiores aos obtidos com as mesmas espécies em bagaço de cana-de-açúcar. Em análise de espectros de FTIR, T. villosa 82I6 e P. pulmonarius PS2001 apresentaram proporções favoráveis entre o consumo de celulose, hemicelulose e lignina em ambas as biomassas testadas. Em ensaios de hidrólise enzimática, pré-tratamento biológico por T. villosa 82I6 aumentou a digestibilidade da celulose presente na serragem de 3,7% para 42% e do bagaço de cana-de-açúcar de 12,9% para 22%. T. villosa 82I6 destacou-se, visto que, em ambas as biomassas, foi o basidiomiceto que promoveu o maior liberação de glicose na etapa de hidrólise em amostras pré-tratadas por menores tempos. Em fermentação alcoólica dos hidrolisados de ambas as biomassas pré-tratadas por T. villosa 82I6, o rendimento em etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar foi aumentado para 20,2±0,5 mg/g após 49 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 10,1±0,8 mg/g. O rendimento em etanol a partir de serragem de eucalipto foi aumentado para 25,5±0,7, 18,2±0,03 e 25,5±3,8 mg/g, após respectivamente 7, 28 e 42 dias de tratamento, enquanto que o controle apresentava rendimento de 6,5±0,2 mg/g. Foi demonstrado o potencial do T. villosa 82I6 como agente biológico em pré-tratamentos de biomassas lignocelulósicas e o impacto do pré-tratamento sobre as etapas subsequentes. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / With the growing demand for renewable energy sources as alternatives to fossil fuels, the use of lignocellulosic biomass, such as sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust, is an alternative for the production of second generation ethanol. However, pretreatments are needed to facilitate the action of enzymes on biomass. Among the pretreatment methods, the biological has been studied, since it does not require the use of chemicals and high energy costs, to present soft conditions of process and not formation of inhibitory compounds to the later stages. In the present study, sugarcane bagasse and eucalyptus sawdust were pretreated by different basidiomycete species. The pretreated samples were hydrolyzed with enzymatic complex of Peninillium echinulatum and later the fermentation of the liberated sugars was carried out. In relation to the production of lignolytic enzymes, the species that stood out in sugarcane bagasse were Marasmiellus palmivorus VE111, Pleurotus pulmonarius PS2001, Pleurotus albidus 88F-13, Pycnoporus sanguineus PR32 and Trametes villosa 82I6. In eucalyptus sawdust, these enzymes were significantly lower than those obtained by the same species in sugarcane bagasse. In the analysis of FTIR spectra, T. villosa 82I6 and P. pulmonarius PS2001 presented favorable proportions between cellulose, hemicellulose and lignin consumption in both biomasses tested. In enzymatic hydrolysis assays, biological pretreatment with T. villosa 82I6 increased the digestibility of the pulp present in the sawdust to 42% and of the sugarcane bagasse to 22%. T. villosa 82I6 was highlighted, since in both biomass, it was the basidiomycete that promoted the highest glucose release in the hydrolysis step, in samples pretreated for shorter times. In alcoholic fermentation of the hydrolysates of both biomasses pretreated with T. villosa 82I6, ethanol yield from sugarcane bagasse was increased to 20.2±0.5 mg/g after 49 days of treatment, while the control presented yield of 10.1±0.8 mg/g. The ethanol yield from eucalyptus sawdust was increased to 25.5±0.7, 18.2±0.03 and 25.5±3.8 mg/g, respectively after 7, 28 and 42 days of treatment, while the control presented yield of 6.5±0.2 mg/g. The potential of T. villosa 82I6 as a biological agent in pretreatments of lignocellulosic biomass and the impact of pretreatment on subsequent steps has been demonstrated.

A biomassa lignocelulósica pode ser considerada como uma fonte inesgotável de matériaprima de baixo custo para a produção de biocombustíveis, que são alternativos aos combustíveis fósseis. Entretanto, a disponibilidade de enzimas eficientes e econômicas é um dos gargalos para se chegar a xaropes de glicose, etapa anterior à fermentação no desenvolvimento da tecnologia do etanol celulósico. O nabo forrageiro (Raphanus sativus L.) é uma planta com grande potencial para a produção de biodiesel, pois apresenta elevado teor de óleo em suas sementes, comparativamente a outras oleaginosas. A obtenção de óleo do nabo forrageiro gera uma torta, considerada como resíduo (RNF), com elevada concentração de proteínas (em torno de 40%). Neste trabalho, avaliou-se a conveniência do emprego de RNF para a formulação de meios para a produção microbiana de celulases, visando à substituição total ou parcial de componentes, como o farelo de trigo e o farelo de soja. Como microrganismo para secreção das enzimas, utilizou-se o mutante S1M29 de Penicillium echinulatum, considerado um bom produtor de celulases. A produção de celulases e xilanases foi estudada tanto em cultivo em estado sólido (CES) como em cultivo submerso (CS). Foi constatado o crescimento do fungo tanto em CES como em CS, contendo apenas RNF como principal fonte de carbono e nitrogênio ou nos meios com variações nas concentrações de RNF, em substituição aos farelos de trigo e de soja. Quando os meios foram constituídos somente com RNF, as atividades enzimáticas não foram satisfatórias, provavelmente devido às baixas concentrações de substratos indutores (celulose e xilose), à elevada concentração de proteínas ou ao óleo residual. No cultivo em estado sólido, verificou-se que é possível substituir parcialmente o farelo de trigo (FT) por RNF, permitindo a produção de - glicosidases com títulos enzimáticos de 22,62 UI/g, endoglicanases com 210,5 UI/g e xilanases com 1.137,59 UI/g. Em cultivo submerso, a substituição parcial ou total de farelos de trigo e de soja por RNF ermitiu títulos enzimáticos de -glicosidases de 0,18 UI/ mL, endoglicanases de 8,3 UI/mL e xilanases de 14,3 UI/mL, que foram semelhantes ao meio controle que utiliza suplementação de farelo de trigo e farelo de soja. Os complexos enzimáticos produzidos nas duas condições, CES e CS, mostraram-se mais eficientes do que o complexo enzimático utilizado como controle quanto à capacidade de hidrólise em celulose, Avicel ®, bagaço de cana-de-açúcar e capim elefante in natura e pré-tratados. / The lignocellulosic biomass can be considered as an inexhaustible source of raw material of low cost for the production of biofuels, which are alternatives to fossil fuels. However, the availability of efficient and low cost enzymes is one of the bottlenecks to obtain glucose syrups step prior to fermentation in the development of the technology for cellulosic ethanol. The fodder radish (Raphanus sativus L.) is a plant with great potential for the production of biodiesel, because it presents, high oil content in their seed, compared toother crops. The obtaining of oil of fodder radish seed generates a cake, considered as residue (FRC), with a high concentration of protein (around 40 %). In this study, was evaluated the convenience of use of FRC for the formulation of cellulases production medium, or even the total or partial replacement of components, such as the wheat bran and soybean meal. As microorganism for secretion of enzymes it was used the mutant S1M29 of Penicillium echinulatum, considered a good producer of cellulases. The production of cellulases and xylanases was studied both in solid-state cultivation (SSC) and submerged cultivation (SC). It was noted the growth of the fungus in both SSC as in SC, containing only FRC as the main source of carbon and nitrogen, or in the medium with different concentrations of FRC, in replacement of the wheat bran and soybean meal. When the medium were formed only with FRC, enzyme activities were not satisfactory, probably due to the low concentrations of substrates inductors (cellulose and xylose), the high concentration of proteins or of residual oil. In SSC, it was found that it is possible to replace partially the wheat bran by FRC, enabling the production of β-glucosidases with titles enzymatic of 22.62 IU/g, endoglucanases with 210.5 IU/g and xylanases with 1,137.59 IU/g. In SC, total or partial replacement of soybean meal and wheat bran by FRC allowed -glucosidases titles of 0.18 IU/mL, endoglucanases of 8.3 IU/mL and xylanases of 14.3 IU/mL, which were simila to control, which uses supplementation of wheat bran and soybean meal. The enzymatic complexes produced in two conditions, SSC and SC, shown to be more efficient than the enzymatic complex used as a control for the ability of hydrolysis of cellulose, Avicel ®, sugar cane bagasse and elephant grass in natura or pre-treated.

Orientadores: Arnaldo César da Silva Walter, Kamyla Borges da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:56:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correia_BrunadeBarros_M.pdf: 1779772 bytes, checksum: 3209feeddf2cd6208537ff2242ecd040 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Frente às mudanças climáticas, a produção e o consumo de biocombustíveis têm despertado muito interesse em todo o mundo. Esse contexto fez com que surgissem compromissos para a produção e o uso dos biocombustíveis com a sustentabilidade. Princípios, critérios e indicadores de sustentabilidade são propostos e já são utilizados para monitorar a produção e o consumo de biocombustíveis através de iniciativas de sustentabilidade, cujo objetivo é evitar que atividades prejudiciais ao meio ambiente e à sociedade sejam incorporadas ao processo produtivo. Apesar de muitos esforços, não há uma padronização quanto aos requisitos de sustentabilidade que devem ser considerados em tais iniciativas. Isso faz com que haja uma multiplicidade de critérios, os quais nem sempre visam o desenvolvimento sustentável e, conseqüentemente, podem contribuir para a criação de barreiras comerciais. Para evitar que sejam criadas medidas protecionistas, a Organização Mundial do Comércio (OMC) proíbe a manutenção das barreiras não tarifárias quando não existirem mais as circunstâncias e objetivos que motivaram a sua criação, ou quando tais circunstâncias e objetivos possam ser atendidos de uma maneira menos restritiva ao comércio. Frente aos conflitos legais entre meio ambiente, direito trabalhista e comércio internacional, o objetivo da presente dissertação é avaliar a consistência entre os requisitos de sustentabilidade estabelecidos por iniciativas para biocombustíveis e as normas da OMC. Para tanto, foram analisados princípios e critérios de sustentabilidade relacionados a três aspectos específicos: (a) redução das emissões de GEE; (b) proteção à biodiversidade; e (c) condições de trabalho na produção da biomassa / Abstract: This dissertation addresses the legal conflict between the international environmental law and the rules of the international trade. Due to climate change, the production and use of biofuels has aroused great interest worldwide and, consequently, the society has been concerned about the required commitment between bioenergy and sustainability. Principles, criteria and indicators of sustainability have been defined and have been used to monitor the production and use of biofuels. The initiatives regarding the sustainability of biofuels aim to prevent that detrimental practices to the environment and to the society would be incorporated into the production process. However, there are a multitude of sustainability criteria, which are not always focused on sustainable development and, consequently, may contribute to create barriers to trade. To avoid protectionist measures, the World Trade Organization (WTO) prohibits the maintenance of non-tariff barriers if the goals and the circumstances that led to its creation no long exist, or if such circumstances and objectives can be met imposing less constraints to trade. Facing the legal conflict between environment, social issues and international trade, the present dissertation addresses the consistency between requirements of sustainability for biofuels and the WTO rules. In this sense, sustainability principles and criteria related to three aspects have been analyzed: (a) reduction of GHG emissions regarding fossil fuels use, (b) biodiversity protection, and (c) working conditions along the biomass production chain / Mestrado / Engenharia Mecanica / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Arnaldo Cesar da Silva Walter / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T06:44:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leme_RodrigoMarcelo_M.pdf: 1179481 bytes, checksum: b6dc083cfa1e222bee869529a432cd3c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O objetivo desta dissertação é avaliar a emissão de gases de efeito estufa, óxidos de nitrogênio e material particulado, o uso e consumo de água e a geração de cinzas, decorrentes do aproveitamento da biomassa residual de cana-de-açúcar - bagaço e palha - como combustível, em especial para produção de eletricidade excedente. Os principais resultados obtidos demonstram que há boas oportunidades de promover a redução das emissões de gases de efeito estufa pelo uso da biomassa como combustível, em especial pela substituição de óleo combustível, em outras atividades econômicas, e também pela geração de eletricidade excedente, para ser exportada para a rede elétrica. O estudo mostra também que o setor é intensivo nas emissões de óxidos de nitrogênio e material particulado, quando se considera emissões não controladas desses poluentes. Isso faz despertar a atenção quanto à necessidade de monitoramento e controle dessas emissões. Finalmente, o estudo conclui que uso e consumo de água, já bastante intensos na atividade sucroalcooleira, deverão aumentar, caso se concretize a expansão da produção de excedentes através de turbinas de condensação / Abstract: The objective of this dissertation is to assess atmospheric emissions of greenhouse gases, nitrogen oxides and particulate matter, water use and consumption and ash generation, due to the use of sugarcane biomass residues - bagasse and trash - as fuel, specially for the production of surplus electricity, in Brazil. The main results obtained show that there are good opportunities of reducing greenhouse gases emissions by using sugarcane residues as fuel, specially in the substitution of fuel oil, in other economic activities, but also in the production of surplus electricity, to be exported to the electricity grid. The study also shows that the sugarcane sector is intensive with regard to atmospheric emissions of nitrogen oxides and particulate matter, when considering non-controlled emissions. It renders monitoring and controlling a very important issue. Finally, the study concludes that water use and consumption, already very important in the sugarcane sector, must increase if the expansion of surplus electricity production takes place by means of condensing turbines / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Arnaldo Cesar da Silva Walter / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:15:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piacente_ErikAugusto_M.pdf: 1794764 bytes, checksum: be783c4c28b610248dc5a7d8eeff744b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo principal desta dissertação é avaliar as perspectivas do Brasil no emergente mercado internacional de etanol. Muitos países têm iniciativas para misturar etanol à gasolina a fim de deslocar o MTBE, reduzir emissões de GEE, reduzir a dependência de petróleo e incentivar a agroindústria local. O Brasil tem tradição e grande potencial na produção de biomassa, sendo notável sua experiência na produção de etanol. As perspectivas de aumento da produção de etanol são muito favoráveis, tanto considerando o mercado interno quanto o internacional. A expansão do mercado interno deve-se ao sucesso nas vendas dos veículos flex-fuel, enquanto o mercado internacional tende a crescer pelas razões acima apresentadas, mas principalmente por conta das preocupações quanto às mudanças climáticas. Para ampliar sua capacidade de produção, tanto para suprir a demanda interna quanto para exportar volumes significativos de etanol, serão necessárias a construção de novas unidades industriais (cerca de 150), a ampliação da lavoura de cana (4 Mha) e a expansão da logística. Entretanto, apesar da elevada competitividade da indústria brasileira, uma maior participação no mercado internacional dependerá da superação de barreiras comerciais em processos de negociação complexos e morosos. A sustentabilidade da produção de etanol, tanto do ponto de vista ambiental, social quanto econômico é questão fundamental, uma vez que os países compradores tendem a exigir a certificação de cumprimento de determinados padrões de produção. Também quanto a sustentabilidade a agroindústria canavieira no Brasil alcançou resultados notáveis nos últimos 30 anos, mas é ainda necessário avançar para assegurar um papel importante no comércio internacional de etanol / Abstract: The main objective of this dissertation is to evaluate the perspectives of Brazil in the emerging bio-ethanol international market. Many countries have initiatives for blending ethanol with gasoline in order to displace MTBE as octane enhancer, to reduce GHG emissions, to reduce oil dependence, and to foster local agricultural activities. Brazil has tradition and even an enormous potential on biomass production, being remarkable its experience on bio-ethanol production. The perspectives for the rising of ethanol production are very favorable, both considering the domestic and the international market. The growth of the domestic market is due to the success of the flex-fuel vehic1es, while the development of the international market is due to the reasons previously presented, but mainly to the concerns about c1imate change. To enlarge the current capacity, both to supply the domestic demand and to occupy an important share of the international market, it would be necessary to build new industrial units (about 150 new plants), to enlarge the harvested area (4 Mha) and to improve the logistics. However, despite the high competitiveness of Brazilian industry, its share in the international trade will depend on overcome trade barriers in a negotiation process that is complex and gradual. The sustainability of ethanol production, considering environmental, social and economic aspects, is a very important issue, as the buyers should demand certifies to assure that certain production standards have been accomplished. Also regarding sustainability the Brazilian ethanol industry has reached remarkable results during the last 30 years, but it is still necessary to enhance its performance to assure an important role in the bio-ethanol trade / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Carlos Alberto Luengo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T16:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bezzon_Guilherme_D.pdf: 9612903 bytes, checksum: 5290e4244ec81545fd94aac72b915276 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Em um contexto de discussões de problemas ambientais gerados pela utilização em larga escala de combustíveis fósseis, a biomassa aparece como um atrativo recurso energético que, através de um uso racional e sustentável, pode contribuir significativamente para o controle das condições ambientais a nível global e localizado. Um dos principais combustíveis derivados de biomassa, o carvão vegetal, é produzido atualmente por tecnologias de baixa eficiência, que resultam em uma exploração indiscriminada de florestas nativas. O reflorestamento e o uso de tecnologias mais eficientes na produção do carvão vegetal são alternativas que proporcionam um melhor aproveitamento do potencial energético disponível na biomassa. Um aumento do valor agregado do carvão vegetal pode ser obtido através da modificação de sua estrutura por meio de uma oxidação controlada, dando origem ao carvão ativado, um material com propriedades adsortivas, que são aplicadas para a separação de compostos indesejáveis, purificação e remoção de poluentes em líquidos e gases. O aumento do rendimento de produção de carvão vegetal e carvão ativado, a partir de biomassa, foi obtido através do desenvolvimento de uma tecnologia, baseada na pirólise controlada a pressões superiores à atmosférica e posterior ativação do carvão vegetal resultante, utilizando oxigênio como agente ativante. Essa tecnologia foi avaliada através de ensaios experimentais e do desenvolvimento de um modelo matemático do processo de ativação. Esses ensaios foram realizados utilizando equipamentos e a estruturado Grupo CombustíveisAlternativos- UNICAMP e do "Hawaii Natural Energy Institute- University of Hawaii". A pirólise de biomassa a pressões superiores à atmosférica proporcionou altos rendimentos de carvão vegetal, com propriedades semelhantes aos carvões comerciais, enquanto que o processo de ativação resultou em altos rendimentos de carvões ativados, com médias propriedades adsortivas. A aplicação dessas tecnologias abre caminho para novos mercados e a possibilidade de um uso racional dos recursos de biomassa, criando-se, dessa forma, uma competitividade frente aos derivados de origem fóssil / Abstract: An alternative way for reducing environmental problems generated by the largescale use of fossil fuels is the rational and sustainable use of biomass, a renewable energy source, which can contribute for controlling regional and global environment conditions. Charcoal is an important solid fuel derived from biomass, which is usually produced by low efficiency technologies, resulting in native forestry exploitation. The reforestation and the use of more efficient technologies for charcoal making, are alternatives for a better use of the available energy potential in biomass. A gain in charcoal commercial value can be achieved by the modification of its internal structure through a controlled oxidation, which originates activated carbon, a material with special adsorptive properties, used for separation, purification, and pollutants remotion, in liquid and gas phases. Higher yields in the production of charcoal and activated carbon from biomass were achieved, through the development of a new technology based on the controlled pyrolysis at elevated pressures and further activation of the remaining charcoal, using oxygen as activating agent. This technology was evaluated by an experimental analysis and a numerical model of the activation process. Experimental tests were conducted, using the structure and equipments of the "Grupo Combustíveis Alternativos- UNICAMP" and the Hawaii Natural Energy Institute - University of Hawaii. The biomass pyrolysis at elevated pressures resulted in high yields of charcoal with good commercial properties, while the activation process resulted in high yietds of activated carbon with medium adsorptive characteristics. These technologies can open the possibility of new markets, with a rational use of the biomass resources, and fmally, introduce a feasible alternative for fossil fuels, reducing environmental problems / Doutorado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Planejamento de Sistemas Energeticos