Orientador: Newton La Scala Júnior / Coorientador: Eduardo Barreto de Figueiredo / Banca: Marcos Omir Marques / Banca: Marcos Adami / Resumo: Há uma necessidade crescente dos setores produtivos no desenvolvimento de técnicas de mitigação de gases de efeito estufa (GEE) de forma a reduzir o efeito estufa adicional. Entretanto, o desafio para o setor agrícola é reduzir as emissões líquidas de GEE enquanto se aumenta a produção para atender a demanda crescente por alimentos, fibras e biocombustíveis. Neste estudo foi estimado (i) o balanço de GEE em cenários de produção da cana-de-açúcar (S0, S1, S2 e S3), cuja colheita manual com queima (CQ) é convertida para a mecanizada sem queima (CC, cana crua), levando em consideração a adoção de práticas agrícolas conservacionistas, tais como o preparo reduzido do solo e a introdução da rotação de culturas com Crotalaria juncea L. durante a reforma do canavial; e (ii) o potencial de mitigação de GEE no período de 2012 a 2041 devido à conversão das áreas de cana-de-açúcar colhidas com queima (safra 2010/2011) no Estado de São Paulo para três cenários de manejo (S1, S2 e S3). Baseando-se nas metodologias do IPCC (2006), o balanço anual das emissões de GEE inclui as fontes agrícolas e móveis (maquinários), de acordo com o consumo médio anual de diesel e insumos agrícolas por hectare. Nos cenários que envolvem a colheita crua, o potencial de acúmulo de carbono no solo também foi considerado. Os resultados apontaram que a adubação nitrogenada sintética e o consumo de diesel foram responsáveis pelas maiores emissões nos cenários de cana crua, enquanto a queima de resíduos na pré-colheita da cana-de-açúcar resultou na maior emissão observada no cenário de cana queimada. As emissões totais de GEE foram de 2.651,9 e 2.316,4 kg CO2eq ha-1 ano-1 para CQ (S0) e CC (S1), respectivamente. Considerando a taxa média de acúmulo de carbono no solo de 888,1 kg CO2 ha-1 ano-1 devido à conversão de CQ para CC, que... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: There is a growing need for all productive sectors to develop GHG (greenhouse gas) mitigation techniques to reduce the enhanced greenhouse effect. However, the challenge to the agricultural sector is reducing net emissions while increasing production to meet growing demands for food, fiber and biofuel. This study estimated (i) the GHG balance in sugarcane production scenarios (S0, S1, S2 e S3) in which the burned harvest system (BH) is converted to green harvest (GH, mechanized harvest), taking into account some conservationist practices such as reduced tillage and a 4-month crop rotation with Crotalaria juncea L. during sugarcane replanting; and (ii) the GHG mitigation potential in the period from 2012 until 2041 due to conversion sugarcane areas harvested with burning (2010/2011 crop season) in São Paulo State for 3 management scenarios (S1, S2 e S3). Based on the IPCC (2006) methodologies, the annual emission balance includes both agricultural and mobile sources of GHG, according to the mean annual consumption of diesel and supplies per hectare. The potential soil carbon accumulation was also considered in the GH plot. The results indicated that the synthetic N fertilizer and diesel consumption were responsible for higher emissions in GH plot, while the burning of straw in sugarcane pre-harvest resulted in higher emissions observed in BH plot. The total amount of GHG emission was 2,651.9 and 2,316.4 kg CO2eq ha-1 yr-1 for BH (S0) and GH (S1), respectively. Factoring in a mean annual soil carbon accumulation rate of 888.1 kg CO2 ha-1 yr-1 (due to the input from long-term crop residues associated with the conversion from BH to GH), the emission balance in S1 scenario decreased to 1,428.3 kg CO2eq ha-1 yr-1. A second reduction in GHG balance occurred when a reduced tillage strategy was adopted instead of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

CAPES; FINEP; Fundação Araucária / O biodiesel desponta como uma das mais promissoras alternativas ambientalmente corretas aos combustíveis fósseis. A falta de um sensor apropriado para medir sua quantidade na mistura petrodiesel-biodiesel surge como uma grande oportunidade de pesquisa. Este trabalho apresenta um estudo sobre a fabricação e a caracterização de dispositivos intrínsecos a fibra ótica com o intuito de constituir um transdutor capaz de determinar a concentração de biodiesel presente em misturas petrodiesel-biodiesel. A gravação destes dispositivos, as redes de período longo, foi feita por meio da técnica de incidência lateral ponto-a-ponto de radiação ultravioleta oriunda de um laser Excímero de KrF operando em 248 nm. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes foram utilizados fluídos com índices de refração entre 1,00 e 1,47. Através de um processo de espelhamento aplicado na extremidade das fibras se obtém um tipo de dispositivo conhecido como CLPG. É feita a análise para a imersão da rede e da cavidade no mensurando, só da cavidade, assim como de porções da cavidade. Os dados mais promissores foram conseguidos com pequena porção da cavidade imersa em mistura petrodiesel-biodiesel, um caso em que é possível medir o índice de refração com relação à intensidade do sinal e inferir a proporção de cada componente na mistura. Ao final os parâmetros metrológicos do sistema foram apurados indicando boa confiabilidade, principalmente para a faixa de misturas B60 a B100. / The Biodiesel presents itself as one of the most promising environment friendly alternatives to the use of fossil fuels. The lack of a suitable sensor to measure the quality of biodiesel in the petrodiesel-biodiesel blend consists a great research opportunity. This work presents the implementation of a recording system of long period gratings, through the point-by-point technique of lateral exposure to ultraviolet radiation from a KrF Excimer laser operating at 248 nm, at Laboratório de Laser of UTFPR with the goal of producing a transducer that can quantify the proportion of petrodiesel and biodiesel blends through the changes in the refraction index. To evaluate the gratings sensitivity to the refraction index of the external environment, several liquids were used with refraction index ranging from 1.00 to 1.47. Through a reflective coating applied to the extremity of the fiber a kind of device usually called CLPG is obtained. A detail study of samples in contact with both the cavity and the grating, only with the cavity and finally with submerged portions of the cavity. The case of only a small party of the cavity immersed in the substance allows the measure of the refractive index related to signal strength. Finally, the metrological parameters of the system were evaluated indicating a good confiability, mainly for the B60 e B100 blends.

CNPQ; Fundação Araucária; PETROBRÁS / Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a aplicabilidade de redes de período longo e estruturas de redes de período longo, gravadas em fibra ótica de sílica, quando empregadas como transdutores de índice de refração para avaliar biodiesel e os óleos de origem desses biocombustíveis. Como amostras, foram utilizados óleos de soja, de fritura e de girassol, biodiesel de óleo de soja e biodiesel de óleo de girassol. Os experimentos foram realizados utilizando uma rede de período longo convencional e uma estrutura de rede de período longo, chamada de rede de período longo em cascata, na qual uma rede período longo é empregada numa configuração interferométrica similar a um interferômetro de Michelson. Inicialmente, foram analisadas as diversas amostras de óleo e biodiesel em temperatura ambiente. Os resultados mostraram que quando os dispositivos são imersos nas diferentes amostras, que possuem índice de refração igual ou maior do que o da casca da fibra ótica, as condições de guiamento da luz não permitem mais que estes possam ser usados como transdutores de índice de refração. Entretanto, no caso da rede de período longo em cascata, quando somente a cavidade do interferômetro de Michelson, ou parte desta cavidade, é colocada em contato com as amostras, o dispositivo se mostra uma promissora ferramenta para verificação da qualidade do biodiesel. Ainda na tentativa de melhorar o desempenho da rede de período longo em cascata, as amostras foram aquecidas com o objetivo de alterar o seu índice de refração, tornando-o menor do que o índice de refração da casca da fibra. Os resultados mostraram que o aumento sistemático da temperatura da amostra constitui um eficiente artifício para análise de substância cujos índices de refração, à temperatura ambiente, são iguais ou maiores que o da casca da fibra ótica. / This work presents a study of the applicability of long period gratings and long period gratings structures, written in silica optical fiber, when they are employed as a transducer of refractive index to analyze the biodiesel and their original oils. As samples were used: soybean oil, fried oil, sunflower oil, soybean oil biodiesel and biodiesel from sunflower oil. The experiments were performed using a conventional long period grating and a long period grating structure named as cascaded long period grating, in which a long period grating is employed on an interferometric configuration similar to a Michelson interferometer. Initially, were analyzed several samples of oil and biodiesel at room temperature. The results showed that when the devices were immersed in the different samples, which have refractive index equal or higher than that of the optical fiber cladding, the guiding light conditions no longer allow these devices for the use as a refractive index transducer. However, if the cascaded long period grating is used, when only the cavity of the Michelson interferometer or part of this cavity is placed in contact with samples, the devide shows a promising tool for checking the quality of biodiesel. Still trying to improve the performance of the cascade long period gratings, the samples were heated in order to modify their refractive index, making them smaller than the refractive index of the fiber cladding. The results showed that the systematic increase of the sample temperature is an efficient artifice for analysis of substances which refractive index, at room temperature, are equal of higher than that of the optical fiber cladding.

CAPES / O objetivo geral deste estudo foi avaliar o potencial de produ;áo energética de ligninas extraídas de subprodutos de diversas culturas agricolas brasileiras, dentre elas: bagaço de cana de açúcar, serragem de madeira, palha de milho, palha de trigo, folhas de capim elefante e casca de arroz. Para isto, foram realizadas caracterizações físico-químicas, dentre elas: análise elementar, análise imediata, determinação do poder calorífico superior, granulometria, e determinação da composição de holocelulose, lignina e extrativos das amostras. A pesquisa foi dividida em três etapas: amostragem e caracterização da matéria prima, processamento dos resultados obtidos e verificação do potencial das biomassas em relação ao rendimento de lignina e suas propriedades. Foi adotado um planejamento experimental fatorial 22 para o tratamento estatístico dos dados obtidos. De acordo com os resultados foi comprovado que, tanto a granulometria dos sólidos na faixa estudada, quanto os métodos de extração Klason e Willstatter não influenciaram no rendimento da extração de lignina, bem como no poder calorífico destas. O rendimento médio de extração de lignina para a serragem de madeira foi ligeiramente superior, como esperado. Adicionalmente, foi verificado que o poder calorífico das ligninas foram significativamente maiores do que das biomassas in natura correspondentes. Por outro lado, foi encontrado que o potencial de energia térmica das ligninas varia principalmente em função dos dados de produção da cultura agrícola e dos coeficientes de disponibilidade dos subprodutos. Dentre as estimativas de potencial de geração de energia térmica das biomassas testadas, destacam-se as ligninas do bagaço de cana e da palha de milho. Estudos ainda se fazem necessários para determinar o potencial das ligninas extraídas no ramo da indústria química através do conhecimento da composição. / The aim of this study was to assess the energetic potential obtained from lignins extracted of several Brazilian biomasses, among them: sugar cane bagasse, sawdust, corn straw, wheat straw, elephant grass leaves and rice husk. To achieve this objective, physicochemical characterization, including: ultimate analysis, proximate analysis, superior calorific value determination, fraction size, and compositional determination of holocellulose, lignin and extractives of samples. The research was divided into three steps: sampling and characterization of the raw material, processing the results and verifying the potential of biomass over the yield of lignin and its properties. It was used a 22 factorial experimental design for the statistical treatment of the obtained data. According to the results, it was confirmed that both the particle size of the solids in the studied range, the extraction methods as Klason and Willstatter no influence on the extraction yield of lignin, as well as the calorific value of these. The average yield of extraction of wood sawdust lignin was slightly higher, as expected. Additionally, it was found that the calorific value of lignin were significantly higher than the corresponding biomass in natura. Moreover, it was found that the potential of thermal energy from the lignins varies mainly depending on the production data and the availability coefficients of crop to byproducts. Among the estimated potential to generate thermal energy from biomasses tested, highlight the lignin from sugar cane bagasse and corn straw. Further studies are needed to determine the potential of the lignins extracted in the field of chemical industry through the knowledge of its composition.

CAPES; FINEP; Fundação Araucária / O biodiesel desponta como uma das mais promissoras alternativas ambientalmente corretas aos combustíveis fósseis. A falta de um sensor apropriado para medir sua quantidade na mistura petrodiesel-biodiesel surge como uma grande oportunidade de pesquisa. Este trabalho apresenta um estudo sobre a fabricação e a caracterização de dispositivos intrínsecos a fibra ótica com o intuito de constituir um transdutor capaz de determinar a concentração de biodiesel presente em misturas petrodiesel-biodiesel. A gravação destes dispositivos, as redes de período longo, foi feita por meio da técnica de incidência lateral ponto-a-ponto de radiação ultravioleta oriunda de um laser Excímero de KrF operando em 248 nm. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes foram utilizados fluídos com índices de refração entre 1,00 e 1,47. Através de um processo de espelhamento aplicado na extremidade das fibras se obtém um tipo de dispositivo conhecido como CLPG. É feita a análise para a imersão da rede e da cavidade no mensurando, só da cavidade, assim como de porções da cavidade. Os dados mais promissores foram conseguidos com pequena porção da cavidade imersa em mistura petrodiesel-biodiesel, um caso em que é possível medir o índice de refração com relação à intensidade do sinal e inferir a proporção de cada componente na mistura. Ao final os parâmetros metrológicos do sistema foram apurados indicando boa confiabilidade, principalmente para a faixa de misturas B60 a B100. / The Biodiesel presents itself as one of the most promising environment friendly alternatives to the use of fossil fuels. The lack of a suitable sensor to measure the quality of biodiesel in the petrodiesel-biodiesel blend consists a great research opportunity. This work presents the implementation of a recording system of long period gratings, through the point-by-point technique of lateral exposure to ultraviolet radiation from a KrF Excimer laser operating at 248 nm, at Laboratório de Laser of UTFPR with the goal of producing a transducer that can quantify the proportion of petrodiesel and biodiesel blends through the changes in the refraction index. To evaluate the gratings sensitivity to the refraction index of the external environment, several liquids were used with refraction index ranging from 1.00 to 1.47. Through a reflective coating applied to the extremity of the fiber a kind of device usually called CLPG is obtained. A detail study of samples in contact with both the cavity and the grating, only with the cavity and finally with submerged portions of the cavity. The case of only a small party of the cavity immersed in the substance allows the measure of the refractive index related to signal strength. Finally, the metrological parameters of the system were evaluated indicating a good confiability, mainly for the B60 e B100 blends.

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

Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:25:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marques_FredericoAugustoSpolidorio_M.pdf: 3699527 bytes, checksum: fee04cbb6876f5ce62626058ebc660e7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este projeto busca relacionar diversos aspectos interdisciplinares envolvidos em uma central de co-geração de energia elétrica. Motivado pela crescente inserção de centrais de geração distribuída operando de forma ilhada ou paralela ao sistema, foram desenvolvidos modelos mecânicos (térmicos e dinâmicos) e elétricos buscando representar os diversos equipamentos envolvidos em uma central de geração em um nível industrial. Baseado nesta concepção, optou-se pela geração de energia através de máquinas térmicas (turbinas a vapor) impulsionadas pela energia proveniente da queima de biomassa restante de diferentes processos industriais. Os modelos teóricos aqui representados foram numericamente simulados com parâmetros obtidos em um estudo de caso real. Seus resultados foram então comparados qualitativamente e quantitativamente contra as variáveis reais do processo analisado. Ao consolidar esta ferramenta de estudo, o simulador mostrou-se eficiente no treinamento de operadores de casas de forças, sendo capaz de esclarecer as interferências entre o nível de carga com as demais variáveis envolvidas em seu processo / Abstract: This project intends to gather several interdisciplinary aspects common to a co-generation power plant. Driven by the increasing amount of distributed generation units operating on island or parallel mode with the network, some mechanical (thermo and dynamic) and electrical models were developed in order to represent the equipments usually installed on an industrial size power station. Based on this concept, the more convenient option was to proceed the evaluation through turbo machinery (steam turbine) driven by the energy acquired from the heat power on burning byproducts of industrial processes. The theoretical models were simulated with parameters obtained from a real case study. The results were then finally compared with real process information acquired from field research. In order to consolidate this computational tool, the simulator has shown efficient results on training power station operators on clarifying the impacts of load level on the other relevant variables on their processes / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

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.