A combinação do substrato orgânico e do reator anaeróbio é determinante na produção fermentativa de hidrogênio e de ácidos orgânicos com valor agregado. A utilização do melaço da cana-de-açúcar como substrato orgânico em reatores de leito granular expandido (EGSB) ainda não foi uma alternativa explorada para produção de hidrogênio. Dessa forma, este estudo teve como objetivo analisar a produção biológica de hidrogênio e ácidos orgânicos em três reatores EGSB independentes com concentração de carboidratos de 5 g L-1 (EGSB-5), 10 g L-1 (EGSB-10) e 15 g L-1 (EGSB-15), utilizando melaço da cana-de-açúcar como substrato, sob condição mesofílica de temperatura (30 ºC) e variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 h até 1 h. No EGSB-5, o processo fermentativo não gerou hidrogênio. No entanto, houve produção de metabólitos com valor agregado, principalmente ácido acético, butírico e propiônico. Neste reator, o ácido acético proveniente da reação de homoacetogênese (23 51%) justificou a ausência de hidrogênio. No EGSB-10 a produção de hidrogênio ocorreu na última fase de operação (TDH 1 h), com produção volumétrica de hidrogênio (PVH) máxima de 4,56 L d-1 L-1 e rendimento de hidrogênio (HY) máximo de 0,14 mol H2 mol hexose -1. No EGSB-15, houve PVH no TDH de 2 h e de 1 h , com valor máximo de 13,92 L d-1 L-1 no TDH de 1 h, e HY máximo de 0,25 mol H2 mol hexose-1, também no TDH de 1 h. No EGSB-10 e no EGSB-15, as vias metabólicas responsáveis pela produção de hidrogênio foram semelhantes, associadas à elevação da produção de ácido butírico e ácido lático. O ácido lático foi utilizado como fonte de carbono alternativa em condições de pouca disponibilidade de substrato e de pressão parcial de hidrogênio elevada, o que justifica os valores reduzidos de HY. Os resultados obtidos evidenciaram que o melaço pode ser utilizado para produção de H2 e de ácidos orgânicos em reatores EGSB por processos fermentativos. / The combination of the organic substrate and the anaerobic reactor is determinant in fermentative hydrogen and organic acids production. The use of sugarcane molasses as an organic substrate in expanded granular sludge bed (EGSB) has not yet been explored for H2 production. Thus the objective of this study was to analyze the biological H2 and organic acids production in three independent EGSB reactors with a carbohydrate concentration of 5 g L-1 (EGSB-5), 10 g L-1 (EGSB-10) and 15 g L-1 (EGSB-15), using sugarcane molasses as substrate, under mesophilic temperature (30 °C) and hydraulic retention time (HRT) variation of 24 h - 1 h. In EGSB-5, the fermentation process did not generate hydrogen. However, there was production of volatile fatty acids, mainly acetic, butyric and propionic acid. In this reactor, acetic acid from the homoacetogenesis reaction (23 - 51%) justified the absence of hydrogen. The EGSB-10 produced H2 in the last phase of operation (HTR 1 h), with maximum hydrogen production rate (HPR) of 4.56 L d-1 L-1 and maximum hydrogen yield (HY) of 0.14 mol H2 mol hexose-1. In the EGSB-15, there was HPR in the HPR of 2 h and 1 h, with a maximum value of 13.92 L d-1 L-1 in the HRT of 1 h, and HY maximum of 0.25 mol H2 mol hexose-1, also in the HRT of 1 h. In the EGSB-10 and EGSB-15, the metabolic pathways responsible for hydrogen production were similar, associated with increased production of butyric acid and lactic acid. Lactic acid was used as an alternative carbon source under conditions of low substrate availability and high hydrogen partial pressure, which justifies the reduced HY values. The results showed that molasses can be used to produce H2 and organic acids in EGSB reactors in anaerobic fermentation process.

As preocupações com o meio ambiente têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias verde para a produção de etanol de segunda geração (2G), com o intuito de aumentar a produção mundial de etanol e reduzir o uso de combustíveis fósseis. Além disso, o uso de processos biológicos para a obtenção de etanol 2G minimizam a geração de resíduos tóxicos e o uso de energia, reduzindo os custos do processo. O objetivo deste trabalho foi avaliar os processos de biodeslignificação do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) (etapa 1) e biodestoxificação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar (HHBCA) (etapa 2) na produção de etanol celulósico e hemicelulósico. Inicialmente foi explorado o potencial de remoção de lignina presente no BCA por seis isolados fúngicos (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) e uma cepa de Streptomyces (JLS3-C3), visando o aumento da acessibilidade aos açúcares fermentescíveis. Foram utilizados o planejamento fatorial fracionário 24-1 e o arranjo ortogonal de Taguchi L8 para avaliar o impacto de parâmetros físicos e nutricionais na atividade das enzimas hidrolíticas e ligninolíticas e transformação da lignina durante 21 dias. Como segundo passo foi utilizado o pré-tratamento com ácido diluído para a obtenção do HHBCA, rico em pentoses. Os parâmetros nuticionais para a biodestoxificação do HHBCA foram avaliados utilizando o modelo Box and Behnken 23. As cepas JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 apresentaram alta capacidade de síntese da enzima xilanase, que foi reduzida (de 30 U/mg para 5 U/mg) com o auxílio do planejamento fatorial fracionário 24-1 na condição otimizada (BCA moído e umedecido, pH 8,5, agitação de 100 rpm durante 14 dias). A cepa JLS6-A6 apresentou alto potencial de síntese da enzima manganês peroxidase, destacando-se entre as outras estirpes. A condição de sacarificação ótima identificada por meio do arranjo ortogonal de Taguchi foi pH 8,5 e BCA umedecido. O valor de YP/S obtido após a fermentação dos açúcares liberados a partir do BCA moído e pré-tratado (YP/S = 0,45 g de etanol celulósico/g) foi 2,14 vezes mais elevado do que o obtido para o BCA não moído e pré-tratado, e 1,29 vezes mais elevado do que o BCA moído e não pré-tratado durante o processo de sacarificação e fermentação simultâneas. A levedura Issatchenkia occidentalis Y1´a foi capaz de crescer no HHBCA não suplementado, utilizando ácido acético como fonte de energia. A etapa de fermentação (30oC, 150 rpm, 24 h) foi bem sucedida com uma produção volumétrica (YP/S) de 0,26 g de etanol hemicelulósico/g e produtividade (QP) de 0,14 g/Lh pela levedura Candida shehatae UFMG 52.2. Estes resultados confirmam o potencial de processos biológicos relacionados com a produção de etanol 2G. Além disso, JLS6-A6 e I. occidentalis Y1\'a são cepas promissoras no pré-tratamento biológico do BCA e destoxificação biológica do HHBCA, respectivamente. Desta forma, este trabalho contribuirá com o desenvolvimento da produção de etanol celulósico e hemicelulósico proporcionando a integração da produção do etanol de primeira e 2G. / Environmental concerns have driven the development of green technologies towards second-generation ethanol (2G) production in order to increase the global production of ethanol and to minimize usage of fossil fuels Furthermore, the use of biological processes through the steps required to obtain 2G bioethanol reduces the generation of residues, some of which are toxic to the environment, and the need for energy usage, reducing the overall costs of the process. The objective of this study was to evaluate the influence of the biodelignification of the sugarcane bagasse (SCB) (step 1) and the sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate (SCBHH) biodetoxification (step 2) for the production of cellulosic and hemicellulosic ethanol. Firstly, six fungal strains (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) and one Streptomyces strain (JLS3-C3), were explored according to their potential for lignin removal from SCB during a biological pretreatment in order to increase the accessibility of fermentable sugars. Fractional factorial design 24-1 and Taguchi L8 orthogonal array were utilized to assess the impact of physical and nutritional parameters in the hydrolytic and ligninolytic enzymes activity and lignin transformation over 21 days of incubation. Secondly, SCB was subjected to diluted-acid pretreatment to obtain the SCBHH, rich in pentoses sugar. Nutritional parameters for biodetoxification of SCBHH were evaluated utilizing the Box and Behnken 23 design. The strains JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 showed a high capacity for synthesis of xylanase enzyme. The xylanase activity was significantly reduced (from a maximum of 30 U/mg to 5 U/mg) in the optimized condition (moistened SCB milled to 20 mesh size, pH 8.5, agitation 100 rpm for 14 days) determined with the fractional factorial design. The strain JLS6-A6 showed high potential for synthesis of manganese peroxidase enzyme and efficiency during SCB biodelignification, standing out among the other strains. The optimum saccharification conditions identified by Taguchi orthogonal array was moistened SCB and pH 8.5. The value of YP/S obtained after fermentation of the sugars released from pretreated milled SCB (YP/S = 0.45 g cellulosic ethanol/g) was 2.14 times higher than that obtained for pretreated unmilled SCB and 1.29 times higher than unpretreated milled SCB after the simultaneous saccharification and fermentation process. The yeast I. occidentalis Y1\'a was able to grow on unsupplemented SCBHH using acetic acid as an energy source during the biodetoxification process. The fermentation step (30oC, 150 rpm, 24 h) was successful with a volumetric yield (YP/S) of 0.26 g hemicellulosic ethanol/g and productivity (Qp) of 0.14 g/Lh by the yeast Candida shehatae UFMG 52.2. These results confirm the potential of biological processes related to the production of ethanol 2G. Furthermore, JLS6-A6 and I. occidentalis Y1\'a are promising strains for SCB biological pretreatment and SCBHH biological detoxification, respectively. Thus, this work will contribute to the development of cellulosic and hemicellulosic ethanol production, providing the integration of the production of the first and 2G ethanol.

O objetivo desta dissertação foi avaliar a possível ocorrência de contágio de volatilidade no mercado de energia combustível, com foco em etanol, analisando commodities agrícolas e de energia. São examinados dois cenários. O Cenário I teve como objetivo identificar a presença de volatilidade spillover entre os preços futuros de petróleo e milho, cotados no mercado internacional, e o preço futuro de etanol, cotado no Brasil. Ou seja, se propôs a identificar a presença de volatilidade spillover no mercado futuro de etanol brasileiro. O Cenário II teve como objetivo identificar a presença de volatilidade spillover entre os preços futuros de petróleo e açúcar cotados no mercado internacional em relação ao preço físico de açúcar no Brasil. Neste caso o objetivo foi identificar a presença de volatilidade spillover no mercado físico de etanol brasileiro. As séries de preços trabalhadas abrangem o período de 18/05/10 a 29/12/11 e 20/05/03 a 29/12/11, para cada cenário respectivamente. Utilizou-se para análise uma modelagem GARCH multivariada, em função da robustez de seus resultados e da possibilidade de sua aplicação prática por profissionais do mercado. Concluiu-se que apenas no Cenário II foi possível identificar transmissão de volatilidade entre as estruturas analisadas. Porém, a não observação de contágio no Cenário I pode ter sido decorrente da limitação de dados disponíveis, dado ser recente a existência de contrato futuro de etanol brasileiro e pela baixa liquidez dos contratos negociados, o que incentiva análises futuras que busquem essa comprovação importante para a mitigação dos riscos inerentes a esses mercados. / The aim of this thesis was to evaluate the possible occurrence of volatility contagion in the fuel energy market, with focus on ethanol, analysing agricultural and energy commodities. Two scenarios are evaluated. Scenario I is proposed to identify the presence of volatility spillover between the futures prices of oil and corn, negotiated on the international future market and the futures prices of ethanol, negotiated in Brazil. That is, set out to identify the presence of volatility spillover in the ethanol Brazilian future market. Scenario II is proposed to identify the presence of volatility spillover between the futures prices of oil and sugar listed in the international market in relation to the spot price of sugar in Brazil. In this case the objective was to identify the presence of volatility spillover in the ethanol Brazilian spot market. The price series covered the period 05/18/10 until 12/29/11 and 12/29/11 until 05/20/03, respectively for each scenario. It was used the multivariate GARCH model to analyze this occurrence, because this model give robust results and the possibility of practical application by market professionals. It was concluded that only in Scenario II was identified volatility transmission between the analyzed structures. However, non-observation of contagion in Scenario I may have been due to the limited data available, since it is recent the existence of ethanol Brazilian futures contract and the low liquidity, which encourages future analyzes seeks to prove this evidence, important to mitigating the risks inherent in these markets.

As preocupações com o meio ambiente têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias verde para a produção de etanol de segunda geração (2G), com o intuito de aumentar a produção mundial de etanol e reduzir o uso de combustíveis fósseis. Além disso, o uso de processos biológicos para a obtenção de etanol 2G minimizam a geração de resíduos tóxicos e o uso de energia, reduzindo os custos do processo. O objetivo deste trabalho foi avaliar os processos de biodeslignificação do bagaço de cana-de-açúcar (BCA) (etapa 1) e biodestoxificação do hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar (HHBCA) (etapa 2) na produção de etanol celulósico e hemicelulósico. Inicialmente foi explorado o potencial de remoção de lignina presente no BCA por seis isolados fúngicos (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) e uma cepa de Streptomyces (JLS3-C3), visando o aumento da acessibilidade aos açúcares fermentescíveis. Foram utilizados o planejamento fatorial fracionário 24-1 e o arranjo ortogonal de Taguchi L8 para avaliar o impacto de parâmetros físicos e nutricionais na atividade das enzimas hidrolíticas e ligninolíticas e transformação da lignina durante 21 dias. Como segundo passo foi utilizado o pré-tratamento com ácido diluído para a obtenção do HHBCA, rico em pentoses. Os parâmetros nuticionais para a biodestoxificação do HHBCA foram avaliados utilizando o modelo Box and Behnken 23. As cepas JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 apresentaram alta capacidade de síntese da enzima xilanase, que foi reduzida (de 30 U/mg para 5 U/mg) com o auxílio do planejamento fatorial fracionário 24-1 na condição otimizada (BCA moído e umedecido, pH 8,5, agitação de 100 rpm durante 14 dias). A cepa JLS6-A6 apresentou alto potencial de síntese da enzima manganês peroxidase, destacando-se entre as outras estirpes. A condição de sacarificação ótima identificada por meio do arranjo ortogonal de Taguchi foi pH 8,5 e BCA umedecido. O valor de YP/S obtido após a fermentação dos açúcares liberados a partir do BCA moído e pré-tratado (YP/S = 0,45 g de etanol celulósico/g) foi 2,14 vezes mais elevado do que o obtido para o BCA não moído e pré-tratado, e 1,29 vezes mais elevado do que o BCA moído e não pré-tratado durante o processo de sacarificação e fermentação simultâneas. A levedura Issatchenkia occidentalis Y1´a foi capaz de crescer no HHBCA não suplementado, utilizando ácido acético como fonte de energia. A etapa de fermentação (30oC, 150 rpm, 24 h) foi bem sucedida com uma produção volumétrica (YP/S) de 0,26 g de etanol hemicelulósico/g e produtividade (QP) de 0,14 g/Lh pela levedura Candida shehatae UFMG 52.2. Estes resultados confirmam o potencial de processos biológicos relacionados com a produção de etanol 2G. Além disso, JLS6-A6 e I. occidentalis Y1\'a são cepas promissoras no pré-tratamento biológico do BCA e destoxificação biológica do HHBCA, respectivamente. Desta forma, este trabalho contribuirá com o desenvolvimento da produção de etanol celulósico e hemicelulósico proporcionando a integração da produção do etanol de primeira e 2G. / Environmental concerns have driven the development of green technologies towards second-generation ethanol (2G) production in order to increase the global production of ethanol and to minimize usage of fossil fuels Furthermore, the use of biological processes through the steps required to obtain 2G bioethanol reduces the generation of residues, some of which are toxic to the environment, and the need for energy usage, reducing the overall costs of the process. The objective of this study was to evaluate the influence of the biodelignification of the sugarcane bagasse (SCB) (step 1) and the sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolyzate (SCBHH) biodetoxification (step 2) for the production of cellulosic and hemicellulosic ethanol. Firstly, six fungal strains (JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-A12, JLS6-F6, JLS6-G4 and JLS6-H9) and one Streptomyces strain (JLS3-C3), were explored according to their potential for lignin removal from SCB during a biological pretreatment in order to increase the accessibility of fermentable sugars. Fractional factorial design 24-1 and Taguchi L8 orthogonal array were utilized to assess the impact of physical and nutritional parameters in the hydrolytic and ligninolytic enzymes activity and lignin transformation over 21 days of incubation. Secondly, SCB was subjected to diluted-acid pretreatment to obtain the SCBHH, rich in pentoses sugar. Nutritional parameters for biodetoxification of SCBHH were evaluated utilizing the Box and Behnken 23 design. The strains JLS6-A6, JLS6-A7, JLS6-F6 and JLS6-A12 showed a high capacity for synthesis of xylanase enzyme. The xylanase activity was significantly reduced (from a maximum of 30 U/mg to 5 U/mg) in the optimized condition (moistened SCB milled to 20 mesh size, pH 8.5, agitation 100 rpm for 14 days) determined with the fractional factorial design. The strain JLS6-A6 showed high potential for synthesis of manganese peroxidase enzyme and efficiency during SCB biodelignification, standing out among the other strains. The optimum saccharification conditions identified by Taguchi orthogonal array was moistened SCB and pH 8.5. The value of YP/S obtained after fermentation of the sugars released from pretreated milled SCB (YP/S = 0.45 g cellulosic ethanol/g) was 2.14 times higher than that obtained for pretreated unmilled SCB and 1.29 times higher than unpretreated milled SCB after the simultaneous saccharification and fermentation process. The yeast I. occidentalis Y1\'a was able to grow on unsupplemented SCBHH using acetic acid as an energy source during the biodetoxification process. The fermentation step (30oC, 150 rpm, 24 h) was successful with a volumetric yield (YP/S) of 0.26 g hemicellulosic ethanol/g and productivity (Qp) of 0.14 g/Lh by the yeast Candida shehatae UFMG 52.2. These results confirm the potential of biological processes related to the production of ethanol 2G. Furthermore, JLS6-A6 and I. occidentalis Y1\'a are promising strains for SCB biological pretreatment and SCBHH biological detoxification, respectively. Thus, this work will contribute to the development of cellulosic and hemicellulosic ethanol production, providing the integration of the production of the first and 2G ethanol.

Atualmente as organizações industriais notaram a importância de se preservar o meio ambiente e está demonstrando um crescente interesse em atuar de forma sustentável na utilização de matérias-primas para geração de produtos. Diante disso, métodos e ferramentas que permitam a identificação das relações existentes entre produtos e processos e o ambiente faz-se necessário. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho ambiental e energético do ciclo de vida da produção de etanol de batata-doce cultivada no Tocantins, e a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) foi a ferramenta que permitiu analisar os potenciais impactos ambientais causados pela produção do etanol, desde a extração da matéria-prima a sua produção na usina, avaliando as fases agrícola e industrial do seu ciclo de vida. Com base nos resultados da ACV foi possível identificar que as categorias de impacto ambiental Mudança Climática, Eutrofização e Acidificação Terrestre tiveram as maiores contribuições relacionados à fase agrícola, cujas emissões de gases acidificantes, emissões de GEE e “usos de recursos energéticos não-renováveis” estiveram relacionadas ao uso de fertilizantes sintéticos e ao uso de combustíveis fósseis principalmente no processo de plantio e manejo no cultivo da batata-doce, o que indica a necessidade de uma utilização mais eficiente desses recursos. Na avaliação energética constatou-se o que a produção do etanol de batata-doce é viável em relação à energia líquida gerando o total de 1,36 MJ para cada unidade de energia consumida, e 1,76 MJ produzido para cada unidade de energia fóssil despendida para sua fabricação. / Currently industrial organizations noted the importance of preserving the environment and is demonstrating a growing interest in acting in a sustainable way in the use of raw materials for generation of products. Therefore, methods and tools that enable the identification of the relationship between products and processes and the environment is necessary. This study aimed to evaluate the energy and environmental performance of the life cycle of sweet potato ethanol production grown in Tocantins, and the Life Cycle Assessment (LCA) was the tool that allowed us to analyze the potential environmental impacts for ethanol production, from extraction of raw materials to production at the plant, evaluating the agricultural and industrial phases of their life cycle. Based on LCA results was possible to identify the categories of environmental impact climate change, eutrophication and acidification Land had higher contributions related to the agricultural phase, whose emissions of acidifying gases, greenhouse gas emissions and "non-renewable energy resources use were" related to the use of synthetic fertilizers and the use of fossil fuels especially in the planting and management of sweet potato process, which indicates the need for a more efficient use of those resources. In the energy assessment it was found that the production of sweet potato ethanol is feasible in relation to net energy generating total of 1.36 MJ for each unit of energy consumed, and 1.76 MJ produced for each unit of fossil energy expended to manufacture.

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.

A presente pesquisa teve como objetivo primordial a verificação da viabilidade técnica de empregar sistema do tipo célula a biocombustível para tratamento de esgoto sanitário com geração de energia elétrica. A célula a biocombustível, em escala de bancada, adotada foi constituída por reator anaeróbio seguido de reator aeróbio, visando à remoção de matéria orgânica carbonácea e à nitrificação Cada reator apresentou área de 0,6275 m2 e volume útil de 24,0 L. A célula a biocombustível foi alimentada com esgoto sanitário com tempo de detenção hidráulica médio de 8 horas (nos dois módulos). Em cada reator instalou-se um eletrodo imerso, de modo que os dois eletrodos foram unidos por fio condutor externo. Foi verificada a potencialidade do sistema em gerar energia elétrica a partir das reações químicas e bioquímicas que se deram junto aos eletrodos e nos biofilmes aderidos aos mesmos. A operação da célula a biocombustível foi dividida em cinco Fases, denominadas de I, II, III, IV e V, sendo que o fator principal que distinguiu essas Fases consistiu no material eletródico. Manta de fibra de carbono e placa de grafite foram adotadas como ânodo da célula (reator anaeróbio). Chapa de aço inoxidável (AISI 316) e malhas de aço inoxidável (AISI 316) foram usadas como cátodo do sistema (reator aeróbio). Para monitoramento do sistema foram realizadas análises físico-químicas do afluente, do efluente do reator anaeróbio e do efluente do reator aeróbio e para o acompanhamento da produção de energia elétrica utilizou-se potenciômetro acoplado a software específico. Microssensores de OD, pH e potencial redox foram empregados como ferramentas auxiliares para o acompanhamento do crescimento e desenvolvimento dos biofilmes aderidos aos eletrodos da célula a biocombustível. Como resultados concernentes ao tratamento do esgoto sanitário foram obtidas eficiências médias de remoção de DQO de (74,4±17,1)% e de nitrificação de (65,8±21,0)%, no decorrer das cinco Fases. O valor da maior densidade de potência média verificada foi de 107,0 mW.m-2, ocorrida quando o ânodo da célula a biocombustível consistiu em placa de grafite e o cátodo em malha de aço inoxidável (AISI 316) do tipo 20, na Fase V. A dosagem de cloreto férrico e a colocação de meio suporte de material plástico no sistema para limpeza automática do cátodo, realizadas na Fase em que se observou a maior densidade de potência média foram consideradas como positivas no aprimoramento da obtenção de energia elétrica. Por meio da combinação dos resultados relacionados à geração de energia elétrica e da aplicação dos microssensores constatou-se que o desenvolvimento de biofilmes espessos sobre os eletrodos da célula a biocombustível consiste em fator negativo da sua eficiência energética. Concluiu-se que a célula a biocombustível é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto com geração de energia elétrica, contudo diante do conhecimento que se tem sobre essa tecnologia, a sua adoção em escala real ainda é economicamente inviável. / This research aimed mainly to verify the technical feasibility of employing a system called biofuel cell for treating wastewater and generating electricity at the same time. The biofuel cell, in lab scale, adopted consisted of an anaerobic followed by an aerobic reactor, aiming the removal of carbonaceous organic matter and nitrification. Each reactor had an area of 0.6275 m2 and useful volume of 24.0 L. The biofuel cell was fed with sanitary wastewater with hydraulic retention time of eight hours (in both modules). In each reactor was installed an electrode immersed, and the two electrodes were connected by a wire conductor. The capability of the system to generate electricity from the chemical and biochemical reactions that occurred along the electrodes and in biofilms attached to them was verified. The biofuel cell operation was divided into five Phases, named I, II, III, IV and V, and the main factor that distinguished these Phases consisted of the electrode material. Carbon fiber felt and graphite plate were adopted as the anode of the cell (on anaerobic reactor). Stainless steel plates (AISI 316) and stainless steel meshes (AISI 316) were used as the cathode (on aerobic reactor). Monitoring system were carried out with physicochemical analyzes of the influent, anaerobic effluent and aerobic effluent and for monitoring the electricity production it was used a potentiometer coupled with a specific software. DO, pH and redox potential microsensors were employed as auxiliary tools for monitoring the growth and development of biofilms attached to the electrodes of the biofuel cell. The results concerning the treatment of wastewater were COD efficiencies removal of (74.4 ± 17.1)% and nitrification of (65.8 ± 21.0)%, throughout the five Phases. The amount of the higher power density observed was 107.0 mW.m-2 occurred when the anode of the biofuel cell consisted of graphite plate and cathode of stainless steel mesh (AISI 316) type 20, on Phase V . The dosage of ferric chloride and the placement of plastic midia on the aerobic module of the system for automatic cleaning of the cathode, conducted on Phase V, were considered positive for the improvement in obtaining electricity. By combining the results related to power generation and application of microsensors it was concluded that the development of thick biofilms on the electrodes of a biofuel cell is a negative factor in their energy efficiency. It was also concluded that the biofuel cell is technically feasible to treat sanitary wastewater and to generate electricity, but actually, based on the knowledge we have about this technology, its adoption in large scale is still not economically feasible.

O etanol, produto proveniente da indústria sucroalcooleira, um dos setores mais importantes da economia brasileira, atrai a atenção dos países desenvolvidos. O aumento de sua demanda em todo o mundo, motivado por razões econômicas e ambientais, impulsiona sua exportação. O volume exportado passou de 750 milhões de litros em 2003 para 3,5 bilhões de litros em 2006 e os produtores estimam que em cinco anos este volume alcance 6,5 bilhões de litros. Diante da perspectiva de acréscimo nas exportações, e do fato de quase 90% da produção brasileira concentra-se no Centro-Sul, esta dissertação tem por objetivo analisar as alternativas de transporte de etanol para exportação no médio prazo, baseado no plano de investimentos proposto pelo projeto do corredor de exportação de etanol da Transpetro, um dos investimentos propostos para melhorar a eficiência logística do transporte de etanol. Tais investimentos pretendem atender a demanda instalada pelo mercado internacional de forma satisfatória, garantindo o suprimento do combustível e prevenindo o surgimento de gargalos logísticos motivados por falta de infra-estrutura suficiente para o escoamento da produção. Foram avaliadas três alternativas de transporte que representam a movimentação de etanol das unidades produtoras aos portos: alternativa rodoviária, alternativa rodo-dutoviária, e alternativa rodo-hidro-dutoviária. Definidas as alternativas, foram identificadas as trinta principais zonas produtoras de etanol e analisadas as alternativas específicas para cada uma. Assim, foi possível identificar as principais vantagens competitivas das alternativas de transporte por região produtora e verificar os ganhos derivados do transporte por dutos e pela hidrovia no escoamento da produção de etanol até os principais portos. / Ethanol, a product originated from the sugarcane and ethanol industry, one of the most important sectors in the brazilian economy is attracting the interest of the developed countries. The exportation of ethanol is stimulated by the increasing worldwide demand driven by economic and environmental reasons. The exported volume increased from more than 750 million liters in 2003 to 3.5 billion liters in 2006 and, in the next five years, the brazilian producers expect that this volume will reach 6.5 billion liters. Because of this expectation in increasing exportations of ethanol, and being aware that the center-south region of Brazil produces almost 90% of the brazilian ethanol, the objective of this dissertation is to analyze the alternatives of transportation of ethanol for exportation in the medium term. This study is based in the Transpetro´s corridor of ethanol exportation investment plan, which is one of the proposed investments to increase the logistic efficiency of the transportation of ethanol. These investments intend to satisfactorily fulfill the demand of the international market, guaranteeing the supply of ethanol and preventing the appearance of logistic gaps due to lacks of infra-structure for transporting the product. Three alternatives of transportation were evaluated, representing the transportation of ethanol from the manufacturing units to the ports: roadway alternative, road-pipeline alternative and road-waterway-pipeline alternative. After the definition of these alternatives, the thirty major manufacturing zones of ethanol were defined and each zone had these alternatives analyzed. As a result, the major competitive advantages of the transportation alternatives by zone were identified. Also, the potential gains of transporting ethanol to the major seaports by pipelines and waterways were evaluated.

O crescente interesse por fontes alternativas de energia, sobretudo por aquelas que consigam mitigar as emissões de gases causadores do efeito estufa (GEE), tem feito com que a produção de biocombustíveis aumentasse significativamente. Neste cenário o etanol produzido a partir da cana de açúcar, tem apresentado vantagem em relação a outros biocombustíveis, uma vez que a energia produzida é relativamente alta quando comparada com a consumida em seu processo produtivo. Neste contexto, as exportações brasileiras, principalmente as da região Centro-Sul, tentam suprir as necessidades mundiais através da produção excedente de etanol no país. No entanto, há gargalos logísticos na distribuição deste produto e isso tem feito que o transporte rodoviário fosse excessivamente utilizado na movimentação do etanol desde a usina até o porto. Diante destes aspectos, esta pesquisa busca investigar alternativas intermodais para a movimentação do etanol destinado à exportação, considerando a viabilidade econômica e energética empregada na cadeia logística deste biocombustível. Para isso, foram gerados quatro cenários utilizando os modos rodoviário, ferroviário, dutoviário e hidroviário. Através dos resultados obtidos, o cenário rodo-ferroviário apresentou uma estimativa de custo da ordem de R$ 654 milhões, valor da mesma ordem de grandeza do cenário rodoviário de referência, que foi de R$ 653 milhões. Já os cenários rodo-dutoviário e rodo-hidro-dutoviário, apresentaram custos maiores, respectivamente da ordem de R$ 661 milhões e R$ 674 milhões respectivamente. Em contrapartida, na análise de mínimo consumo energético o cenário rodo-hidro-dutoviário apresentou um gasto de energia da ordem de 533 mil MJ, cerca de 60% a menos que o consumido no cenário rodoviário, estimado em 1,45 milhões de MJ. Para o cenário rodo-dutoviário obteve-se uma estimativa de 680 mil MJ e para o cenário rodo-ferroviário de 764 mil MJ. Em relação ao porto de destino, São Sebastião foi o que apresentou sistematicamente, a melhor opção para quase todos os cenários analisados. / The growing interest in alternative energy sources, especially for those who can mitigate the emissions of gases causing the greenhouse gases (GHG), has made the production of biofuels increased significantly. In this scenario the ethanol produced from cane sugar, has shown advantages over other biofuels, since the energy generated is relatively high when compared with the consumed in the production process. In this context, brazilian exports, especially the South-Central region, try to supply the global requirements through ethanol production surplus in the country. However, there are logistical bottlenecks in the distribution of this product and it has done that the road transport were excessively used in the ethanol transportation from the plant to the port. Considering these aspects, this research seeks to investigate alternatives to the intermodal transportation of ethanol for export, considering the economic viability and energy used in this biofuel chain logistics. For this, four scenarios were generated using road, rail, pipeline and waterway modes. From the results obtained, the road-rail scenario presented an estimated cost of R$ 654 million, the same order of magnitude of road reference scenario, which was R$ 653 million. Already, the scenarios road-pipeline and road-hydro-pipeline, had higher costs respectively in the order of R$ 661 million and R$ 674 million respectively. In contrast, the analysis of minimum energy consumption the road-hydro-pipeline scenario presented an energy expenditure of approximately 533 thousand MJ, about 60% unless consumed in road scenario, estimated at 1.45 million MJ. For road-pipeline scenario yielded an estimate of 680 thousand MJ and the road-rail scenario of 764 thousand MJ. In relation to the port of destination, São Sebastião was systematically presented, the best option for almost all scenarios analyzed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Fontes limitadas de combustíveis fósseis, instabilidade no preço do petróleo e a necessidade de reduzir as emissões de dióxido de carbono na atmosfera estimulam a necessidade de se explorar novas tecnologias na produção de combustíveis líquidos usando matéria-prima renovável. Entre os biocombustíveis produzidos atualmente o butanol (1-butanol, n-butanol), desperta particular interesse, devido a características energéticas que o tornam um combustível promissor para motores de combustão. A biossíntese desse álcool está presente no gênero Clostridium, cujo metabolismo fermentativo é capaz de produzir acetona, butanol e etanol. Entretanto, a engenharia metabólica desses micro-organismos para produção de bioálcool é particularmente difícil de ser realizada, uma vez que as vias fermentativas são bastante ramificadas e possuem sistema de restrição diferenciado. O objetivo desse trabalho foi desenvolver um bioprocesso envolvendo modificações genéticas em cepas de C. acetobutylicum para o aumento da produção de álcoois. Para suplantar o sistema de restrição, linhagens de E. coli contendo o plasmídeo com o gene da metiltranferase otimizado (φ3TIm) foram utilizadas para metilação no DNA. A otimização da produção de álcoois foi realizada através do nocaute dos genes associados à formação de ácidos acético e butírico (pta e buk), assim como a expressão da álcool desidrogenase secundária de C. beijerinckii na linhagem resultante. Os resultados mostram que o DNA metilado em E. coli é resistente a ação da enzima de restrição Cac284I do C. acetobutylicum. Os genes pta e buk foram deletados e a produção de ácidos foi consideravelmente diminuída. O aumento da produção de butanol e etanol foi vista na cepa A1(Δpta), porém a cepa AB1 (ΔptaΔbuk) manteve os níveis produção butanol e de etanol semelhantes aos da cepa selvagem. Não houve produção de isopropanol em nenhum dos mutantes após a transformação com vetor epissomal. Esta proposta é uma das primeiras inciativas do país voltadas para a manipulação genética de clostrídios para a produção de biocombustíveis, os ganhos em termos de conhecimento serão bastante amplos e poderá servir como base para inúmeros desenvolvimentos futuros. / Limited sources of fossil fuels, instability in the price of oil and the need to reduce carbon dioxide emissions in the atmosphere stimulate the need to explore new technologies in the production of liquid fuels using renewable raw material. Among the currently produced biofuels, butanol (1-butanol, n-butanol) is particularly interesting because of the energetic characteristics that make it a promising fuel for combustion engines. The biosynthesis of this alcohol is present in the genus Clostridium, whose fermentative metabolism is capable of producing acetone, butanol and ethanol. However, the metabolic engineering of these microorganisms for bioalcohol production is particularly difficult to perform, since the fermentative pathways are quite branched and have a distinct restriction system. The aim of this work was to develop a bioprocess involving genetic modifications in C. acetobutylicum strains to increase the production of alcohols. To overcome the restriction system, E. coli strains containing the plasmid with the optimized methyltranferase gene (φ3TIm) were used for DNA methylation. The optimization of alcohol production was accomplished through the knockout of genes associated with the formation of acetic and butyric acids (pta and buk), as well as the expression of the secondary alcohol dehydrogenase (sadh) from C. beijerinckii in the resulting lineage. The results show that the methylated DNA in E. coli is resistant to the action of the Cac284I restriction enzyme of C. acetobutylicum. The pta and buk genes were deleted and acid production was considerably decreased. Increased production of butanol and ethanol was observed in strain A1 (Δpta), but strain AB1 (ΔptaΔbuk) maintained production of butanol and ethanol levels similar to wild type. There was no production of isopropanol in any of the mutants after episomal vector transformation. This work represents one of the first initiatives in Brazil aimed at the genetic manipulation of clostridia to produce biofuels and will pave the way for numerous future developments.