Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-11T04:12:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344465.pdf: 2628403 bytes, checksum: cbb83625b5b328389c6737f9994813c0 (MD5) Previous issue date: 2016 / A lemna tem sido apontada como uma biomassa potencial para a produção de etanol, devido a sua capacidade de acumular amido, possuir altas velocidades de crescimento, baixo teor de lignina, dentre outras características. Neste trabalho a produção de etanol a partir da biomassa de lemna (Landoltia punctata) foi avaliada. O estudo foi dividido em duas partes. A primeira parte avaliou a hidrólise enzimática simultânea das frações amilácea e celulósica, sem o uso de pré-tratamento, da biomassa de lemna submetida ao acúmulo de amido. A segunda parte avaliou o efeito do pré-tratamento hidrotérmico na fração celulósica da biomassa de lemna submetida à sacarificação e fermentação simultânea (SFS). O acúmulo de amido em lemna foi influenciado pela escassez de nutrientes. Na simples transferência das lemnas do sistema de tratamento de efluente doméstico para água de rede de abastecimento submetidas às condições climáticas não controladas, o teor de amido atingiu 27%. Quanto à liquefação do amido, sua eficiência foi de 60,5% em 3 horas (lemna 7% m v-1; pH 5; 50 rpm; 65 °C e a-amilase 10% (v m-1). A maior eficiência da sacarificação do amido foi de 98,99% em 8 horas (pH 5; 45 ºC, 100 rpm, amiloglucosidase 1%, v m-1; e pectinase 0,3%, v m-1). A enzima complementar (Htec) para a hidrólise da celulose não apresentou efeito significativo na eficiência da reação. A maior eficiência da sacarificação simultânea do amido e da celulose da biomassa de lemna sem pré-tratamento foi de 82% em 4 horas (pH 5; 45 ºC; 100 rpm, amiloglucosidase 1%, v m-1; e pectinase 0,3%, v m-1 e celulase 20%, v m-1). Em relação à segunda parte desse estudo, o pré-tratamento hidrotérmico resultou na solubilização dos açúcares não-celulósicos. Na melhor condição (200 °C, 10 minutos, fator de severidade 3,9), a conversão em etanol foi de 88,81%, valor esse 63% maior ao encontrado na biomassa não tratada. Sendo assim, em relação à primeira parte do estudo, a produção de açúcares fermentescíveis a partir da biomassa de lemna se mostrou promissora, levando em consideração a capacidade de acumular amido por meio de um processo simples, às condições amenas da hidrólise enzimática e à alta eficiência do processo em tempo relativamente curto. Em relação à segunda parte, o pré-tratamento hidrotérmico se mostrou adequado para maximizar a conversão de etanol da fração celulósica da biomassa de lemna submetida à SFS.<br> / Abstract : Duckweed has been identified as a potential biomass for the production of ethanol, due to its ability to accumulate starch, high growth rates and low lignin content. Production of ethanol from duckweed biomass was evaluated. This research was divided into two steps. The first step evaluated simultaneous enzymatic hydrolysis of the starchy and the cellulosic fraction without the use of pretreatment of biomass duckweed subjected to starch accumulation. The second step evaluated the effect of the hydrothermal pre-treatment in the cellulosic fraction of biomass duckweed subjected to simultaneous saccharification fermentation (SSF). Starch accumulation in duckweed was influenced by the starvation of nutrients. In simple transfer of duckweed to wastewater treatment system to tapwater subject to weather conditions not controlled, the starch content reached 27%. As for starch liquefaction efficiency was 60.5% at 3 hours (Duckweed 7% w / v; pH 5; 50 rpm; 65 ° C and a-amylase 10% v / w). The greater efficiency of the starch saccharification was 98.99% in 8 hours (pH 5, 45 ° C, 100 rpm, amyloglucosidase 1% v / w, and 0.3% pectinase, v / w). The additional enzyme for the hydrolysis of the cellulose had no significant effect on the reaction efficiency. The greater efficiency of simultaneous saccharification of starch and cellulose biomass duckweed without pre-treatment was 82% in 4 hours (pH 5, 45 ° C, 100 rpm, amyloglucosidase 1% v / w, and 0.3% pectinase v / w cellulase 20% v / w). In the second step of this research, the hydrothermal pretreatment resulted in the solubilization of non-cellulosic sugars. In the best condition (200 ° C, 10 minutes and severity factor 3.9), conversion to ethanol was 88.81%, an amount 63% higher to that found in untreated biomass. Thus, in the first step of the research, the production of fermentable sugars from biomass duckweed proved promising, taking into account the capacity to accumulate starch through a simple process at mild conditions of enzymatic hydrolysis and high process efficiency in a relatively short time. In the second step, the hydrothermal pre-treatment is adequate to maximize the ethanol conversion of cellulose fraction of biomass duckweed submitted to SSF.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias. / Made available in DSpace on 2012-10-18T15:32:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-29Bitstream added on 2014-06-13T20:41:47Z : No. of bitstreams: 1 terrazas_wdm_dr_arafcf_parcial.pdf: 48029 bytes, checksum: cf95252f8151f14699804fc2932ff015 (MD5) Bitstreams deleted on 2014-06-27T19:00:46Z: terrazas_wdm_dr_arafcf_parcial.pdf,Bitstream added on 2014-06-27T19:02:02Z : No. of bitstreams: 1 terrazas_wdm_dr_arafcf.pdf: 414848 bytes, checksum: 5ac66324b77e55b12cd32a9f3b9954e6 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / No presente trabalho, inicialmente foi feito um estudo da Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) que tem sido adotada com muita freqüência na otimização com várias aplicações na biotecnologia. Foi feita uma revisão na literatura científica dos conhecimentos existente, onde se priorizou as bases teóricas da RSM que consiste em: trabalho preliminar, onde são determinados as variáveis independentes e seus níveis; seleção do projeto experimental com a previsão e verificação da validade da equação do modelo e, representação gráfica da equação do modelo e determinação das condições ótimas de operação. Em seguida a RSM foi aplicada na otimização de biomassa pela levedura recombinante Pichia pastoris. Pichia pastoris que é uma levedura metilotrófica, geneticamente manipulada para expressar proteínas heterólogas que são de grande valor biotecnologico na pesquisa básica e em usos industriais na produção de grande variedade de proteínas heterólogas. Glicerol quinase (GK; EC 2.7.1.30) é uma enzima chave no metabolismo do glicerol e catalisa glicerol para glicerol-3- fosfato na biossíntese de fosfolípidos. Nessa etapa foi conduzido um estudo para determinar um meio otimizado para a produção de biomassa máxima pela recombinante Pichia pastoris com cultivo em frascos agitados usando 2,31% (p/v) de glicerol como fonte de carbono. A otimização foi realizada por metodologia de superfície de resposta (RSM). Em experimentos preliminares, realizados seguindo um planejamento Plackett-Burman, o conteúdo de glicerol (Gli) e tempo de crescimento (t) foram selecionados como os fatores mais importantes na produção de biomassa. Assim, os ensaios subsequentes foram realizados para a otimização da produção de biomassa, seguindo um delineamento composto central rotacionado... / In this study, was initially used to study the response surface methodology (RSM) has been adopted frequently in optimization with many applications in biotechnology. A review of scientific literature on existing knowledge, which prioritized the theoretical foundations of RSM consisting of: preliminary work, where they are certain independent variables and their levels; project selection with the prediction and experimental verification of the validity of equation model and graphical representation of the model equation and determination of optimal operating conditions. RSM was then applied to the optimization of biomass by recombinant yeast Pichia pastoris in GK4 clone obtained from a previous selection of four clones from a cloning process of genetically modified yeast. Pichia pastoris is a methylotrophic yeast that has been genetically engineered to express heterologous proteins that are prized for basic research and industrial biotechnology purposes in the production of wide variety of heterologous proteins. Glycerol kinase (GK; EC 2.7.1.30) is a key enzyme in glycerol metabolism and catalyzes glycerol to glycerol-3-phosphate in the biosynthesis of phospholipids. The present study was undertaken to determine an optimized medium for the maximal biomass production of recombinant Pichia pastoris in shaker cultures using 2.31% (w/v) glycerol as the carbon source. Optimization was carried out by response surface methodology (RSM). In preliminary experiments, performed following a Plackett-Burman design, glycerol content (Gly) and growth time (t) were selected as the most important factors on biomass production. Therefore, subsequent experiments were carried out for optimization biomass production, following a central composite rotatable design as a function of Gly and time. Gly showed to have a significant... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador : Prof. Dr. Sylvio Péllico Netto / Coorientador : Prof. Ph.D. Carlos Roberto Sanquetta / Coorientador : Profª. Dª. Ana Paula Dalla Corte / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 12/09/2016 / Inclui referências : f. 92-114 / Área de concentração : Manejo florestal / Resumo: Neste trabalho é discutido o tema aditividade dos componentes da biomassa de árvores. Foram apresentados procedimentos para estabelecer sistemas de equações de biomassa aditivos, propriedade indispensável e que determina ser as estimativas de biomassa dos componentes equivalente à biomassa total. Para avaliar e discutir tal contexto várias indagações foram feitas, que estão apresentadas no texto, e que foram devidamente respondidas por meio de informações da literatura e pelas avaliações experimentais discutidas e avaliadas no conteúdo deste trabalho. Um experimento em florestas de Acacia mearnsii De Wild. (acácia negra) foi conduzido nos locais que concentram os plantios da espécie no estado do Rio Grande do Sul. Para tais condições foram ajustadas equações de biomassa total e para os componentes copa e fuste por meio de weighted-nonlinear seemingly unrelated regressions (WNSUR, estimador de sistemas de equações) e por meio de generalized nonlinear least squares (GNLS, estimador independente). Na análise do desempenho dos estimadores, especialmente no que se refere às estimativas de biomassa e das estatísticas de ajuste das equações, pode-se concluir a respeito da indiferença do emprego de equações ajustadas por meio dos estimadores independentes e de sistemas de equações. Por outro lado, essa conclusão diverge quando avaliada a consistência biológica e a eficiência dos estimadores. Estimar as equações de biomassa para os componentes e para a biomassa total independentemente não é realista, pois do ponto de vista biológico as estimativas de biomassa são inconsistentes, ou seja, não são aditivas. As estimativas de biomassa dos componentes e da biomassa total resultantes de equações ajustadas por meio de sistemas de equações viabilizaram intervalos de confiança menores em relação às equações ajustadas independentemente, sendo mais eficientes. O estimador WNSUR apresenta melhores propriedades biológicas e estatísticas para estimar equações alométricas de biomassa dos componentes e biomassa total quando comparado com a estimação independente, sendo o método que deve ser utilizado. Por fim, os exemplos apresentados na revisão da literatura são úteis para a compreensão dos princípios envolvidos e também para propósitos de difusão das técnicas. Palavras-chave: Consistência biológica. Estimador eficiente. Derivação de pesos. Intervalo de confiança. / Abstract:This study discusses the additivity of the components of tree biomass. Procedures have been presented to establish additive biomass equation systems, essential property to determine the estimated biomass of components equivalent to total biomass. To evaluate and discuss this context, several inquiries were made, which are presented in the text, which were duly answered by the literature information and by the experimental evaluations discussed in the content of this work. An experiment in forests of Acacia mearnsii De Wild. (black wattle) was conducted on sites that concentrate the plantations of the species in the state of Rio Grande do Sul. For such conditions, equations for total biomass, canopy and stem components were fitted by weighted-nonlinear seemingly unrelated regressions (WNSUR, estimator of equation systems) and by generalized nonlinear least squares (GNLS, independent estimator). In the performance of the estimators' analysis, especially with regard to biomass estimates and fitted statistics of the equations, it can be concluded about the equivalence of using equations adjusted by means of independent estimators or by system of equations. Moreover, this conclusion diverges when evaluating the biological consistency and efficiency of estimators. Estimating the biomass equations of the components and the total biomass independently is not realistic, because biologically these biomass estimates are inconsistent, i.e. they are not additive. The biomass estimates resultant from components and from total biomass, when adjusting system of equations, turns possible getting smaller confidence intervals than using equations adjusted independently, what make them more efficient. The estimator WNSUR provides better biological properties and statistics to estimate biomass allometric equation of components and total biomass when compared to independent estimators, thus this should be the method to be used. Finally, the examples presented in the literature review are useful for understanding the principals involved and dissemination purposes of these techniques. Keywords: Biological consistency. Efficient estimator. Derivation of weights. Confidence interval.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-10Bitstream added on 2014-06-13T20:26:37Z : No. of bitstreams: 1 amorim_eb_dr_guara.pdf: 1889481 bytes, checksum: 5005a753868f53b2c37eb4f636e0c9b0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Um dos principais efeitos das queimadas na Floresta Amazônica é a liberação de grandes quantidades de carbono para a atmosfera como resultado da queima de biomassa. Esse carbono contribui para o aquecimento global através do efeito estufa. Entre 2000 e 2011, a taxa média de desmatamento na floresta Amazônica foi de 15815 km²/ano. Realizou-se então um experimento com a finalidade de simular uma queimada real da Floresta Amazônica para estimar as emissões dos principais gases da combustão de sua biomassa. A taxa de consumo de biomassa calculada foi de 23,5% para troncos largos e de 89,2% para galhos finos. As médias para os fatores de emissão de CO2, CO, CH4, NMHC, e MP2,5, calculados para 3 horas de amostragem, foram respectivamentes de 1513 ± 151; 157 ± 53; 8,2 ± 4,7; 3,9 ± 2,3 e 1,9 ± 2 g/kg para queima de biomassa seca. Calculou-se que um hectare de floresta queimada produziu cerca de 232115 kg de CO2, 24141 kg de CO, 1254 kg de CH4, 596 kg de NMHC e 285 kg de MP2,5. Assim, tem-se que a quantidade de CO2 liberado para a atmosfera levando-se em consideração a taxa de desmatamento de 15815 km²/ano é 457 Mt/ano. Esta taxa corresponde a 0,91% das emissões globais de gases do efeito estufa. Realizaram-se também experimentos em laboratório com o intuito de comparar os resultados obtidos em Alta Floresta no ano de 2004 e em Cruzeiro do Sul no ano de 2010 com possíveis simulações em laboratório em que a escala, a devastação e a poluição seriam menores; nestes experimentos também foram avaliados quais fatores (diâmetro do tronco, inclinação da bandeja e vazão) mais influenciariam na emissão de gases poluentes. A biomassa escolhida para a queima em laboratório foi o eucalipto, espécie muito comum na região - Vale do Paraíba. Utilizou-se a técnica de cromatografia e analisadores... / One of the main effects of burning areas of the Amazon Forest is release of large amounts of carbon into the atmosphere as a result of burning biomass. This carbon contributes to global warming by means of the greenhouse effect. Between 2000 and 2011, the average deforestation rate in the Amazon was 15,815 km2 year-1. An experiment was carried out to simulate real burning in the Amazon in order to estimate emission of the main gases released by combustion of its biomass. The rate of consumption of biomass was 23.5% for large trunks and 89.2% for fine branches. Average emission factor when burning dry biomass was 1,513 ± 151 g kg-1 for CO2; for CO it was 157 ± 53 g kg-1; for CH4 it was 8.2 ± 4.7 g kg-1; for NMHC it was 3.9 ± 2.3 g kg-1; and for PM2.5 it was 1.9 ± 2 g kg-1. Calculation revealed that a hectare of burned forest produced 232,115 kg of CO2, 24,141 kg of CO, 1,254 kg of CH4, 596 kg of NMHC, and 285 kg of PM2.5. Thus the quantity of CO2 released into the atmosphere is 457 Mt year-1, considering deforestation of 15,815 km² year-1. This rate is equivalent to 0.91% of global greenhouse gas emissions. Laboratory tests were also carried out in order to compare results obtained in Alta Floresta (2004) and Cruzeiro do Sul (2010) with possible laboratory simulations in which the scale would be smaller and there would be less devastation and pollution; these experiments were also analyzed which factors (trunk diameter, tray slope, and flow rate) influenced gaseous pollution emissions. Biomass chosen for the laboratory burn was eucalyptus, a species that is very common in the Paraiba Valley. Gas Chromatography and specific analyzers were utilized to calculate concentration in PPM of the main gases emitted. The following average values were found for emission factors for CO2: 1,437 ± 119 g kg-1 (by chromatography) and... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-07-11Bitstream added on 2014-06-13T18:47:03Z : No. of bitstreams: 1 silva_am_dr_guara.pdf: 5117033 bytes, checksum: 08f0d4a636d759ed0ecac8bcba9c1f7d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esse trabalho tem como objetivo estudar a utilização da biomassa em substituição parcial ao carvão mineral utilizado no processo de fabricação do ferro gusa em altoforno, assim como, a sua influência na qualidade do coque. Este estudo foi desenvolvido em quatro fases, sendo elas: 1ª FASE: Foram utilizados nas misturas de carvão a sacarose, o melaço e o carvão da casca de coco em percentuais de 5% a 75%. Os resultados de qualidade das misturas e dos coques produzidos mostram uma forte influência da biomassa na qualidade para os níveis de participação acima de 5,0%, inviabilizando a mistura desses materiais no carvão. 2ª FASE: Foram utilizados nas misturas de carvão um segundo grupo de biomassas cujo percentual variou de 2% a 6%. Os resultados de qualidade tanto das misturas quanto dos coques produzidos em escala piloto foram aceitáveis para as misturas com 2,0% de participação das biomassas. 3ª FASE: Nessa fase foi feita a avaliação do efeito da biomassa na eficiência de queima das misturas de carvão injetadas em altos fornos. Os resultados indicaram um aumento da eficiência de queima para as misturas com maior teor de matéria volátil. 4ª FASE: Foi realizada a avaliação da qualidade do coque produzido em escala industrial utilizando as misturas dos carvões minerais com as biomassas com participação de 3%, 4% e 6%. Os resultados da qualidade dos coques obtidos em escala industrial ficaram compatíveis com os resultados obtidos em escala piloto. A substituição em até 2,0% do carvão mineral por carvão de biomassa não afetou a qualidade do coque produzido nas baterias, onde em uma empresa siderúrgica do porte da CSN é possível obter uma redução de consumo de carvão mineral em torno de 50 mil toneladas por ano e conseqüentemente uma redução no custo de fabricação do ferro-gusa no alto-forno. / This work has as purpose to study the use of biomass as partial replacement to the coal used during the process of pig iron manufactured in blast furnace. This study was developed in four phases, namely: 1st PHASE: The coal blend with sucrose, molasses, and the charcoal from coconut peel were elaborated and testes in percents from 5 to 75%. The results of quality from mixes and the coke produced show a strong influence of the biomass on the quality for the participation level higher than 5.0%, making infeasible the mix of these materials into the coal in elevate percents. 2nd PHASE: In the coal blend, a second group of biomasses was used, which percent varied from 2% to 6%; The quality results both of mixes and coke produced in pilot scale were acceptable for the addition level of 2,0%. 3rd PHASE: It was elaborated the evaluation of the biomass effect in the burn efficiency for the coal mixes injected in blast furnaces. The results indicated an efficiency increase of burn for the mixes with high content of volatile matter. 4th PHASE: The coke production was performed in industrial scale using coal blends with the biomasses with participation in up to 6.0%. The quality results of coke obtained in industrial scale were compatible with the results obtained in pilot scale. The replacement in up to 2.0% of the coal by biomass charcoal did not affect the coke quality produced on the batteries, where, in steel industry company with CSN’s size, it is possible to obtain by means of coal replacement by biomass charcoal a reduction of 50 thousand tons/year in the consumption of coal and therefore, a reduction on the manufacturing cost of pig iron in the blast furnace.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, 2017. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-04-05T16:10:38Z No. of bitstreams: 1 2017_AlineFaleiroDionizio.pdf: 2169062 bytes, checksum: b4461e0129eeb27a55c3342afa99ec4a (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2017-04-13T13:49:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AlineFaleiroDionizio.pdf: 2169062 bytes, checksum: b4461e0129eeb27a55c3342afa99ec4a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-13T13:49:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AlineFaleiroDionizio.pdf: 2169062 bytes, checksum: b4461e0129eeb27a55c3342afa99ec4a (MD5) / No atual contexto energético a diversificação da matriz energética e o desenvolvimento de tecnologias limpas tornam-se cada vez mais necessário para suprir a crescente demanda frente a diminuição na oferta dos combustíveis fósseis, além das explícitas vantagens ambientais diante das alarmantes mudanças climáticas em curso no planeta. Nesse sentido, resíduos de biomassa das mais variadas origens despontam-se como interessantes alternativas energéticas, no entanto o seu aproveitamento é limitado pelo pouco conhecimento sobre seu potencial energético. O presente estudo tem como objetivo avaliar o potencial energético de resíduos agroflorestais, visando à obtenção de produtos energéticos renováveis com maior valor agregado. Neste sentido os resíduos de casca de café, palha de feijão, madeira de construção civil, madeireira e sabugo de milho foram avaliados in natura, carbonizados e compactados. As características analisadas foram: umidade, densidade do granel, granulometria, análise imediata, composição química, análise elementar, poder calorífico superior e útil e a densidade energética. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas através do teste de Tukey a 5% de significância. Ao final do estudo pôde-se concluir que a casca de café in natura apresentou as melhores propriedades para uso em combustão direta. O carvão de resíduos de madeira apresentou melhores propriedades para fins energéticos e o carvão da palha de feijão apresentou características inferiores às demais biomassas analisadas. Quanto aos briquetes, a quirela de milho e de sorgo, por terem altos teores de amido, podem ser utilizadas como aglutinantes, diminuindo os custos de produção de briquetes. / In the current energy context the diversification of the energetic matrix and the development of sustainable technologies has become increasingly necessary in order to meet growing demand of a reduction in the supply of fossil fuels, in addition to the explicit environmental advantages front of alarming ongoing climate change on the planet. In this sense, biomass residuals of the most varied origins appear as interesting energetic alternatives, however this use is limited by the summary knowledge about this energetic potential. The present study evaluates the energy potential of agroforestry residues to obtaining renewable energy products with higher value added. This way coffee husk residues, bean straw, construction timber, wood and corn cob were evaluated “in natura”, carbonized and compacted. The analyzed characteristics were: moisture, bulk density, grain size, immediate analysis, chemical composition, elemental analysis, superior and useful calorific value and energy density. In fact, the data were submitted to analysis of variance and were compared using the Tukey test at 5% of significance. At the end of the study was possible to conclude that coffee husk in natura presented the best properties for use in direct combustion. The charcoal residuals presented better properties for energy purposes and the charcoal of the bean straw presented lower characteristics inferior to the other biomasses analyzed. The corn and sorghum quirela have high starch contents, so they can be used to agglutinate, reducing the production costs of briquettes.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Tecnologica, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-19T12:57:25Z No. of bitstreams: 1 2017_AlbertReisdosAnjos.pdf: 6609594 bytes, checksum: 7fb465842c9a4276c02d18c4cc81dc2f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2017-04-19T15:17:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_AlbertReisdosAnjos.pdf: 6609594 bytes, checksum: 7fb465842c9a4276c02d18c4cc81dc2f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-19T15:17:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_AlbertReisdosAnjos.pdf: 6609594 bytes, checksum: 7fb465842c9a4276c02d18c4cc81dc2f (MD5) / A energia proveniente de combustíveis fósseis ainda é a responsável pela manutenção da grande maioria dos processos produtivos, porém, o aumento da demanda mundial por energia e a constante preocupação com o meio-ambiente têm trazido a tona uma discussão: como produzir energia de forma eficiente e sustentável? Dentre as diversas fontes de energias renováveis estudadas (solar, eólica, etc), a biomassa tem recebido bastante destaque pois, além de representar uma fonte para diversas cadeias produtivas, pode ter o seu uso aplicado também na geração de energia. Dentre as tecnologias capazes de transformar a biomassa em energia, a gaseificação surge como uma alternativa interessante pois é capaz de produzir uma mistura de gases combustíveis (H2, CO, CH4, etc) que pode ser utilizada na geração de energia elétrica de forma direta ou na produção de biocombustíveis. Desta forma, objetivo deste estudo foi avaliar a influência dos agentes de fluidização ar, vapor e nitrogênio na composição do gás combustível produzido através de processos de gaseificação e pirólise de Eucalyptus grandis em um sistema de reação em leito fluidizado. Inicialmente, caracterizou-se a biomassa por meio de análises imediata, elementar e poder calorífico, e determinou-se as vazões que promovem a fluidização do leito de quartzo ocre. Considerando os agentes: i) ar, o regime de fluidização foi alcançado a vazões entre 35 e 41 NL/min à temperatura ambiente e 6 NL/min à temperatura de gaseificação (800ºC); ii) nitrogênio, entre 49 e 52 NL/min à temperatura ambiente e 12 NL/min à temperatura de gaseificação, e para iii) vapor d’água, 12 mL/min é suficiente para fluidizar o leito à temperatura de gaseificação. Os agentes de fluidização que apresentaram maior produção em massa de hidrogênio no gás produto foram vapor d’água (na condição experimental de razão vapor/biomassa igual a 2,81) e nitrogênio (na condição experimental de 16 NL/min), ambos com produção média de 0,02 gramas de H2 por grama de biomassa. Com relação ao poder calorífico dos gases produzidos, a gaseificação com ar apresentou um poder calorífico inferior médio de 5,92 MJ/kg a 9,81 MJ/kg, para condições experimentais entre 0,23 e 0,40 de razão de equivalência (RE). O processo de pirólise com nitrogênio produziu gases com PCI entre 11,76 MJ/kg e 19,50 MJ/kg para condições experimentais utilizando vazões de nitrogênio de 12 NL/min a 20 NL/min. Por fim, o vapor d’água apresentou os melhores resultados de PCI para os gases produzidos, sendo eles na faixa de 26,70 MJ/kg a 28,59 MJ/kg, nas condições experimentais de razão vapor/biomassa (SBR) de 1,67 a 3,38. Tanto o processo de pirólise quanto o de gaseificação mostraram viabilidade técnica para produção de gás combustível, e o destaque se dá ao processo de gaseificação com vapor d’água que se apresentou viável do ponto de vista de produção de hidrogênio e de poder calorífico do gás gerado. / Energy from fossil fuels is still responsible for the maintenance of the vast majority of production processes, but increasing world demand for energy and constant concern for the environment have brought up a discussion: how to produce energy efficiently and in a sustaninable way? Among the various sources of renewable energy studied (solar, wind, etc.), biomass has received a lot of attention because, in addition to being a source for several production chains, it use can also be applied to energy generation. Among the technologies capable of transforming biomass into energy, gasification appears as an interesting alternative because it is capable of producing a mixture of combustible gases (H2, CO, CH4, etc.) that can be used in the generation of electric energy directly or in the production of biofuels. In this way, the objective of this study was to evaluate the influence of air, steam and nitrogen as fluidization agents on the composition of the fuel gas produced by gasification and pyrolysis processes of Eucalyptus grandis by using a fluidized bed reaction system. For this purpose, the biomass was characterized by means of proximate, elemental, and calorific analyses, and the gases flow rates were determined to promote the fluidization of the ocher quartz employed as bed material. Considering the gasification agents: i) air, the fluidization was achieved between 35 and 41 NL/min at room temperature and 6 NL/min at the gasification temperature (600 – 800 °C); ii) for nitrogen between 49 and 52 NL/min at room temperture and 12 NL/min at the gasification temperature, and for iii) steam, 12 mL/min is enough to fluidize the bed at the gasification temperature. The fluidization agents those presented the highest hydrogen production in the product gas were steam (for steam to biomass ratio equals to 2,81) and nitrogen (by using 16 NL/min) with an production of 0,02 g/min. Regarding the low heating value (LHV) of the gases formed the gasification with air presented an average heating value between 5,9227 MJ/kg and 9,8157 MJ/kg for equivalence ratio (ER) lying in the interval from 0,23 and 0,40. The pyrolysis process using nitrogen as fluidization agent produced a gas with heating value between 11,7627 MJ/kg and 19,5029 MJ/kg for experimental conditions using nitrogen flows between 12 NL/min and 20 NL/min. Finally, the steam presented the best LHV results for the gases produced, being in the range of 26,7044 MJ/kg to 28,586 MJ/kg, at experimental conditions of SBR between 1,67 to 3,38. Both the pyrolysis process and the gasification process showed technical viability for the production of fuel gas, and it should be highlighted the the gasificatin process using steam as fluidization gas that was very feasible from the point of view of hydrogen production and the calorific value of the gas produced.

Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientador: Turibio Gomes Soares Neto / Banca: Mauricio Araujo Zanardi / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Karla Maria Longo de Freitas / Banca: Ely Vieira Cortezi / Resumo: Um dos principais efeitos das queimadas na Floresta Amazônica é a liberação de grandes quantidades de carbono para a atmosfera como resultado da queima de biomassa. Esse carbono contribui para o aquecimento global através do efeito estufa. Entre 2000 e 2011, a taxa média de desmatamento na floresta Amazônica foi de 15815 km²/ano. Realizou-se então um experimento com a finalidade de simular uma queimada real da Floresta Amazônica para estimar as emissões dos principais gases da combustão de sua biomassa. A taxa de consumo de biomassa calculada foi de 23,5% para troncos largos e de 89,2% para galhos finos. As médias para os fatores de emissão de CO2, CO, CH4, NMHC, e MP2,5, calculados para 3 horas de amostragem, foram respectivamentes de 1513 ± 151; 157 ± 53; 8,2 ± 4,7; 3,9 ± 2,3 e 1,9 ± 2 g/kg para queima de biomassa seca. Calculou-se que um hectare de floresta queimada produziu cerca de 232115 kg de CO2, 24141 kg de CO, 1254 kg de CH4, 596 kg de NMHC e 285 kg de MP2,5. Assim, tem-se que a quantidade de CO2 liberado para a atmosfera levando-se em consideração a taxa de desmatamento de 15815 km²/ano é 457 Mt/ano. Esta taxa corresponde a 0,91% das emissões globais de gases do efeito estufa. Realizaram-se também experimentos em laboratório com o intuito de comparar os resultados obtidos em Alta Floresta no ano de 2004 e em Cruzeiro do Sul no ano de 2010 com possíveis simulações em laboratório em que a escala, a devastação e a poluição seriam menores; nestes experimentos também foram avaliados quais fatores (diâmetro do tronco, inclinação da bandeja e vazão) mais influenciariam na emissão de gases poluentes. A biomassa escolhida para a queima em laboratório foi o eucalipto, espécie muito comum na região - Vale do Paraíba. Utilizou-se a técnica de cromatografia e analisadores... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: One of the main effects of burning areas of the Amazon Forest is release of large amounts of carbon into the atmosphere as a result of burning biomass. This carbon contributes to global warming by means of the greenhouse effect. Between 2000 and 2011, the average deforestation rate in the Amazon was 15,815 km2 year-1. An experiment was carried out to simulate real burning in the Amazon in order to estimate emission of the main gases released by combustion of its biomass. The rate of consumption of biomass was 23.5% for large trunks and 89.2% for fine branches. Average emission factor when burning dry biomass was 1,513 ± 151 g kg-1 for CO2; for CO it was 157 ± 53 g kg-1; for CH4 it was 8.2 ± 4.7 g kg-1; for NMHC it was 3.9 ± 2.3 g kg-1; and for PM2.5 it was 1.9 ± 2 g kg-1. Calculation revealed that a hectare of burned forest produced 232,115 kg of CO2, 24,141 kg of CO, 1,254 kg of CH4, 596 kg of NMHC, and 285 kg of PM2.5. Thus the quantity of CO2 released into the atmosphere is 457 Mt year-1, considering deforestation of 15,815 km² year-1. This rate is equivalent to 0.91% of global greenhouse gas emissions. Laboratory tests were also carried out in order to compare results obtained in Alta Floresta (2004) and Cruzeiro do Sul (2010) with possible laboratory simulations in which the scale would be smaller and there would be less devastation and pollution; these experiments were also analyzed which factors (trunk diameter, tray slope, and flow rate) influenced gaseous pollution emissions. Biomass chosen for the laboratory burn was eucalyptus, a species that is very common in the Paraiba Valley. Gas Chromatography and specific analyzers were utilized to calculate concentration in PPM of the main gases emitted. The following average values were found for emission factors for CO2: 1,437 ± 119 g kg-1 (by chromatography) and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador : Prof. Dr. David Alexander Mitchell / Coorientador : Profª. Drª. Nadia Krieger / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências : Bioquímica. Defesa: Curitiba, 18/11/2015 / Inclui referências: f. 38-44;63-68;112-114;120-126 / Resumo: Biorrefinaria é um novo conceito que abrange as instalações industriais que utilizam a biomassa como matéria-prima para a produção de intermediários químicos, combustíveis e energia, analogamente às refinarias de petróleo. Uma matéria prima que apresenta oportunidades para ser utilizada no Brasil é a polpa cítrica, que é o resíduo do processamento do suco de laranja. Este resíduo é produzido em grandes quantidades no Brasil, que é o maior produtor mundial de sucos. Atualmente, a polpa cítrica não tem valor comercial importante, já que os custos de secagem comprometem as margens de revenda como ração animal, que é a destinação típica para este resíduo. Por outro lado, a polpa cítrica é uma fonte de limoneno e pectina, que já têm processos de extração estabelecidos, e os carboidratos da polpa podem ser transformadas em etanol e alguns ácidos com alto valor agregado, como o ácido D-galacturônico, o ácido L-galactônico, o ácido múcico e o ácido ascórbico. O objetivo geral desta tese de doutorado foi propor soluções para três problemas das biorrefinarias de polpa cítrica, a falta de conhecimento sobre a hidrólise enzimática da pectina, o custo alto das pectinases que são usadas na hidrólise enzimática da pectina e a incapacidade de Saccharomyces cerevisiae produzir etanol a partir do ácido galacturônico liberado. Na primeira parte do trabalho, a hidrólise enzimática da pectina foi caracterizada, com intuito de entender a lentidão na liberação dos açúcares. Ficou demonstrado, pela primeira vez, que existe uma desaceleração significativa na liberação de açúcares redutores já nos primeiros minutos de hidrólise de pectina por complexos pectinolíticos. Foi mostrado que, com esta falta de linearidade no início da reação, o tempo de incubação escolhido para um ensaio tem grande efeito na atividade medida. De fato, é destacada a necessidade de estabelecer um protocolo padrão para a determinação da atividade pectinolítica, em termos da temperatura, da concentração de pectina e do tempo de incubação. Somente com esta padronização vai ser possível comparar processos de produção de pectinases realizados por grupos diferentes. Na segunda parte do trabalho, foi desenvolvido um processo, em escala piloto, para a produção de pectinases em fermentação em estado sólido, com intuito de baixar o custo destas enzimas. O processo foi realizado com 15 Kg (base seca) de um substrato composto por polpa cítrica e bagaço de cana, na razão de 51,6 a 48,4, (m/m). O uso de uma proporção alta de bagaço propiciou um leito de alta porosidade e, desta maneira, o problema de superaquecimento do leito, que é comum em processos de fermentação em estado sólido, foi completamente evitado. Também foi demonstrado que, no final da fermentação, o sólido pode ser secado e adicionado diretamente a uma solução de pectina para efetuar sua hidrólise; desta maneira, os custos de recuperação e concentração das pectinases são evitados. Na terceira parte do trabalho, foi construída uma linhagem de S. cerevisiae capaz de consumir o ácido D-galacturônico. Isto foi conseguido pela integração de uma via heteróloga, proveniente de fungos filamentosos, de catabolismo de ácido D-galacturônico. Este estudo representa o primeiro passo na construção de uma cepa de S. cerevisiae capaz de produzir etanol a partir de ácido D-galacturônico, sendo que este açúcar chega a compor cerca de 18% do total de açúcares em hidrolisados de polpa cítrica. Palavras-chave: Biorrefinarias, polpa cítrica, ácido D-galacturônico, etanol, pectinases, escalonamento, fermentação no estado sólido. / Abstract: Biorefineries are industrial installations that utilize biomass as a raw material for the production of chemicals, fuels and energy, in a manner analogous to petroleum refineries. One raw material that has the potential to be utilized in Brazil is citrus pulp, the residue of the processing of orange juice. This residue is produced in large quantities in Brazil, which is the world's largest producer of orange juice. Currently, citrus pulp has no significant commercial value; it is typically used as a supplement for cattle feed, but the drying costs mean that the return is minimal. However, citrus pulp is a source of limonene and pectin, for which extraction processes are already established. Further, the carbohydrates in the pulp can be processed into ethanol and some acids with high added value, such as D-galacturonic acid, L-galactonic acid, mucic acid and ascorbic acid. The overall objective of this thesis was to propose solutions to three problems faced by citrus pulp biorefineries: the lack of knowledge about enzymatic hydrolysis, the high cost of the pectinases that are used in the enzymatic hydrolysis of pectin and the inability of Saccharomyces cerevisiae to produce ethanol from the galacturonic acid released in such hydrolysis processes. In the first part of the work, the enzymatic hydrolysis of pectin was characterized, with the aim of understanding why the release of sugars is so slow. For the first time, it was demonstrated that there is a significant deceleration in the release of reducing sugars within the first minutes of pectin hydrolysis by pectinases. It was shown that, with this lack of linearity at the start of the reaction, the incubation time that is chosen for an assay of pectinase activity has a large effect on the activity that is measured. In fact, the thesis raises the need to establish a standard protocol for the determination of pectinolytic activity, in terms of temperature, pectin concentration and time of incubation. Only with such standardization will it be possible to compare pectinase production processes proposed by different research groups. In the second part of the work, a pilot-scale process was developed for the production of pectinases in solid-state fermentation, with the aim of lowering the cost of these enzymes. The process was conducted with 15 kg (dry basis) of a substrate composed of citrus pulp and sugarcane bagasse, in a ratio of 51.6 to 48.4 (by mass). The use of a high proportion of bagasse ensured the bed had a high porosity and, consequently, the problem of overheating of the bed, which is common in solid-state fermentation processes, was completely avoided. It was also shown that, at the end of the fermentation, the solid can be dried and added directly to a pectin solution to effect its hydrolysis; thereby avoiding the need to recover and concentrate the pectinases. In the third part of the work, a strain of S. cerevisiae was constructed that is capable of consuming D-galacturonic acid. This was achieved by integration of a heterologous pathway for the catabolism of D-galacturonic acid from filamentous fungi. This study represents the first step in the construction of a strain of S. cerevisiae capable of producing ethanol from D-galacturonic acid, which represents about 18% of the total sugars in citrus pulp hydrolysates. Keywords: Biorefineries, citrus pulp, D-galacturonic acid, ethanol, pectinases, scale-up, solid-state fermentation.