Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-12T14:01:35Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Márcia Josefa da Silva.pdf: 1750850 bytes, checksum: d36504435c0ecdaffe970fd5045e35c0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T14:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Márcia Josefa da Silva.pdf: 1750850 bytes, checksum: d36504435c0ecdaffe970fd5045e35c0 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / CAPES / A biomassa lignocelulósica destaca-se como matéria-prima alternativa para a produção de combustíveis e outros produtos. Devido à alta complexidade desse material, é necessária uma hidrólise enzimática eficiente com a utilização de um pool enzimático adequado. O objetivo deste trabalho foi estudar o perfil de produção de enzimas celulolíticas e xilanolítica por Trichoderma reesei RUT C-30 em meios com diferentes capacidades de indução. A produção de enzimas foi realizada em biorreator de bancada (Bioflo 110) com 1,3 ou 3 L de volume de trabalho, nas seguintes condições: 500 rpm, 28° C, 2 vvm e pH 5,0. As fontes de carbono investigadas foram: lactose, xilana, pectina, celulose microcristalina, melaço, biomassa de palma forrageira e hidrolisado hemicelulósico. O hidrolisado foi obtido por tratamento hidrotérmico de bagaço de cana-de-açúcar em reator descontínuo de 20 L (Regmed AU/20), com volume de trabalho de 10 L e carga de sólidos de 5% (m/v), a 185°C, por 16 minutos. Em substratos solúveis, a determinação da concentração celular foi realizada por peso seco e as concentrações dos substratos foram obtidas por cromatografia líquida de alta eficiência. Ao final dos cultivos, foram isoladas proteínas extracelulares, que servirão para futura análise do secretoma de T. reesei RUT C-30. Em meio de lactose, os valores de atividades enzimáticas obtidos com 54 horas de cultivo foram: FPase (1,43 UI mL-1), CMCase (15,67 UI mL-1), xilanase (11,91 UI mL-1) e β-glicosidase (0,24 UI mL-1). A velocidade máxima específica de crescimento, μmax, e o coeficiente de rendimento de biomassa no substrato, Yx/s, foram 0,06 h-1 e 0,38 g g-1, respectivamente. Em meio de melaço, μmax e Yx/s foram 0,26 h-1 e 0,52 g g-1, respectivamente, e as atividades enzimáticas insignificantes. No hidrolisado, o crescimento do micro-organismo foi inibido devido à presença de compostos inibidores produzidos no tratamento hidrotérmico. Os valores de atividades enzimáticas com 54 horas foram: FPase (0,06 UI mL-1), CMCase (0,24 UI mL-1), xilanase (1,40 UI mL-1) e β-glicosidase nula. Em meio com celulose, também foram obtidos baixos valores de atividades enzimáticas, porém, a xilanase apresentou valor de 1,52 UI mL-1 com 50 horas de cultivo. A xilanase foi a enzima mais evidente nos cultivos com xilana, atingindo valor máximo de 11,93 UI mL-1, ao final do cultivo. Em meio com pectina: FPase, CMCase, xilanase e β-glicosidase foram: 0,01 UI mL-1, 1,25 UI mL-1, 2,83 UI mL-1 e 0,10 UI mL-1, respectivamente. Nos cultivos em meio à base de palma, observaram-se os seguintes valores com 50 horas: FPase (0,29 UI mL-1), CMCase (3,30 UI mL-1), xilanase (6,21 UI mL-1) e β-glicosidase (0,09 UI mL-1). Entre as fontes investigadas, a lactose é o melhor substrato para a indução de todas as enzimas estudadas, enquanto o melaço favorece o crescimento rápido do micro-organismo. O hidrolisado hemicelulósico e a palma forrageira são potenciais meios para a produção de enzimas, em particular xilanases. Para a utilização do hidrolisado, no entanto, será necessária a sua detoxificação ou, alternativamente, a obtenção de linhagens resistentes aos inibidores por engenharia metabólica e/ou engenharia evolutiva.

A busca por segurança energética tem feito com que a maioria dos países empenhe-se na busca por fontes alternativas de energia, procurando mitigar problemas econômicos, sociais e ambientais. Espera-se que a biomassa, disponível de forma geograficamente dispersa, venha a tornar-se um dos principais recursos renováveis na produção de alimentos, materiais, produtos químicos, combustíveis e energia. Nesse cenário, o desenvolvimento de biorrefinarias representa a chave para uma produção integrada, combinando rotas de conversões químicas, bioquímicas e termoquímicas, no processamento da biomassa, visando à utilização otimizada dos recursos disponíveis. As biorrefinarias com estruturas descentralizadas são uma alternativa à centralização de produções em grandes plantas industriais e à monocultura, pois utilizam biomassas disponíveis regionalmente, integram sistemas de produção, potencializando os recursos locais, reduzem custos com logística e impactos ambientais, além de melhorarem a distribuição da renda. O presente trabalho apresenta uma revisão da disponibilidade de biomassa no Brasil e no mundo, com especial interesse no aproveitamento de microalgas e resíduos orgânicos, dos principais produtos de interesse e conceitos de biorrefinarias existentes. O objetivo é discutir qual é o conceito que melhor se adapta às necessidades do cenário brasileiro, bem como propor um modelo com estrutura descentralizada em duas ou três etapas, visando à otimização de um processamento sustentável de biomassa para obtenção de vários produtos comerciáveis e energia, além de delinear diretrizes para investimentos na área. É apresentada uma metodologia para a tomada de decisões na concepção e análise de viabilidade do projeto conceitual de uma biorrefinaria, considerando-se também as restrições de ordem ecológica, econômica e tecnológica. Como estudo de caso, é proposta uma biorrefinaria a partir de microalgas. A escolha por microalgas como matéria-prima é baseada nas vantagens que sua utilização apresenta frente à de outras biomassas, dentre elas cita-se a capacidade de produção rápida e durante todo o ano, a captura do CO2 necessário ao seu crescimento, a necessidade de menos água do que plantas terrestres, são cultiváveis em água salobra e terras não aráveis, apresentam elevado teor de óleo, seus nutrientes podem ser obtidos a partir de águas residuais, sua composição bioquímica pode ser modulada por diferentes condições de crescimento e são capazes de produção fotobiológica de bio-hidrogênio. Das alternativas de rotas possíveis para seu processamento, são apresentadas duas que apontam como sendo as mais promissoras: o uso da microalga como substrato de algum outro microorganismo, visando à obtenção de compostos com maior valor agregado, tais como biopolímeros, e o uso do processo de pirólise rápida para obtenção de bio-óleo, que deve ser processado posteriormente, visando à especificação em biocombustível. As vantagens da otimização do cultivo, colheita, rotas viáveis de processamento e a análise do potencial econômico desse modelo, indicam uma excelente oportunidade para obtenção de um espectro de produtos de alto valor agregado e energia e um grande potencial de aplicação. / The search for energy security has been doing with that most of the countries strive to seek alternative sources of energy that allows mitigating economic, social and environmental problems. It is expected that biomass, available on a geographically dispersed way, will become one of the major renewable resources for food, materials, chemicals, fuels and energy production. Additionally, the development of biorefineries represents the key to an integrated production, combining chemical, biochemical and thermochemical conversion routes for biomass processing, aiming the optimized use of available resources. Biorefineries with decentralized structure are an alternative to the centralization of production in large industrial plants and to the monoculture because it uses biomass regionally available, integrates production systems potentiating local resources, reduces logistics costs and environmental impacts, as well as improves income distribution. This work presents a review of: i) biomass availability in Brazil and in the world, focus on the use of microalgae and organic wastes; ii) the main products of interest; and; iii) concepts of existing biorefineries. The objective is to discuss which one is the concept that better fits the needs of the Brazilian scenario and propose a new model with decentralized structure in two or three stages, seeking to an optimized and sustainable biomass processing to obtain various marketable products and energy, and delineate guidelines for investment in the area. It is presented a methodology for making the conceptions decisions and feasibility analysis of the conceptual design of a generic refinery, considering also the ecological, economic and technological constraints. As a case study, it is proposed a biorefinery from microalgae. The choice of microalgae as a raw material is based on the advantages that their use offers over the others biomasses. Among the advantages it can be cited the ability for rapid production and during all the year, the capture of CO2 for its growth, the need for less water than land plants, they can be cultivated in brackish water and non-arable land, have a high oil content, nutrients can be obtained from waste water, their biochemical composition can be modulated by different growth conditions and are capable of producing photobiology bio-hydrogen. Of the possible alternative routes for microalgae processing, are presented two as the most promising: the use of microalgae as a substrate for some other microorganism in order to obtain compounds with high added value, biopolymers as an example, and use the process of fast pyrolysis for obtaining bio-oil, which will be processed later in order to specify biofuels. The advantages of the cultivation optimization, harvesting, processing viable routes and analyzing the economic potential of this model indicate an excellent opportunity to obtain a spectrum of value-added products and energy and its great potential for application.

A busca por segurança energética tem feito com que a maioria dos países empenhe-se na busca por fontes alternativas de energia, procurando mitigar problemas econômicos, sociais e ambientais. Espera-se que a biomassa, disponível de forma geograficamente dispersa, venha a tornar-se um dos principais recursos renováveis na produção de alimentos, materiais, produtos químicos, combustíveis e energia. Nesse cenário, o desenvolvimento de biorrefinarias representa a chave para uma produção integrada, combinando rotas de conversões químicas, bioquímicas e termoquímicas, no processamento da biomassa, visando à utilização otimizada dos recursos disponíveis. As biorrefinarias com estruturas descentralizadas são uma alternativa à centralização de produções em grandes plantas industriais e à monocultura, pois utilizam biomassas disponíveis regionalmente, integram sistemas de produção, potencializando os recursos locais, reduzem custos com logística e impactos ambientais, além de melhorarem a distribuição da renda. O presente trabalho apresenta uma revisão da disponibilidade de biomassa no Brasil e no mundo, com especial interesse no aproveitamento de microalgas e resíduos orgânicos, dos principais produtos de interesse e conceitos de biorrefinarias existentes. O objetivo é discutir qual é o conceito que melhor se adapta às necessidades do cenário brasileiro, bem como propor um modelo com estrutura descentralizada em duas ou três etapas, visando à otimização de um processamento sustentável de biomassa para obtenção de vários produtos comerciáveis e energia, além de delinear diretrizes para investimentos na área. É apresentada uma metodologia para a tomada de decisões na concepção e análise de viabilidade do projeto conceitual de uma biorrefinaria, considerando-se também as restrições de ordem ecológica, econômica e tecnológica. Como estudo de caso, é proposta uma biorrefinaria a partir de microalgas. A escolha por microalgas como matéria-prima é baseada nas vantagens que sua utilização apresenta frente à de outras biomassas, dentre elas cita-se a capacidade de produção rápida e durante todo o ano, a captura do CO2 necessário ao seu crescimento, a necessidade de menos água do que plantas terrestres, são cultiváveis em água salobra e terras não aráveis, apresentam elevado teor de óleo, seus nutrientes podem ser obtidos a partir de águas residuais, sua composição bioquímica pode ser modulada por diferentes condições de crescimento e são capazes de produção fotobiológica de bio-hidrogênio. Das alternativas de rotas possíveis para seu processamento, são apresentadas duas que apontam como sendo as mais promissoras: o uso da microalga como substrato de algum outro microorganismo, visando à obtenção de compostos com maior valor agregado, tais como biopolímeros, e o uso do processo de pirólise rápida para obtenção de bio-óleo, que deve ser processado posteriormente, visando à especificação em biocombustível. As vantagens da otimização do cultivo, colheita, rotas viáveis de processamento e a análise do potencial econômico desse modelo, indicam uma excelente oportunidade para obtenção de um espectro de produtos de alto valor agregado e energia e um grande potencial de aplicação. / The search for energy security has been doing with that most of the countries strive to seek alternative sources of energy that allows mitigating economic, social and environmental problems. It is expected that biomass, available on a geographically dispersed way, will become one of the major renewable resources for food, materials, chemicals, fuels and energy production. Additionally, the development of biorefineries represents the key to an integrated production, combining chemical, biochemical and thermochemical conversion routes for biomass processing, aiming the optimized use of available resources. Biorefineries with decentralized structure are an alternative to the centralization of production in large industrial plants and to the monoculture because it uses biomass regionally available, integrates production systems potentiating local resources, reduces logistics costs and environmental impacts, as well as improves income distribution. This work presents a review of: i) biomass availability in Brazil and in the world, focus on the use of microalgae and organic wastes; ii) the main products of interest; and; iii) concepts of existing biorefineries. The objective is to discuss which one is the concept that better fits the needs of the Brazilian scenario and propose a new model with decentralized structure in two or three stages, seeking to an optimized and sustainable biomass processing to obtain various marketable products and energy, and delineate guidelines for investment in the area. It is presented a methodology for making the conceptions decisions and feasibility analysis of the conceptual design of a generic refinery, considering also the ecological, economic and technological constraints. As a case study, it is proposed a biorefinery from microalgae. The choice of microalgae as a raw material is based on the advantages that their use offers over the others biomasses. Among the advantages it can be cited the ability for rapid production and during all the year, the capture of CO2 for its growth, the need for less water than land plants, they can be cultivated in brackish water and non-arable land, have a high oil content, nutrients can be obtained from waste water, their biochemical composition can be modulated by different growth conditions and are capable of producing photobiology bio-hydrogen. Of the possible alternative routes for microalgae processing, are presented two as the most promising: the use of microalgae as a substrate for some other microorganism in order to obtain compounds with high added value, biopolymers as an example, and use the process of fast pyrolysis for obtaining bio-oil, which will be processed later in order to specify biofuels. The advantages of the cultivation optimization, harvesting, processing viable routes and analyzing the economic potential of this model indicate an excellent opportunity to obtain a spectrum of value-added products and energy and its great potential for application.

A busca por segurança energética tem feito com que a maioria dos países empenhe-se na busca por fontes alternativas de energia, procurando mitigar problemas econômicos, sociais e ambientais. Espera-se que a biomassa, disponível de forma geograficamente dispersa, venha a tornar-se um dos principais recursos renováveis na produção de alimentos, materiais, produtos químicos, combustíveis e energia. Nesse cenário, o desenvolvimento de biorrefinarias representa a chave para uma produção integrada, combinando rotas de conversões químicas, bioquímicas e termoquímicas, no processamento da biomassa, visando à utilização otimizada dos recursos disponíveis. As biorrefinarias com estruturas descentralizadas são uma alternativa à centralização de produções em grandes plantas industriais e à monocultura, pois utilizam biomassas disponíveis regionalmente, integram sistemas de produção, potencializando os recursos locais, reduzem custos com logística e impactos ambientais, além de melhorarem a distribuição da renda. O presente trabalho apresenta uma revisão da disponibilidade de biomassa no Brasil e no mundo, com especial interesse no aproveitamento de microalgas e resíduos orgânicos, dos principais produtos de interesse e conceitos de biorrefinarias existentes. O objetivo é discutir qual é o conceito que melhor se adapta às necessidades do cenário brasileiro, bem como propor um modelo com estrutura descentralizada em duas ou três etapas, visando à otimização de um processamento sustentável de biomassa para obtenção de vários produtos comerciáveis e energia, além de delinear diretrizes para investimentos na área. É apresentada uma metodologia para a tomada de decisões na concepção e análise de viabilidade do projeto conceitual de uma biorrefinaria, considerando-se também as restrições de ordem ecológica, econômica e tecnológica. Como estudo de caso, é proposta uma biorrefinaria a partir de microalgas. A escolha por microalgas como matéria-prima é baseada nas vantagens que sua utilização apresenta frente à de outras biomassas, dentre elas cita-se a capacidade de produção rápida e durante todo o ano, a captura do CO2 necessário ao seu crescimento, a necessidade de menos água do que plantas terrestres, são cultiváveis em água salobra e terras não aráveis, apresentam elevado teor de óleo, seus nutrientes podem ser obtidos a partir de águas residuais, sua composição bioquímica pode ser modulada por diferentes condições de crescimento e são capazes de produção fotobiológica de bio-hidrogênio. Das alternativas de rotas possíveis para seu processamento, são apresentadas duas que apontam como sendo as mais promissoras: o uso da microalga como substrato de algum outro microorganismo, visando à obtenção de compostos com maior valor agregado, tais como biopolímeros, e o uso do processo de pirólise rápida para obtenção de bio-óleo, que deve ser processado posteriormente, visando à especificação em biocombustível. As vantagens da otimização do cultivo, colheita, rotas viáveis de processamento e a análise do potencial econômico desse modelo, indicam uma excelente oportunidade para obtenção de um espectro de produtos de alto valor agregado e energia e um grande potencial de aplicação. / The search for energy security has been doing with that most of the countries strive to seek alternative sources of energy that allows mitigating economic, social and environmental problems. It is expected that biomass, available on a geographically dispersed way, will become one of the major renewable resources for food, materials, chemicals, fuels and energy production. Additionally, the development of biorefineries represents the key to an integrated production, combining chemical, biochemical and thermochemical conversion routes for biomass processing, aiming the optimized use of available resources. Biorefineries with decentralized structure are an alternative to the centralization of production in large industrial plants and to the monoculture because it uses biomass regionally available, integrates production systems potentiating local resources, reduces logistics costs and environmental impacts, as well as improves income distribution. This work presents a review of: i) biomass availability in Brazil and in the world, focus on the use of microalgae and organic wastes; ii) the main products of interest; and; iii) concepts of existing biorefineries. The objective is to discuss which one is the concept that better fits the needs of the Brazilian scenario and propose a new model with decentralized structure in two or three stages, seeking to an optimized and sustainable biomass processing to obtain various marketable products and energy, and delineate guidelines for investment in the area. It is presented a methodology for making the conceptions decisions and feasibility analysis of the conceptual design of a generic refinery, considering also the ecological, economic and technological constraints. As a case study, it is proposed a biorefinery from microalgae. The choice of microalgae as a raw material is based on the advantages that their use offers over the others biomasses. Among the advantages it can be cited the ability for rapid production and during all the year, the capture of CO2 for its growth, the need for less water than land plants, they can be cultivated in brackish water and non-arable land, have a high oil content, nutrients can be obtained from waste water, their biochemical composition can be modulated by different growth conditions and are capable of producing photobiology bio-hydrogen. Of the possible alternative routes for microalgae processing, are presented two as the most promising: the use of microalgae as a substrate for some other microorganism in order to obtain compounds with high added value, biopolymers as an example, and use the process of fast pyrolysis for obtaining bio-oil, which will be processed later in order to specify biofuels. The advantages of the cultivation optimization, harvesting, processing viable routes and analyzing the economic potential of this model indicate an excellent opportunity to obtain a spectrum of value-added products and energy and its great potential for application.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-12-05T15:08:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertacao_Anderson_Santos-DEQ-PPGEQ-deposito.pdf: 7186624 bytes, checksum: bddd73ab8dcc191ee77dee071b818c15 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T15:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertacao_Anderson_Santos-DEQ-PPGEQ-deposito.pdf: 7186624 bytes, checksum: bddd73ab8dcc191ee77dee071b818c15 (MD5) Previous issue date: 2016-10-21 / Devido aos problemas ambientais provenientes do petróleo e seus derivados, as matrizes energéticas sustentáveis oriundas de vegetais ganham cada vez mais espaço como o bioetanol no Brasil. Todavia, para serem ainda mais competitivos, os biocombustíveis necessitam de maior aproveitamento do vegetal, utilização de resíduos em seus processamentos e/ou aplicação do conceito de biorrefinarias. No Brasil, a indústria do bambu atualmente utiliza-o quase que apenas para obtenção de celulose, entretanto, o teor de extrativos tais como o amido contido nessa gramínea, demonstra desvantagem operacional e para o meio ambiente perante outras madeiras com a mesma finalidade. Devido a este fato, esta pesquisa teve o objetivo de estudar a produção de bioetanol através do amido contido no colmo do bambu para a produção de açúcares e posterior fermentação alcoólica, na tentativa de aplicação do conceito de biorrefinaria celulose/bioetanol. Para a remoção do amido utilizou-se colmos processados da espécie Bambusa vulgaris que foram submetidos a tratamentos com água quente em sistema aberto e semiaberto, a este último, foi acrescido 1 kgf/cm² de pressão. Para sacarificação do amido diretamente na biomassa vegetal seguiu-se um planejamento fatorial 2³ com diferentes concentrações de ácido sulfúrico diluído, tempo de reação e forma da biomassa como variáveis independentes e o teor de açúcares redutores totais pelo método DNS como variável de resposta. Após identificação do ponto ótimo do processo através da análise de variâncias ANOVA, desenvolveu-se um sistema flash com recuperação de vapor com a finalidade de mitigar e recuperar o furfural e 5hidroximetilfurfural, subprodutos da hidrólise ácida com valor comercial e inibidores de fermentação. Mediante a um sistema fechado simulado em frasco hermeticamente fechado em autoclave comparou-se a eficiência do flash. As biomassas residuais de alguns experimentos foram reservadas e caracterizadas juntamente a biomassa vegetal in natura e compararam-se os resultados. O extrato hidrolisado obtido do bambu, após pré-preparo a mosto, foi fermentado paralelamente a uma fermentação de mosto padrão de glicose e foram calculados seus parâmetros e perfis cinéticos. Os resultados obtidos evidenciaram que, devido a matriz, houve dificuldades em remover o amido do bambu de forma direta pelos métodos adotados, assim como, quantifica-lo com exatidão. Entretanto, pelo sistema de recuperação de vapor desenvolvido, é possível reduzir com o flash 36% de furfural e 46,59% de 5-hidroximetilfurfural no extrato hidrolisado mostrando-se promissor o sistema elaborado. Foi possível obter no extrato hidrolisado, após sua suplementação com nutrientes, bioetanol com rendimento de 26,5% na sua fermentação utilizando a levedura S.cerevisiae. Constatou-se que alguns aspectos das biomassas analisadas foram alterados após os tratamentos hidrotérmicos e com a caracterização que, além do amido, apenas a hemicelulose do bambu foi hidrolisada, tornando-se plausível a ideia de produção conjunta de celulose e bioetanol. / Due to environmental problems from oil and its derivatives, sustainable energy matrices derived from vegetables, such as bioethanol, are becoming more and more common in Brazil. However, to be even more competitive, biofuels require greater use of vegetable waste, used in their processing and / or application of the concept of biorefineries. In Brazil, bamboo industry is currently used almost only for pulping, however, the extractives content such as starch contained in this grassy material shows operational disadvantage for the environment and against other wood for the same purpose. Due to this fact, we tried to develop this research in order to take advantage of the starch in the bamboo stalk to produce sugars and subsequent fermentation in an attempt to apply the concept of biorefinery cellulose / bioethanol. To remove the starch, a process with the stems of the species Bambusa vulgaris was used, subjecting them to hot water treatment open and semi-open system, the latter was added 1 kgf / cm² pressure. For starch saccharification directly in the plant biomass followed a factorial design 2³ with different concentrations of sulfuric acid diluted, reaction time and form of biomass as independent variables and the content of total reducing sugars by DNS method as the response variable. After identification of the optimal point in the process using ANOVA variance analysis, A vapor recovery flash system was developed in order to mitigate and recover furfural and 5hydroxymethylfurfural, acid hydrolysis by-products of commercial value and fermentation inhibitors. Upon simulated in a closed system hermetically sealed bottle in an autoclave compared to flash efficiency. The residual biomass of some experiments have been reserved and assigned along the vegetal biomass in nature and compared the results. The hydrolyzate broth obtained from bamboo, after prepreparation the wine was fermented in parallel with a standard wine fermentation of glucose and were calculated in its parameters and kinetic profiles. The results showed that, because of the matrix, there were difficulties in removing the starch from bamboo directly by the methods adopted, as well as quantify it exactly. However, by the developed steam recovery system, you can reduce the flash with 36% of furfural and 46.59% of 5-hydroxymethylfurfural in the hydrolyzed extract showing the elaborated system promising. It was possible to obtain in the hydrolyzed extract, after its nutrient supplementation, bioethanol with a yield of 26.5% in its fermentation using yeast S.cerevisiae. It was found that some aspects of the analyzed biomasses were changed after hydrothermal treatment and the characterization, in addition to starch, hemicellulose only bamboo was hydrolyzed, making it plausible idea of joint production of cellulose and ethanol.

De forma sustentável o setor sucroalcooleiro nacional apresenta grande potencial para o desenvolvimento tecnológico de fontes alternativas de energia. A partir das novas concepções de emprego de energias alternativas, o resíduo industrial do processamento da cana-de-açúcar passa a ser uma matéria-prima com grande potencial e valor. De forma ilustrativa da potencialidade deste material, os dados de produção de bagaço de cana e suas aplicações estão destacados na parte introdutória, compreendendo a possível integração das usinas com as biorrefinarias. A utilização do bagaço de cana-de-açúcar como combustível para co-geração de energia atende à necessidade de mercado, sendo que a rentabilidade de energia elétrica é altamente viável. Porém, considerando-se que esta matéria-prima apresenta características peculiares para a biorrefinaria, objetivou-se o fracionamento da biomassa. As metodologias são investigadas por abranger a conversão da biomassa(bagaço e palha de cana-de- açúcar) para uma variedade de produtos de maior valor agregado (energia, biomateriais e produtos químicos). As etapas de fracionamento, ou seja, de pré-tratamentos foram: préhidrólise, deslignificação e branqueamento. A pré-hidrólise apresentou-se seletiva para a remoção das hemiceluloses, já para a etapa de deslignificação, mostrou-se mais seletiva para a remoção de ligninas, embora houvesse grande remoção também das hemiceluloses. Para a etapa de branqueamento, a remoção residual de lignina foi atingida, porém também foi removido celulose. A avaliação das etapas de pré-tratamentos foi realizada pela determinação dos rendimentos de processos, da seletividade reacional, bem como pela quantificação dos produtos e resíduos obtidos. Os materiais obtidos nas etapas de pré-tratamentos foram caracterizados e posteriormente submetidos ao processo de hidrólise ácida. São apresentados os resultados de rendimento de obtenção de glicose a partir de celulose, em base celulose inicial e em base celulose reagida. Na primeira parte, discutiram-se os rendimentos gravimétricos das reações de hidrólise ácida que para o material in natura resultaram em maiores rendimentos de hidrólise. Os maiores rendimentos obtidos no estudo de hidrólise de celulose foram obtidos para substratos derivados do bagaço integral na concentração de ácido de 0,14%. Os resultados da quarta, relativa a obtenção de coprodutos, HMF e furfural revelou a geração de baixas concentrações desses inibidores da fermentação etanólica. De forma conclusiva, a associação dos resultados dos processos de pré-tratamentos com os resultados obtidos nas reações de hidrólise poderá ser empregada para compreender as vantagens e desvantagens de cada etapa, mostrando caminhos para um melhor aproveitamento da biomassa vegetal, em especial o bagaço de cana de açúcar. Considerando-se a produção de etanol de segunda geração, determinaram-se também as quantidades de inibidores de fermentação etanólica. / Sustainably the Brazilian sugarcane sector presents great potential for technological development of alternative sources of energy. From the new concepts of employment of alternative energy sources, industrial waste from processing of sugarcane becomes a raw material with great potential and value. Illustratively of the potential of this material, the production data of sugarcane bagasse and their applications are highlighted in the introductory section, including the possible integration of the sugarcane mills to biorefineries. The utilization of crushed sugarcane as fuel for co-generation of energy meets the market need, and the profitability of electricity is highly feasible. However, considering that this raw material has peculiar characteristics to the biorefinery, this work aimed at the fractionation of biomass. The methodologies are investigated for covering the conversion of biomass (bagasse and straw from sugarcane). For a variety of products with higher added value (energy, biomaterials and chemicals). The steps of fractionation, or pre-treatments were pre-hydrolysis, delignification and bleaching. The pre-hydrolysis showed up selective removal of hemicelluloses. On the other hand, the delignification step was more selective for the removal of lignin, although there was also large removal of hemicelluloses. For the bleaching stage, the removal of residual lignin was achieved, but some cellulose was also removed from the pulps. The evaluation of the pre-treatments steps were performed by determined the yields of the processes, the selectivity and the quantification of the reaction products and wastes obtained. The materials obtained by the pre-treatment steps were characterized and further submitted to acid hydrolysis. It were presented the results of glucose yields of production base on initial cellulose and reacted cellulose. The first part of the work discusses the gravimetric yield of the acid hydrolysis reaction that produced the highest yield for the in natura material. The highest yields obtained in this study of cellulose hydrolysis were obtained for substrates derivates from integral bagasse at acid concentration of 0.14%. The results of the fourth step, concerning the production of HMF and furfural, revealed the production of low concentrations of these inhibitors of ethanol fermentation. Conclusively, the association of the results obtaining in the pre-treatment processes with that ones obtained by the hydrolysis processes can be used to understand the advantages and disadvantages of the individual steps, showing trends towards a better utilization of vegetal biomass, especially crushed sugarcane. In terms of second generation ethanol, it was presented the results of the quantification of potential inhibitors of ethanolic fermentation.

With the increasing worldwide concern on the environmental impacts of the intensive use of oil derivatives, renewed and continuous efforts have been made to develop alternative technologies for the use of renewable resources in order to produce fuels as well as chemical and petrochemical derivatives. In this study, the use of different technologies applied in biorefinaries (thermal, physical-chemical and biotechnological processes) in a bench scale for a better utilization of forestry waste from eucalyptus sawdust was investigated. Since the pyrolytic thermal process has already been developed, we focused on the separation (liquid-liquid extraction) and the quantification processes (GC-MS) of compounds of the fine chemistry present in the bio-oil from pyrolysys. Results confirm the good performance of the separation and quantification techniques proposed. In addition to the characteristics of the oily fraction, the adsorption capacity of the pyrolytic coal through the measures of BET surface area, the interpretation of isotherms of Langmuir and Freundlich, iodine number index, and scanning electron microscopy (SEM) was investigated. Samples of solid waste, activated with the steam system built by hand, present adsorbent properties similar to the commerciallyproduced active coal. In the application of the physical-chemical process, the acid hydrolysis process was developed under pressure in Teflon containers for the generation of glucose and levulinic acid, which were quantified by PAP glucose and LC-MS/MS assays, respectively. Production, temperature and time parameters were adjusted (optimized) using the methodology of response surface. The resulting hydrolyzate, which showed low levels of glucose, did not offer support for the production of bioethanol; however, it may be an important source of levulinic acid. The solid residue obtained at this stage, characterized as lignin by infrared spectroscopy, showed a higher percentage of marketable lignols in the oily fraction obtained by pyrolysis when compared to bio-oil obtained directly from the sawdust. In the biotechnological process, the hydrolyzed sawdust extract was sent to fermentation with Candida guilhermondii for xylitol production, which is a saccharide with wide industrial application. Findings, based on the methodology of response surface, show a significant influence of time on the fermentation process developed. The maximum content of sugar determined by LC-MS/MS was achieved at mean temperatures. The processes developed were in general effective in the use of forest waste eucalyptus sawdust. Our results are a small contribution to the research of converting biomass and its waste materials in clean fuels, renewable inputs, and green products for the fine chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries according to the precepts of biorefineries. / Com a crescente preocupação mundial em equacionar os impactos ambientais decorrentes do uso intensivo de derivados do petróleo, contínuos e renovados esforços têm sido feitos para o desenvolvimento de tecnologias alternativas, para o aproveitamento de recursos renováveis, na produção de combustíveis e derivados químico-petroquímicos. No presente trabalho, investigou-se o uso de tecnologias aplicadas em biorrefinarias (processos térmicos, físico-químicos e biotecnológicos), em escala de bancada, para o melhor aproveitamento do resíduo florestal serragem de eucalipto. Com o processo térmico pirolítico, já desenvolvido, os estudos foram dirigidos para processos de separação, por extração líquido-líquido, e posterior quantificação, por GC-MS, de compostos da química fina, presentes no bio-óleo de pirólise. Os resultados alcançados confirmam o bom desempenho das técnicas de separação e quantificação propostas. Além das características da fração oleosa investigou-se também a capacidade de adsorção do carvão pirolítico através de medidas da área superficial BET, interpretação de isotermas de Freundlich e Langmuir, além do índice de iodo e de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Amostras do resíduo sólido, ativadas com vapor em sistema construído artesanalmente, apresentaram propriedades adsorventes similares às de carvão ativo comercial. Na aplicação de processo físico-químico desenvolveu-se processo de hidrólise ácida, sob pressão, em vaso de teflon, para a geração de glicose e ácido levulínico, que foram quantificados por meio de ensaios PAP Glicose e determinação por LCMS/MS, respectivamente. Os parâmetros de produção, temperatura e tempo, foram ajustados (otimizados) por meio de metodologia de superfície de resposta. Com baixo teor de glicose, o hidrolisado resultante não oferece é adequado para a produção de bioetanol, porém, pode constituir uma fonte de ácido levulínico. O resíduo sólido obtido, nesta etapa, confirmado como lignina por meio de espectroscopia no infravermelho, apresentou maior percentual de lignóis comercializáveis na fração oleosa obtida por pirólise, quando comparado ao bio-óleo obtido diretamente de serragem. No processo biotecnológico, nova fronteira na pesquisa em biorrefinarias, submeteu-se o extrato hidrolisado de serragem à fermentação com leveduras do gênero Candida guilhermondii para a produção de xilitol, sacarídeo de grande aplicação industrial. Pelo exame dos resultados segundo a metodologia de superfície de resposta é flagrante a influência do tempo sobre o processo fermentativo desenvolvido. O máximo teor deste açúcar, determinado por LC-MS/MS, foi alcançado em temperaturas medianas. Os processos desenvolvidos, de maneira geral, mostraram-se eficientes no aproveitamento do resíduo florestal serragem de eucalipto. Os resultados obtidos constituem uma pequena contribuição para a pesquisa na área da conversão da biomassa e seus resíduos, em combustíveis limpos, insumos renováveis e produtos verdes para a química fina, petroquímica e farmacêutica segundo o conceito de biorrefinaria.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A Ãgua de coco à obtida do coco verde e à bastante comercializada no litoral do Brasil, principalmente no Norte e Nordeste do paÃs. Entretanto, seu consumo acarreta no descarte de quantidades expressivas de casca, que inadequadamente recolhida, acaba contribuindo para o aumento da poluiÃÃo e diminuiÃÃo do tempo de vida dos aterros sanitÃrios. Quando devidamente processadas, as cascas podem ser usadas para a obtenÃÃo de produtos de alto valor agregado, tais como a nanocelulose. O objetivo deste trabalho foi propor uma nova abordagem e avaliar os impactos ambientais da obtenÃÃo da nanocelulose da fibra de coco verde (Cocos nucifera), em escala de bancada. Neste estudo, a fibra de coco foi submetida a sete processos totalmente livres de cloro elementar para a extraÃÃo da nanocelulose [moagem, polpaÃÃo acetosolv, branqueamento, hidrÃlise com Ãcido sulfÃrico 30 (v/v) e 60 (m/m) %, hidrÃlise oxidativa com persulfato de amÃnio e ultrassom de alta intensidade]. Considerando o conceito de biorrefinaria, parte da lignina removida da fibra de coco foi isolada como um coproduto do processo e os efluentes avaliados quanto ao potencial de produÃÃo de metano via digestÃo anaerÃbia. A avaliaÃÃo do ciclo de vida (ACV) seguiu as normas NBR-ISO 14040 e NBR ISO 14044. Foram consideradas as seguintes categorias de impacto: mudanÃa climÃtica, acidificaÃÃo do solo, toxicidade humana, eutrofizaÃÃo e depleÃÃo hÃdrica. A nanocelulose obtida via ultrassom de alta intensidade apresentou um elevado rendimento, maior estabilidade tÃrmica e Ãndice de cristalinidade em relaÃÃo aos mÃtodos de hidrÃlise quÃmica. Na anÃlise do inventÃrio foi possÃvel observar que, de um modo geral, o uso do ultrassom de alta potÃncia apresenta tambÃm um melhor desempenho ambiental. TambÃm, foi observado com auxÃlio da ACV, que o uso da lignina como fonte de energia nÃo apresenta diferenÃas ambientais significativas em relaÃÃo ao seu uso como coproduto. A extraÃÃo da nanocelulose desenvolvida neste trabalho apresenta um melhor desempenho ambiental e propriedades superiores ao de outros trabalhos com a fibra de coco, alÃm de oferecer uma alternativa inovadora para a extraÃÃo da lignina e aproveitamento dos efluentes, ou seja, considerando o seu uso como potencial matÃria-prima e nÃo somente a sua destruiÃÃo durante o processo. / Coconut water is obtained from coconut and is fairly traded along the coast of Brazil, mainly in the North and Northeast. However, their consumption entails the disposal of large quantities of bark, which inappropriately collected, therefore contributes to increased pollution and decreased lifespan of landfills. When properly processed, the bark can be used to obtain products with high added value, such as nanocelulose. The aim of this study is to propose a new approach and evaluate the environmental impacts of obtaining nanocellulose of green coconut fiber (Cocos nucifera) on a laboratory scale. In this study, coconut fiber was subjected to seven fully elemental chlorine-free processes for the extraction of nanocelulose [grinding, pulping acetosolv, bleaching, hydrolysis with sulfuric acid 30 (v/v) and 60 % wt oxidative hydrolysis with ammonium persulfate and high intensity ultrasound]. Whereas the concept of biorefinery, part of the lignin removed from the coconut fiber was isolated as a oproduct of the process and effluent evaluated for potential production of methane via anaerobic digestion. A review of life cycle assessment (LCA) followed the NBR ISO-14040 and ISO 14044 the following impact categories were considered: Climate change, soil acidification, human toxicity, eutrophication and water depletion. The nanocellulose obtained via high intensity ultrasound showed a high yield, higher thermal stability and crystallinity index in relation to methods of chemical hydrolysis. In this analysis it was observed that, in general, the use of high power ultrasound has also improved environmental performance. Was also observed with the aid of LCA that use lignin as a source of energy presents no significant environmental differences in relation to its use as a coproduct. The extraction of nanocellulose developed in this paper presents an improved environmental performance and superior to the other works with the coconut fiber properties, while offering an innovative alternative for lignin extraction and utilization of wastewater, ie, considering its use as a potential raw materials and not only its destruction during the process.

De forma sustentável o setor sucroalcooleiro nacional apresenta grande potencial para o desenvolvimento tecnológico de fontes alternativas de energia. A partir das novas concepções de emprego de energias alternativas, o resíduo industrial do processamento da cana-de-açúcar passa a ser uma matéria-prima com grande potencial e valor. De forma ilustrativa da potencialidade deste material, os dados de produção de bagaço de cana e suas aplicações estão destacados na parte introdutória, compreendendo a possível integração das usinas com as biorrefinarias. A utilização do bagaço de cana-de-açúcar como combustível para co-geração de energia atende à necessidade de mercado, sendo que a rentabilidade de energia elétrica é altamente viável. Porém, considerando-se que esta matéria-prima apresenta características peculiares para a biorrefinaria, objetivou-se o fracionamento da biomassa. As metodologias são investigadas por abranger a conversão da biomassa(bagaço e palha de cana-de- açúcar) para uma variedade de produtos de maior valor agregado (energia, biomateriais e produtos químicos). As etapas de fracionamento, ou seja, de pré-tratamentos foram: préhidrólise, deslignificação e branqueamento. A pré-hidrólise apresentou-se seletiva para a remoção das hemiceluloses, já para a etapa de deslignificação, mostrou-se mais seletiva para a remoção de ligninas, embora houvesse grande remoção também das hemiceluloses. Para a etapa de branqueamento, a remoção residual de lignina foi atingida, porém também foi removido celulose. A avaliação das etapas de pré-tratamentos foi realizada pela determinação dos rendimentos de processos, da seletividade reacional, bem como pela quantificação dos produtos e resíduos obtidos. Os materiais obtidos nas etapas de pré-tratamentos foram caracterizados e posteriormente submetidos ao processo de hidrólise ácida. São apresentados os resultados de rendimento de obtenção de glicose a partir de celulose, em base celulose inicial e em base celulose reagida. Na primeira parte, discutiram-se os rendimentos gravimétricos das reações de hidrólise ácida que para o material in natura resultaram em maiores rendimentos de hidrólise. Os maiores rendimentos obtidos no estudo de hidrólise de celulose foram obtidos para substratos derivados do bagaço integral na concentração de ácido de 0,14%. Os resultados da quarta, relativa a obtenção de coprodutos, HMF e furfural revelou a geração de baixas concentrações desses inibidores da fermentação etanólica. De forma conclusiva, a associação dos resultados dos processos de pré-tratamentos com os resultados obtidos nas reações de hidrólise poderá ser empregada para compreender as vantagens e desvantagens de cada etapa, mostrando caminhos para um melhor aproveitamento da biomassa vegetal, em especial o bagaço de cana de açúcar. Considerando-se a produção de etanol de segunda geração, determinaram-se também as quantidades de inibidores de fermentação etanólica. / Sustainably the Brazilian sugarcane sector presents great potential for technological development of alternative sources of energy. From the new concepts of employment of alternative energy sources, industrial waste from processing of sugarcane becomes a raw material with great potential and value. Illustratively of the potential of this material, the production data of sugarcane bagasse and their applications are highlighted in the introductory section, including the possible integration of the sugarcane mills to biorefineries. The utilization of crushed sugarcane as fuel for co-generation of energy meets the market need, and the profitability of electricity is highly feasible. However, considering that this raw material has peculiar characteristics to the biorefinery, this work aimed at the fractionation of biomass. The methodologies are investigated for covering the conversion of biomass (bagasse and straw from sugarcane). For a variety of products with higher added value (energy, biomaterials and chemicals). The steps of fractionation, or pre-treatments were pre-hydrolysis, delignification and bleaching. The pre-hydrolysis showed up selective removal of hemicelluloses. On the other hand, the delignification step was more selective for the removal of lignin, although there was also large removal of hemicelluloses. For the bleaching stage, the removal of residual lignin was achieved, but some cellulose was also removed from the pulps. The evaluation of the pre-treatments steps were performed by determined the yields of the processes, the selectivity and the quantification of the reaction products and wastes obtained. The materials obtained by the pre-treatment steps were characterized and further submitted to acid hydrolysis. It were presented the results of glucose yields of production base on initial cellulose and reacted cellulose. The first part of the work discusses the gravimetric yield of the acid hydrolysis reaction that produced the highest yield for the in natura material. The highest yields obtained in this study of cellulose hydrolysis were obtained for substrates derivates from integral bagasse at acid concentration of 0.14%. The results of the fourth step, concerning the production of HMF and furfural, revealed the production of low concentrations of these inhibitors of ethanol fermentation. Conclusively, the association of the results obtaining in the pre-treatment processes with that ones obtained by the hydrolysis processes can be used to understand the advantages and disadvantages of the individual steps, showing trends towards a better utilization of vegetal biomass, especially crushed sugarcane. In terms of second generation ethanol, it was presented the results of the quantification of potential inhibitors of ethanolic fermentation.

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O processo mais utilizado para a síntese do biodiesel é a transesterificação, gerando ésteres monoalquílicos. Durante a produção do biodiesel, há o surgimento de coprodutos indesejáveis e a presença de residuais de matérias primas não processadas que se encontram dissolvidas ao final da reação. Com isso, se faz necessário que ocorra um processo de tratamento dessas impurezas, constituídas por glicerol livre, sabão, além de conter álcool, catalisador e óleo emulsionado que não foram reagidos durante a produção do biodiesel. Este trabalho visa caracterizar o efluente gerado pelo processo de purificação do biodiesel, além de avaliar alternativas de tratamento deste efluente oleoso utilizando um método biotecnológico. O efluente foi caracterizado pelos parâmetros: pH, turbidez, condutividade, DQO, DBO₅, sólidos totais (fixos, voláteis), sólidos dissolvidos totais, temperatura e teor de óleos e graxas. A lipase utilizada no tratamento do efluente foi produzida originalmente a partir de otimização dos dados obtidos na literatura. O fungo utilizado para a produção da lipase foi o Rhizopus oryzae e os melhores resultados experimentais foram modelados com o emprego do planejamento fatorial, que conteve fonte de carbono (glicerina residual), fonte de nitrogênio (peptona e NaNO₃) e Tween 20 como variáveis do estudo estatístico. A etapa seguinte da pesquisa foi a realização de um novo planejamento fatorial destinado à aplicação dessa lipase visando o tratamento do efluente de biodiesel. Nesse processo, utilizaram-se pH, concentração de goma arábica (solução a 7% m/V) e concentração da lipase como variáveis deste estudo estatístico. Ressalta-se que a remoção do teor de óleos e graxas e DQO do efluente foram avaliadas nesta modelagem estatística. Experimentalmente, foi observado que o efluente coletado apresentava elevado teor de óleos e graxas, DQO e carga orgânica. O planejamento fatorial de produção da lipase constatou que todas as variáveis utilizadas no modelo foram significativas, entretanto, a fonte de carbono foi a que se mostrou a mais importante dentre as demais. A atividade enzimática máxima da lipase obtida foi de 389,62 U.L⁻¹. Com relação ao resultado obtido no planejamento fatorial de aplicação da lipase no tratamento do efluente, foi possível verificar que todas as variáveis foram significativas, porém o volume de solução de goma arábica aplicada foi o mais evidenciado, pelo fato de os ensaios que utilizaram a maior aplicação dessa variável terem obtido os menores resultados de TOG e de DQO em comparação a todo o planejamento, 60 mg.L⁻¹ e 207.783,6 mg.L⁻¹ respectivamente. A melhor condição obtida com o tratamento enzimático no efluente de biodiesel resultou numa eficiência de remoção de DQO e de TOG em 29,4% e 99,2% respectivamente. Esses resultados indicam que o tratamento proposto mesmo obtendo remoções consideráveis de DQO e TOG, ainda não permite o descarte deste efluente tratados no meio ambiente, de acordo com a resolução CONAMA 357/2005. / Biodiesel is produced from vegetable oils or animal fats, alcohol and a catalyst. The most used process for the synthesis of biodiesel is the transesterification, generating monoalkyl esters. During the production of biodiesel, occur the appearance of undesirable coproducts and the presence of residuals of raw materials that are dissolved with the product at the end of the reaction. Therefore, it is necessary to have a process of treatment of these impurities, constituted by free glycerol, soap, besides containing alcohol, catalyst and emulsified oil that were not reacted during the biodiesel production. This work aims to characterize the effluent generated by the biodiesel purification process, besides evaluating alternatives for treatment of this oily effluent using a biotechnological method. The effluent was characterized by: pH, turbidity, conductivity, COD, BOD5, total solids (fixed, volatile), total dissolved solids, temperature and content of oils and greases. The lipase used in the treatment of the effluent was originally produced from optimization of data obtained in the literature. The fungus used to produce lipase was Rhizopus oryzae and the best experimental results were modeled using DOE, using carbon source (residual glycerin), nitrogen source (peptone and NaNO3) and Tween 20 as variables for the Statistical study. The next stage of the research was the realization of a new experimental design for the application of this lipase for the treatment of the biodiesel effluent. In this process, pH, gum arabic concentration (7% w / v solution) and lipase concentration were used as variables in this Statistical study. It should be noted that the removal of the oils and grease content and COD of the effluent were evaluated in this statistical modeling. Experimentally, it was observed that the collected effluent presented high content of oils and greases, COD and organic load. The factorial design of lipase production found that all the variables used in the model were significant, however, the carbon source was the most important of the others. The maximum enzymatic activity of lipase obtained was 389.62 U.L⁻¹. Regarding the results obtained in the factorial design of lipase application in the treatment of the effluent, it was possible to verify that all the variables were significant, but the volume of solution of gum arabic applied was the most evidenced, since the tests that used the largest Application of this variable obtained the lowest TOG and COD results compared to the whole planning, 60 mg.L⁻¹ and 207,783.6 mg.L⁻¹, respectively. The best condition obtained with the enzymatic treatment in the biodiesel effluent resulted in a COD removal and TOG removal efficiency of 29.4% and 99.2%, respectively. These results indicate that the proposed treatment, even obtaining considerable removals of COD and TOG, still does not allow the disposal of this effluent treated in the environment, according to CONAMA Resolution 357/2005.