Orientador: Marco Antonio Martin Biaggioni / Banca: Samir Paulo Jasper / Banca: Celso Fernandes Joaquim Junior / Resumo: O crambe, devido a sua riqueza em óleo vegetal é uma ótima opção para a produção de biodiesel. O armazenamento é prática fundamental para a qualidade fisiológica do grão. As embalagens utilizadas devem ajudar a diminuir a velocidade do processo de deterioração, mantendo a qualidade do grão. Diferentes combinações de práticas de manejo e condições ambientais afetam a capacidade de armazenamento de grãos em silo bolsa e sacaria, proporcionando maior preservação da matéria prima para a extração do óleo. Dessa maneira, o presente trabalho tem como objetivos avaliar a qualidade do grão e do óleo de crambe submetido a diferentes condições de armazenamento, visando à produção de biodiesel. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, fatorial triplo, com dois tipos de embalagens, três condições de ambiente e três períodos de armazenamento e com três repetições. As análises de qualidade dos grãos foram teor de água, acidez graxa, condutividade elétrica, cor e rendimento de óleo. As análises de qualidade do óleo foram: índice de iodo, viscosidade, massa específica, índice de acidez e teor de água. Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de "t" à 5% de probabilidade. Os resultados apontam que a embalagem hermética resistiu às influências do armazenamento e manteve a qualidade dos grãos e do óleo, o tempo de 12 meses apresentou níveis inseguros de qualidade e o ambiente câmara climatizada apresentou evidencias de deterioração em todos os quesitos avaliativos, nas embalagens e bolsa hermética e sacaria convencional. / Abstract: The crambe, due to its richness in vegetable oil is a great option for the production of biodiesel. Storage is essential for the physiological quality of the grain practice. Packaging used should help slow the process of deterioration, maintaining grain quality. Different combinations of management practices and environmental conditions affect the ability of grain storage silo bag and sacks, providing greater preservation of raw material for the extraction of oil. Thus, this study aims to evaluate the quality of grain and crambe oil under different storage conditions, aiming at the production of biodiesel. The experimental design was completely randomized, triple factorial, with two types of packaging, three environmental conditions and three storage periods, with three replications. Analysis of grain quality were water content, fat acidity, electrical conductivity, color and oil yield. The analysis of oil quality were: iodine value, viscosity, density, acid value and water content. The results were subjected to analysis of variance and means were compared by the "t" test at 5% probability. The results show that the hermetic packaging resisted the influences of storage and kept the quality of grain and oil, the time 12 months had unsafe levels of quality and climatic chamber environment showed evidence of deterioration in all evaluative questions, packaging and bag and conventional hermetic sacks. / Mestre

Orientador: Marcos Augusto de Lima Nobre / Banca: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Daniela Russo Leite / Resumo: As blendas ternárias etanol/biodiesel/óleo de soja têm como objetivo reduzir a utilização do diesel e expandir nichos da matriz energética. No entanto, é necessária a análise da miscibilidade entre os componentes, etanol, óleo de soja e o biodiesel através da construção de um diagrama de fases ternário das blendas e a caracterização da interação entre eles para propor a melhora em suas características. O diagrama obtido apresentou uma região de imiscibilidade e outra com miscibilidade entre os componentes, característico de misturas entre dois pares miscíveis: biodiesel-etanol e biodiesel-óleo de soja e um par parcialmente miscível: etanol-óleo de soja. Os componentes das blendas contêm moléculas distintas em suas composições e em distintas frações relativas, o que permite diferentes propriedades. De particular interesse é a detecção do fenômeno de interação entre as moléculas de etanol, óleo de soja e do biodiesel. Neste sentido, as propriedades das blendas como o volume molar e parâmetros elétricos e dielétricos podem não ser regidas por simples regras de mistura, o que foi confirmado por propriedades de excesso que evidenciam interações intermoleculares, verificadas por picnometria, caracterização estrutural, elétrica e dielétrica das blendas ternárias. As técnicas de caracterização devem ser sensíveis às mudanças composicionais e ao caráter polar dos compostos presentes. A técnica de picnometria apresentou resultados que confirmam a existência de propriedades de excesso, verificadas pelos valores negativos de volume molar de excesso nas blendas. A caracterização estrutural das blendas ternárias é realizada por espectroscopia vibracional de absorção na região do infravermelho forneceu informações das ligações químicas, através de bandas de absorção de grupos funcionais... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The ternary blends of ethanol/biodiesel/soybean oil aim to reduce the use of diesel and expand niches of the energy matrix. However, it is necessary to analyze the miscibility between components ethanol, soybean oil and biodiesel by constructing a phase diagram of the ternary blends and characterization of the interaction between them to propose improvements in their characteristics. The diagram obtained has a region of miscibility and miscibility with other components, characteristic of miscible blends of two pairs: biodiesel, biodiesel and ethanol, soybean oil and partially miscible pair: ethanol soybean oil. Like diesel, the components of the blends contain different molecules and their compositions in different fractions on, allowing different properties. Of particular interest is the detection of the phenomenon of interaction between molecules of ethanol, soybean oil and biodiesel. In this sense, the properties of the blends as the molar volume and electrical and dielectric parameters can not be governed by simple mixing rules, which was confirmed by excess properties that show intermolecular interactions, verified by pycnometry, structural, electrical and dielectric of ternary blends. The characterization techniques should be sensitive to compositional changes and the polar character of the compounds present. The technique picnometry presented results confirm the existence of excess properties, verified by negative values of excess molar volume in the blends. The structural characterization of ternary blends is carried out by vibrational absorption spectroscopy in the infrared region of the chemical bonds information provided through absorption bands characteristic functional groups of molecules present in the ternary blend components. The evolution of the position of absorption bands demonstrated interactions... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

As propriedades de pellets de biomassa utilizados como combustíveis são essenciais para o desempenho em processos termoquímicos, tais como combustão, gaseificação e pirólise. Estas propriedades podem afetar aspectos relacionados ao transporte, estocagem, manuseio, conversão de energia, emissões de gases no meio ambiente, bem como variáveis a serem controladas durante o processo de pelletização, influenciando diretamente o consumo de energia e os custos para a sua produção. Este trabalho apresenta um estudo realizado em uma indústria brasileira de produção de pellets de bagaço de cana-de-açúcar para determinação das principais propriedades do produto final e das variáveis do processo de produção. O objetivo deste trabalho é caracterizar, dentro do processo de pelletização, as principais propriedades físicas, químicas e mecânicas da matéria prima e do produto final, bem como conhecer os fluxos de massa, o consumo de energia e os custos envolvidos em cada etapa do processo. Como primeira parte dos resultados, concluiu-se que as propriedades de pellets de bagaço de cana-de-açúcar analisadas, tais como diâmetro, comprimento, umidade, densidade, durabilidade, quantidade de finos, poder calorífico, elementos químicos e teor de cinzas, não estão em total conformidade com outros trabalhos científicos realizados e com normas internacionais de comercialização e de qualidade de pellets de biomassa. Em segundo lugar, pôde-se conhecer a taxa de consumo de matéria prima e de produção de pellets, o consumo de energia e os custos envolvidos em cada etapa do processo de produção como secagem, moagem e pelletização. Por fim, foi encontrada uma função matemática em que o consumo de energia e os custos de produção crescem de maneira exponencial com a variação de umidade da matéria prima. / Properties of pellets used as biomass fuels are essential to the performance of thermochemical processes, such as combustion, gasification and pyrolysis. These properties can affect aspects related to transportation, storage, handling, power conversion, emissions into the environment as well as variables to be controlled during the pelletizing process, directly influencing the energy consumption and production cost. This paper presents a study in a Brazilian industry of sugarcane bagasse pellets in order to determine the main properties of pellets and process variables. The objective of this work is to characterize within the pelletizing process the main physical, chemical and mechanical properties on the raw material and final product, as well as knowing the mass flows, energy consumption and cost involved in each step of the process and its variations. As the first part of the results, it was conclude that the properties of the sugarcane bagasse pellets analyzed as diameter, length, moisture, density, durability, amount of fine, calorific value, chemical elements and ash content are not full compliance with other scientific work and international marketing standards and quality pellets biomass. Secondly, one can know the rate of material consumption and production of pellets, energy consumption and costs for each step of the production process as drying, grinding and pelletizing. Finally, a mathematical function in which the power consumption and production costs grow exponentially with the variation of moisture of the raw material entry was found.

As propriedades de pellets de biomassa utilizados como combustíveis são essenciais para o desempenho em processos termoquímicos, tais como combustão, gaseificação e pirólise. Estas propriedades podem afetar aspectos relacionados ao transporte, estocagem, manuseio, conversão de energia, emissões de gases no meio ambiente, bem como variáveis a serem controladas durante o processo de pelletização, influenciando diretamente o consumo de energia e os custos para a sua produção. Este trabalho apresenta um estudo realizado em uma indústria brasileira de produção de pellets de bagaço de cana-de-açúcar para determinação das principais propriedades do produto final e das variáveis do processo de produção. O objetivo deste trabalho é caracterizar, dentro do processo de pelletização, as principais propriedades físicas, químicas e mecânicas da matéria prima e do produto final, bem como conhecer os fluxos de massa, o consumo de energia e os custos envolvidos em cada etapa do processo. Como primeira parte dos resultados, concluiu-se que as propriedades de pellets de bagaço de cana-de-açúcar analisadas, tais como diâmetro, comprimento, umidade, densidade, durabilidade, quantidade de finos, poder calorífico, elementos químicos e teor de cinzas, não estão em total conformidade com outros trabalhos científicos realizados e com normas internacionais de comercialização e de qualidade de pellets de biomassa. Em segundo lugar, pôde-se conhecer a taxa de consumo de matéria prima e de produção de pellets, o consumo de energia e os custos envolvidos em cada etapa do processo de produção como secagem, moagem e pelletização. Por fim, foi encontrada uma função matemática em que o consumo de energia e os custos de produção crescem de maneira exponencial com a variação de umidade da matéria prima. / Properties of pellets used as biomass fuels are essential to the performance of thermochemical processes, such as combustion, gasification and pyrolysis. These properties can affect aspects related to transportation, storage, handling, power conversion, emissions into the environment as well as variables to be controlled during the pelletizing process, directly influencing the energy consumption and production cost. This paper presents a study in a Brazilian industry of sugarcane bagasse pellets in order to determine the main properties of pellets and process variables. The objective of this work is to characterize within the pelletizing process the main physical, chemical and mechanical properties on the raw material and final product, as well as knowing the mass flows, energy consumption and cost involved in each step of the process and its variations. As the first part of the results, it was conclude that the properties of the sugarcane bagasse pellets analyzed as diameter, length, moisture, density, durability, amount of fine, calorific value, chemical elements and ash content are not full compliance with other scientific work and international marketing standards and quality pellets biomass. Secondly, one can know the rate of material consumption and production of pellets, energy consumption and costs for each step of the production process as drying, grinding and pelletizing. Finally, a mathematical function in which the power consumption and production costs grow exponentially with the variation of moisture of the raw material entry was found.

Orientador: Márcia Justino Rossini Mutton / Banca: Octávio Antônio Valsechi / Banca: Maria Benincasa Vidotti / Resumo: O aumento na produção da indústria sucroalcooleira é conhecido e envolve várias etapas ao longo do processo. Uma etapa fundamental é a clarificação do caldo, onde são adicionados polieletrólitos sintéticos a base de acrilamida, objetivando a rápida sedimentação de impurezas presentes no caldo de cana na produção de açúcar e etanol. Considerando-se que a molécula constituinte deste insumo pode ficar retida no cristal de açúcar e na levedura, sua utilização deve ser controlada, uma vez que apresenta ações cancerígenas e neurotóxicas ao ser humano. Um bioexrato que pode ser promissor e que apresenta ação coagulante, é o de semente de Moringa oleífera Lamarck. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi comparar os reflexos do emprego de extrato de semente de moringa, com diversas concentrações do polímero à base de acrilamida comercial, como auxiliares de sedimentação na clarificação do caldo de cana, avaliando se ao final do processo ocorre a permanência de resíduos de acrilamida e a qualidade na produção de açúcar e etanol. O extrato de moringa (13mg/L), apresentou características tecnológicas e viabilidade fermentativa, semelhantes comparado ao polímero. O emprego de dosagens superiores a 1,5mg/L de polímero, acarreta redução dos teores de açúcares. Para produção de açúcar o extrato de semente de moringa, apresentou as características dentro do estabelecido para o açúcar VHP, sendo que a pol, a umidade e a cor foram similares ao polímero (1,5mg/L). O extrato semente de moringa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / The increase in production of sugar and ethanol industry is known and involves several steps throughout the process. A key step is the sugar cane juice clarification, where synthetic acrylamide based polyelectrolytes are added, aiming a rapid sedimentation of impurities present in sugarcane juice, for sugar and ethanol production. Considering that the constituent molecule of this input can be retained in the sugar crystal and in the yeast, its use must be controlled, since it presents carcinogenic and neurotoxic actions to the human being. A bioextract that may be promising and exhibits coagulant action is the one of Moringa oleifera Lamarck seed. In this context, the objective of this study was to compare the use of Moringa seed extract with various concentrations of the commercial acrylamide based polymer as sedimentation aids, in the clarification of sugarcane juice, evaluating at the end of the process the permanence of acrylamide residues and the quality of sugar and ethanol production. The moringa extract (13mg/L) presented technological characteristics and fermentative viability similar to the polymer. The use of dosages higher than 1.5mg/L of polymer, leads to reduction of sugar content. For sugar production, the Moringa seed extract presented characteristics within the established for the VHP sugar, being Pol, humidity and color similar to the polymer (1.5mg/L). The Moringa seed extract presents potential for its use as a flocculant, being equivalent to the acrylamide polymer of 1.5 mg/L. By quantifying the contents of acrylamide in the sugar produced and in the yeast separated from the fermentation process, it was found that the residues of this biomolecule were below the limit of detection. / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES

The production of biodiesel from vegetable oils is not a new technology; it has been around since the 1950’s and both the research in terms of the different feedstock that can be used and the production of biodiesel has since been gaining momentum as there needs to be a new, sustainable and domestic alternative to petroleum fuels. These petroleum fuels pose enormous threats to the environment and therefore need to be replaced as they are mostly contributing to climate change and global warming not to mention the frequent price hikes which are crippling the South African economy. Biodiesel production using vegetable oils seems to be and is the future and a law has recently been passed which sanctions the production of biofuel locally.[1] South African fuel producers will instigate obligatory blending of fossil fuel with biofuel as the country moves to encourage investment in its biofuels sector. The production of biodiesel locally and the blending of biodiesel with other petroleum products will reduce the country’s dependence on imported fuel. The already established petrochemical companies like BP, Sasol and Engine are therefore mandated to purchase these biofuels if and when the biofuels meet the required South African National Standard (SANS) 1935 requirements. This is then where the challenge comes as most of these growing biofuel companies cannot afford to purchase testing equipment.The growing companiesthen discover upon completion of the biofuel manufacturing process that their product does not meet the required standard specification. The failure translates to a financial loss as the final product can possibly not be reworked. The aim of the project is then to assist these companies who are manufacturing biofuel, by providing them with in-house biofuel process methods which will allow for early detection, should there be a need to redo a step in the process and not wait until the completion of the production process. These in-house process-testing methods will range from pH determination, titration tests which will determine the soap content and the percentage free fatty acid content, water determination, density and visual testing. It is not cost-effective for these biodiesel manufacturers to send their samples for outsource testing as evidently the results obtained would be out of specification hence the need to provide these biodiesel manufacturers with in-house analytical testing techniques that will aid in monitoring of the biodiesel production.

The research described in this dissertation was motivated by the global demand for energy that is not dependent on coal, oil, natural gas and other non-renewable fossil fuels. The technology used in this project is related to the use of biomass to produce a viable alternative to conventional sources of fuel. A bench scale biomass to liquid (BTL) facility was built and tested. This produced results confirming the feasibility of the BTL process. The findings of the pilot study outlined in this dissertation justified the conclusion that the next step will be to expand the capacity and productivity of the BTL pilot plant to an industrial scale. Biomass comes from a variety of renewable sources that are readily available. In this case, the material used in the fixed bed biomass gasification facility to generate wood gas was agricultural and forestry waste, such as straw and wood chips. The gasifier had the capacity to produce up to 10 cubic metres/hr of gas with a carbon monoxide and hydrogen content of between 20–40% by volume, when it was operated at ambient pressure and with air as the oxidizer. The gas, produced at a temperature above 700º C, was cooled in a quench/water scrubber in order to remove most of the mechanical impurities (tars and water-soluble inorganic particles), condensed and dried with corn cobs before being compressed in cylinders at over 100 bar (g) for use in the Fischer-Tropsch Synthesis (FTS). The syngas was subjected further to a series of refining processes which included removal of sulphur and oxygen. The sulphur removal technology chosen entailed applying modified activated carbon to adsorb H2S with the help of hydrolysis in order to convert organic sulphur impurities into H2S which reduced the sulphur content of the gas to less than 5 ppbv. Supported cobalt catalyst (100 grams), were loaded into a single-tube fixed bed FT reactor with an inner diameter of 50 mm. The reactor was fitted with a heating jacket through which, heated oil ran to cool the reactor during a normal reaction occurring at < 250 ºC, while nitrogen was used in the heating jacket during reduction, which occurred at temperatures up ~ 350 ºC. The FTS reaction was carried out at different pressures and temperatures. Liquid and wax products were produced from the facility. The properties of the liquid and solid hydrocarbons produced were found to be the same as FT products from other feed stocks, such as natural gas and coal.

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Coorientador: José Luz da Silveira / Banca: Eliana Vieira Canettieri / Banca: José Rui Camargo / Resumo: Com o progressivo aumento na demanda de energia, cresce a produção do etanol combustível e a preocupação com a destinação mais racional do seu resíduo - a vinhaça. Composta por alta carga orgânica, a vinhaça tem grande potencial poluidor, desde sua armazenagem, transporte, até sua destinação final, como na prática tradicional de fertirrigação in-natura da lavoura de cana-de-açúcar. O seu uso indiscriminado, traz grande impacto ambiental ao liberar para a atmosfera os gases de efeito estufa (CO2 e CH4) e contaminar o solo, lençol freático e cursos d'água. Para atender às normas ambientais e visões de sustentabilidade, várias alternativas tecnológicas têm sido estudadas e desenvolvidas para neutralizar os efeitos nocivos da vinhaça; elevando o status da vinhaça de resíduo industrial para subproduto industrial. A vinhaça passa a ser considerada como biomassa a ser convertida em outras fontes mais limpas de energia. Usinas de cana-de-açúcar já possuem experiência no uso de biodigestores e desenvolvem projetos para intensificar a conversão de vinhaça em biogás, com a vantagem do resíduo final do processo resultar em biofertilizante de alta qualidade. Para estas usinas, o presente trabalho apresenta a viabilidade técnica e econômica na conversão de 100% da vinhaça gerada, em biogás a ser convertida em potência elétrica por motores de combustão interna (MCI), com resultado favorável para o investimento e venda da energia produzida para a rede de distribuição / Abstract: With the progressive increase of the demand in energy, the production of fuel ethanol grows and so does the concern with one more rational destination of its residue - the vinasse. Composed of high organic load, vinasse has a huge polluting potential, from its storage, transportation, to its final destination, as the traditional practice of its fertigation in the sugarcane crop. Its indiscriminate usage brings a big environmental impact by releasing the greenhouse gases (CO2 and CH4) into the atmosphere and contaminating the soil, water table and watercourses. To comply with the environmental standards and the sustainability visions, many technological alternatives have been studied and developed, elevating it's status from industrial residue to industrial by-product. Vinasse become to be considered as biomass to be converted into other cleaner sources of energy. Sugarcane mills already have experience in biodigestion process and they have been developing projects to intensify the conversion of their vinasse into biogas. Thereby, there is a big advantage, the final process residue results in high quality biofertilizer. For these sugarcane mills, the present work presents the technical and economical feasibility in converting 100% of the generated vinasse into biogas to be converted into electric power by internal combustion engines (IC Engine), with enabling result to investing and energy solding to the distribution network / Mestre

Orientador: Marco Antonio Martin Biaggioni / Banca: Rogerio Lopes Vieites / Banca: Aline de Lima Leite / Banca: Silvia Regina Lucas de Souza / Banca: Gisele Ferreira / Resumo: A busca por combustíveis menos poluentes aumenta o interesse pelo etanol. No Brasil, a possibilidade da produção de etanol de milho na entressafra da cana-de-açúcar apresenta-se como uma alternativa promissora. Após a produção de etanol de milho, gera-se um resíduo conhecido como 'distiller's dried grains with solubles (DDGS)' ou grãos secos de destilaria com solúveis, usado como fonte de energia revertida em alimentação animal. O principal objetivo desta pesquisa foi caracterizar e agregar valor ao DDGS de milho, permitindo que seu uso seja expandido para além da alimentação animal. Para tanto, foram utilizadas técnicas de processamento, análises de caracterização química e bioquímica. O delineamento foi inteiramente casualizado para as análises de lipídeos e açúcares. Os resultados indicaram que o DDGS de milho apresentou em sua constituição de minerais altas concentrações de enxofre, cobre e cobalto o que indica a necessidade de se caracterizar o produto antes de disponibiliza-lo como ração. O uso da técnica proteômica possibilitou levantar 191 proteínas presentes no DDGS. A adição de etanol como co-solvente de extração aumentou o volume de óleo extraído via CO2 supercrítico, sendo que a taxa de 10% de adição de etanol obteve o melhor rendimento 9,3% em 180 minutos. A adição de etanol como co-solvente de extração não foi significativa para recuperação de compostos lipídicos como tocols e fitosteróis do óleo de DDGS. O uso da auto-hidrólise para extração de carboidratos ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The search for cleaner fuels increases interest in ethanol. In Brazil, the possibility of producing corn ethanol in the sugarcane harvest season is a promising alternative. After the production of corn ethanol, a residue known as "distiller's dried grains with solubles (DDGS)" is used as a source of energy reversed in animal feed. The main objective of this research was to characterize and add value to DDGS, allowing its use to be expanded beyond animal feed. For this purpose, processing techniques, chemical characterization and biochemical analyzes were used. The design was completely randomized for lipids and sugars analyzes. The results indicated that the DDGS of corn presented high concentrations of sulfur, copper and cobalt in its constitution, indicating the need to characterize the product before making it available as feed. The use of the proteomic technique allowed to raise 191 proteins present in DDGS. The addition of ethanol as extraction cosolvent increased the volume of oil extracted via supercritical CO2, with the ethanol addition rate of 10% obtaining the best yield of 9.3% in 180 minutes. The addition of ethanol as extraction co-solvent was not significant for recovery of lipid compounds such as tocols and phytosterols from DDGS oil. The use of autohydrolysis to extract carbohydrates from corn DDGS made it possible to extract 7.31 g.mL-1 of DDGS hydrolyzed liquid at 180 oC and 20% solid. Extractions with temperatures different from 180 oC resulted in the higher averages of furfural, indicating greater degradation of the sugar molecules during the heat ... / Doutor