A geração de energia elétrica a partir de bagaço de cana-de-açúcar representa 6,97% da capacidade total instalada no Brasil, equivalendo a terceira maior fonte de geração de energia brasileira, atrás da geração hídrica (61,17%) e gás natural (8,50%), segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2016b). O bagaço de cana-de-açúcar tem se tornado um grande ativo das usinas sucroalcooleiras por sua capacidade de transformação energética através da queima em caldeiras, produzindo vapor para o processo produtivo e alimentando processos térmicos para geração de energia elétrica. Assim, cada vez mais buscam-se alternativas de eficiência produtiva, de maneira a economizar bagaço visando prolongar o período de geração na entressafra, quando não há produção de cana-de-açúcar. O objetivo da presente pesquisa é avaliar e redução de consumo de bagaço a partir da inserção de sistemas heliotérmicos (CSP em inglês Concentration Solar Power) de torre em usinas sucroalcooleiras. Para tanto simulou-se no software SAM® um sistema de geração de energia solar heliotérmica de torre, tomando como base dados de geração de energia em um ano típico de uma usina sucroalcooleira do interior do estado de São Paulo, paralelamente com os dados de radiação solar da mesma região onde a usina está instalada. Através da simulação da integração das tecnologias e geração de energia advinda do sistema solar projetado, analisou-se o potencial de redução do consumo de bagaço de cana durante o período estudado. / The generation of electric from sugarcane bagasse represents 6.97% of the total capacity installed in Brazil, accounting for the third largest source of Brazilian energy generation, behind hidraulic generation (61.17%) and gas (8.50%), according to the National Electric Energy Agency (ANEEL, 2016). Sugarcane bagasse has become a major asset of sugarcane mills due to its capacity for energy transformation through burning in boilers, producing steam for the production process and fueling thermal processes for the generation of electric energy. Thus, more and more alternatives are sought for productive efficiency, in order to save bagasse to prolong the generation period in the off season, when there is no sugar cane production. The goal of the present research is to evaluate and reduce bagasse consumption from the insertion of tower solarization (CSP) in sugarcane plants. In order to do so, a solar heliothermic solar tower generation system was simulated in the SAM software, based on data from the generation of energy in a typical year of a sugar-alcohol plant in the interior of the state of São Paulo, in parallel with the radiation data in the same region where the plant is installed. Through the simulation of the integration of the technologies and generation of energy coming from the projected solar system, was calculated the potential of reducing the consumption of sugarcane bagasse during the studied period was analyzed.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de H2 a partir de diferentes substratos orgânicos da indústria sucroalcooleira, como caldo, melaço e vinhaça da cana-de-açúcar, incluindo a sacarose como uma fonte de carbono sintética. Foram utilizados quatro reatores anaeróbios de leito fluidificado, sendo reator mesofílico caldo (RMC), reator mesofílico melaço (RMM), reator mesofílico sacarose (RMS) e reator mesofílico vinhaça (RMV) mantidos em condição mesofílica (30 ºC) e em concentrações iniciais no substrato de alimentação de 5 gDQO. L-1. O pH do reatores foi mantido entre 4 e 5, os tempos de detenção hidráulica (TDH) empregados foram de 8, 6, 4, 2 e 1 h e a inoculação foi através de um lodo proveniente de um abatedouro de aves, que sofreu tratamento térmico. Em RMC o rendimento de H2 (HY) máximo obtido foi de 1,2 mol H2. mol sacarose-1, ocorrido no TDH de 8 h. O reator (RMM) apresentou um melhor consumo de substrato atingindo um HY de 1,4 mol H2. mol sacarose-1, observado no TDH de 4 h. RMS apresentou o melhor HY em relação aos demais reatores atingindo 3,3 mol H2. mol sacarose-1 no TDH de 6 h. A melhor produção volumétrica de H2 (PVH) obtida foi observada no RMS, onde no TDH de 2 h o reator atingiu 11 L H2. L-1. D-1. RMV, que utilizou vinhaça que passou por tratamento físico-químico através da adição de óxido de cálcio, não apresentou produção de H2. Dentre os principais produtos metabólitos solúveis observados nos reatores durante a operação houve predominância nas concentrações de ácido acético, butírico, isobutírico, propiônico, e succínico, em RMM. No RMC observaram-se maiores concentrações de ácido acético, butírico, lático e propiônico. RMV apresentou predominância de ácido acético, succínico, propiônico e butírico. Em RMS as maiores concentrações foram de ácido propiônico, acético, isobutírico, butírico e etanol. / This study aimed to evaluate the production of H2 from different organic substrates sugar industry, like juice, molasses and vinasse from cane sugar, including sucrose as a source of synthetic carbon. four anaerobic fluidized bed were used, mesophilic broth reactor (RMC), mesophilic molasses reactor (RMM), reactor mesophilic sucrose RMS) and reactor mesophilic vinasse (RMV) maintained at mesophilic condition (30ºC) and at initial concentrations feed substrate 5 gCOD. L-1. The pH of the reactor was kept between 4 and 5, the hydraulic detention time (HDT) used were 8, 6, 4, 2 and 1 h and the inoculation through a sludge from a poultry slaughterhouse, which underwent heat treatment. In MRC H2 yield (HY) maximum obtained was 1.2 mol H2. mol sucrose-1, occurred in HRT of 8 h. The reactor (RMM) showed a better substrate consumption reaching a HY 1.4 mol H2. mol-1 sucrose, HDT observed in 4 h. RMS presented the best HY compared to other reactors reaching 3.3 mol H2. mol-1 sucrose in HRT of 6 h. The best volumetric H2 production (PVH) obtained was observed in the RMS where the TDH 2 h the reactor reached 11 L H2. L-1. D-1. RMV that used vinasse which has undergone physical-chemical treatment by adding calcium oxide, showed no H2 production. Among the main products soluble metabolites observed in the reactors during operation predominated in acetic acid concentrations, butyric, isobutyric, propionic, and succinic in RMM. In MRC were observed higher concentrations of acetic, butyric, lactic and propionic acid. RMV showed predominantly acetic, succinic, propionic and butyric acid. RMS higher concentrations were propionic acid, acetic, isobutyric, butyric acid and ethanol.

O presente trabalho teve como objetivo determinar a digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS) e matéria orgânica (DIVMO) e as degradabilidades in situ (DIS) da matéria seca (MS), matéria orgânica (MO), fibra em detergente neutro (FDN) e fibra em detergente neutro (FDA) da cana-de-açúcar in natura (CF) e ensilada (SC), bem como da silagem de milho em diferentes ambientes ruminais, utilizando a técnica in situ macro-bag. Para a DIVMS, DIVMO e a degradabilidade in situ foram utilizadas duas vacas não lactantes com peso médio de 450 kg. As rações fornecidas aos animais foram formuladas de maneira a se obter diferentes ambientes ruminais, através da inclusão de diferentes volumosos: CF ou SC. A DIS da MS, MO, FDN e FDA da CF, SC e SM foram avaliadas utilizando-se sacos com porosidade de 50 µm, com medidas de 20 x 40 cm (macro-bag), sendo os volumosos incubados sem prévio processamento (secagem e moagem) nos horários 0, 12, 24, 48, 72, 96 horas. Os tratamentos consistiram de um arranjo hierárquico 3x2 (três volumosos dentro de dois ambientes ruminais) com medidas repetidas nos mesmos animais. Foram também colhidas amostras de fluído ruminal para a avaliação do ambiente ruminal resultante de cada ração experimental, com base na determinação do pH, nitrogênio amoniacal (N-NH3) e concentração dos ácidos graxos de cadeia curta (AGCC). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com medidas repetidas no tempo. Diferenças significativas foram observadas para a concentração molar total dos AGCC nos diferentes tratamentos (P<0,05). O horário de colheita afetou significativamente a concentração molar do ácido acético, total dos AGCC, e o pH ruminal. Foram observadas diferenças significativas (P<0,05) para as frações solúveis (A), potencialmente degradáveis (B), não degradáveis (C) e degradação potencial (DP) da MS dos volumosos avaliados nos diferentes ambientes ruminais. As variáveis de degradação da MO foram afetadas de forma significativa pelos tratamentos (P<0,05), exceto para a taxa de degradação (c%/h), cuja média foi de 2,1%/h. Diferenças significativas (P<0,05) foram observadas para a FDN e FDA, apenas para a fração A dos alimentos incubados nos diferentes ambientes ruminais com médias de 9,11 e 2,66%, respectivamente. Os inóculos utilizados para o ensaio da digestibilidade in vitro foram colhidos dos animais alimentados com as rações para obter os diferentes ambientes ruminais. Os resultados demonstram que as digestibilidades in vitro da CF, SC e SM foram maiores (60,82; 68,36 e 71,79%, respectivamente) quando inoculados no ambiente referente à SC aditivada com Lactobacillus buchneri comparando com o ambiente composto pela CF (53,90; 54,54 e 62,02%). De modo geral, o ambiente ruminal resultante do fornecimento de rações contendo SC foi benéfico à degradabilidade e à digestibilidade dos alimentos estudados. A técnica in situ macro-bag pode ser utilizada para o estudo das frações A, B e C, assim como para a estimativa da DP e efetiva da CF, SC e SM. / The objectives of this study were to determine the in vitro dry matter (DMIVD) and organic matter (OMIVD) digestibilities and in situ degradability (ISD) of dry matter (DM), organic matter (OM), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) of green chopped sugar cane (GCSC) or sugar cane silage (SCS), as well as corn silage (CS) under different ruminal conditions. For in vitro digestibility and in situ degradability trials, two dry Holstein cows were used (live weight of 450 kg). Diets were formulated to obtain different ruminal conditions by inclusion of two forage sources: GCSC or SCS. The ISD of DM, OM, NDF and ADF were evaluated by using 20 x 40 cm nylon bags (macro-bags), with 50 ?m of porosity. Forages sources were incubated without previous sample processing (drying and grounding) during 0, 12, 24, 48, 72 and 96h. Treatments consisted of a 3x2 hierarchy design (three forages and two ruminal conditions), with repeated measurements in both animals. Rumen fluid sample were taken to evaluate ruminal parameters regarding of each experimental diet, based on pH, ammonia-N (NNH3) and short chain fatty acids (SCFA). The experimental design was a randomized block with time-measurements sampling. Treatments had a significant effect (P<0.05) on the total SCFA molar concentrations. Sampling time affected significantly the molar concentrations of acetic acid and total SCFA, and the ruminal pH. Differences were also observed (P<0.05) for the soluble fraction (A), potentially degradable fraction (B), undegradable fraction (C) and potentially DM degradability (PD) of forages sources evaluated under different ruminal conditions. Organic matter degradability variables were also significantly affected by treatments (P<0.05), except for the degradation rate (%/h), which averaged 2.1%/h. Significant differences (P<0.05) were observed for NDF and ADF only in A fraction of both forages sources under different ruminal conditions, with mean values of 9.11 and 2.66%, respectively. The inocula used for the in vitro digestibility trial were collected from the animals fed with the experimental rations in order to achieve the different ruminal conditions, aiming to different ruminal conditions. The in vitro digestibilities of GCSC, SCS and CS were higher (60.82; 68.36 e 71.79, respectively) when inoculated in the ruminal conditions containing SCS added with Lactobacillus buchneri (SCS), as compared to GCSC (53.90; 54.54 e 62.02%). In conclusion, for the in situ as well for the in vitro trial, the SCS ration resulted in improved ruminal condition for the degradability and digestibility of the evaluated forages. The macro-bag protocol might be used for the A, B and C fractions studies, as welll as for the potential and effective degradability estimation of GCSC, SCS and CS.

Orientadores: Ricardo Aparicio, Marcelo Menossi Teixeira / Dissertação (mestrado) - Universidade Esstadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T12:36:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kiyota_Eduardo_M.pdf: 3864663 bytes, checksum: fb929727fccb0492142f162a1eca404e (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Os fatores de transcrição do tipo bZIP estão presentes em organismos eucariotos e estão envolvidos na regulação da expressão gênica e no controle de muitos processos intracelulares. Esses fatores se ligam a seqüências específicas no DNA e são capazes de reconhecer seqüências reguladoras no promotor de um gene. As bZIPs são caracterizadas por uma região conservada rica em resíduos de aminoácidos básicos, e um zíper de leucinas, que possui repetições de uma seqüência de aminoácidos hidrofóbicos onde há uma leucina que ocupa a mesma posição a cada 7 resíduos. Estudos estruturais com bZIPs mostraram que essas proteinas enovelam-se na forma de uma extensa hélice-a e são capazes de formar dímeros através de um arranjo do tipo coiled- coil. Neste trabalho, a parte correspondente à região básica e ao zíper de leucinas de duas bZIPs, SCF5 e SCF12 de cana-de-açúcar, pertencentes a sub-famílias diferentes, foram clonadas, expressas e purificadas para estudos estruturais. O DNA correspondente a SCF12 foi clonado em pET28a e a proteína recombinante foi produzida em E. coli BL21 (DE3) pRil. A SCF12 purificada por cromatografia de afinidade (IMAC) teve sua estrutura secundária caracterizada por dicroísmo circular. A SCF5, clonada em pET3C e expressa em E. coli BL21 (DE3) pLysS foi purificada por cromatografia de troca catiônica. Cristais de um complexo da proteína ligada a uma seqüência de DNA de 24 pares de bases foram obtidos mas não exibiram qualidade suficiente para permitir a determinação da estrutura cristalográfica. Entretanto, foi possível obter um modelo do complexo a partir de experimentos de espalhamento de Raios X a baixos ângulos (SAXS, do inglês Small Angle X-Ray Scattering) em solução, e interpreta-lo à luz de estruturas de homólogas já conhecidas. / Abstract: The bZIP transcription factors are present in eukaryotic organisms and are involved in the regulation of gene expression and many intracellular processes. These factors bind specific DNA sequences and are able to recognize regulatory sequences of a gene promoter. The bZIPs are characterized by a conserved region rich in basic amino acid residues as well as by having the leucine zipper region, which possess a sequence of hydrophobic residues where there are leucines every seventh amino acids. Structural studies have shown that bZIP-folding is alpha-helical and these proteins are capable of dimmer formation via coiled-coil arrangement. In this work, the basic region and the leucine zipper of two sugarcane bZIPs, SCF12 and SCF5, belonged to two different bZIP-families were cloned, expressed and purified for structural studies. The corresponding SCF12 DNA was cloned into pET28a expression vector and the protein was produced in E. coli BL21 (DE3) pRil cells. SCF12 protein was purified by affinity chromatography (IMAC) and had its secondary structure characterized by CD. SCF5, cloned into pET3c and expressed in E. coli BL21 (DE3) pLysS was purified by cation exchange chromatography. Crystals of a complex formed by SCF5 protein and a 24-base-pair DNA sequence were obtained but unfortunately with quality insufficient for crystallographic structure determination. However, it was possible to obtain a model of the analyzed complex applying Small Angle X-ray Scattering (SAXS) technique by protein homologous structure comparison. / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancoJacome_DiegoLuis_M.pdf: 6974773 bytes, checksum: 66b68efde995c3ab7c55a3d28e15cc19 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A cadeia produtiva da cana-de-açúcar tem focado grande interesse no aproveitamento integral dos seus principais subprodutos: a palha e o bagaço (sendo a palha constituída das porções foliares e ponteiras da cana-de-açúcar). Isto tem sido feito através da mudança das rotas produtivas, onde o bagaço será utilizado para a produção de etanol de segunda geração e a palha como substituta do bagaço nas caldeiras de geração de vapor. Atualmente a palha não está consolidada como combustível e, portanto, seu comportamento nos geradores de vapor permanece desconhecido. Sabendo que as incrustações devido à fusão das cinzas durante a combustão de combustíveis sólidos representa um dos maiores problemas na operação dos equipamentos de geração de vapor, neste trabalho, foi caracterizada a palha de cana como combustível a fim de prever seu possível comportamento em caldeiras industriais. Amostras de palha de cana-de-açúcar foram recolhidas em duas condições: diretamente da planta e recolhida no solo após a colheita mecanizada. Foram estudados e analisados os comportamentos das cinzas da palha integral e seus componentes (pontas, folhas verdes e folhas secas), por meio das técnicas de análise térmica simultânea (STA) e da espectrometria de energia dispersiva (EDS). Desta forma, foram identificadas temperaturas de evaporação e a composição dos principais constituintes voláteis das cinzas, representados por uma reação endotérmica com perda de massa. Igualmente, a temperatura de fusão foi detectada como reação endotérmica sem envolver perdas de massa. As análises apresentaram composição e comportamentos diferentes para cada um dos componentes da palha baseados principalmente no teor de metais álcali, cloro e das temperaturas de preparação das cinzas prévias às análises. Neste sentido, as porções correspondentes às pontas e folha verdes da cana-de-açúcar, apresentaram impactos relacionados com incrustações (fouling/slagging) superiores às de folhas secas e palha integral. Baseados nos resultados obtidos a palha de cana-de-açúcar perfila-se como uma possível biomassa substituta ao bagaço nas caldeiras de geração industriais / Abstract: The sugarcane supply chain has lately placed great interest on the comprehensive use of its main by-products: straw and bagasse (the straw constituted by leaves and tops). By changing the production routes, sugarcane bagasse will be used as an energy source for the production of second generation ethanol and straw will substitute bagasse in steam generators. However, sugarcane straw is not currently used as fuel; therefore, its behavior in industrial boilers remains unknown. Slagging and fouling depositions due to fly ash melting within the boiler during combustion of solid fuel represents one of the most significant issues in the operation and maintenance of steam generation equipment. The main objective of this work was to characterize sugarcane straw as a fuel in order to predict its performance in industrial boilers. Samples of straw were collected in two different conditions: directly from the plant and off the field after mechanized harvest. The behavior of the ashes produced at different temperatures (575°C, 785°C and 985/950/850°C) from the integral sugarcane straw and its individual components (tops, dry leaves and green leaves) were analyzed by simultaneous thermal analysis (STA) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Evaporation temperature and composition of the main volatile constituents of ashes formed, represented by an endothermic reaction involving changes in mass were identified. Also, fusion temperature was determined to be an endothermic reaction without mass loss. Results showed different elemental compositions and behaviors of ashes for each constituent of sugarcane straw, mainly based on alkali and chlorine percentage, and ashing temperature. In this regard, the fractions corresponding to sugarcane tops and green leaves showed major impacts on slagging and fouling depositions compared to dry leaves and raw straw fraction possibly due to its high levels of potassium and chlorine. Based on the results obtained from this research, sugarcane straw is profiled as an excellent substitute biomass for bagasse in industrial steam generation boilers, instead of being burned as a pre-harvest technique / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a fermentabilidade do hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino, visando a produção de etanol por leveduras. Inicialmente, o bagaço de cana foi pré-tratado com sulfito alcalino para remover parcialmente a lignina e alterar a estrutura da celulose e hemicelulose. Os efeitos deste pré-tratamento foram avaliados em termos da composição química dos materiais obtidos: um material lavado (BPL) e outro não lavado (BPNL) após tratamento. A digestibilidade enzimática dos materiais obtidos foi testada empregando dois extratos enzimáticos comercias e 3 cargas de enzimas, de acordo com um planejamento experimental 22. A partir destes resultados foi selecionado o extrato Cellubrix suplementado com ?-glicosidase na carga de 18 FPU/g de biomassa, e nesta condição os rendimentos de conversão de celulose e xilana foram cerca de 70% e 65%, respectivamente. Os hidrolisados enzimáticos do BPL e BPNL porém suplementados com nutrientes (2,0 g/L de (NH4)2SO4, 1,0 g/L de KH2PO4, 0,3 g/L de MgSO4.7H2O, 5,0 g/L de extrato de levedura), e avaliados quanto a produção de etanol por K. marxianus Y-6860 a 40°C. Os resultados mostraram que a levedura produziu etanol apenas a partir de glicose, e os parâmetros fermentativos obtidos com o hidrolisado BPNL QP = 3,7 g/L.h e YP/S = 0,40 g/g foram 20 e 5%, respectivamente superior ao BPL. O hidrolisado enzimático do BPNL foi então selecionado, para avaliar o efeito da suplementação nutricional nos parâmetros fermentativos da levedura K. marxianus Y-6860, em três temperaturas diferentes (30, 35 e 40°C) de acordo com um planejamento experimental 22. Para efeito de comparação, foi também avaliada a fermentabilidade do hidrolisado BPNL pelas leveduras S. cerevisiae PE-2 e S. stipitis Y-7124. Os resultados mostraram que para as três leveduras estudadas, os valores dos parâmetros fermentativos, foram favorecidos a 30 °C na presença nutrientes. Nesta condição, as leveduras apresentaram valores de YP/S similares (~ 0,48 g/g), em quanto que o QP foi de 3,25; 2,17 e 0,95 g/L.h para K. marxianus, S. cerevisiae e S. stipitis, respectivamente. Ressalta-se ainda que nesta condição, a S. stipitis Y-7124 foi a única levedura, capaz de consumir completamente ambos os açúcares (glicose + xilose) e produzir uma concentração de etanol 46% maior comparado as outras leveduras. Foi avaliado também a fermentabilidade das três leveduras no hidrolisado enzimático BPNL com alta concentração de glicose (100 g/L), nas condições anteriormente selecionadas. Os resultados mostraram que, as três leveduras apresentaram potencial para produção de etanol a partir da glicose, com uma eficiência de conversão de etanol superior a 70%, no entanto deveriam se implementar estratégias para estimular o consumo de xilose. Com os resultados do presente trabalho se pode concluir que o hidrolisado enzimático do bagaço de cana pré-tratado com sulfito alcalino suplementado com nutrientes, é um meio com grande potencial para a produção de etanol com características favoráveis para ser eficientemente fermentado por diferentes espécies de leveduras. / The present work had the objective to evaluate the fermentability of the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pre-treated with alkali sulfite process, aiming the ethanol production by yeasts. Initially, sugarcane bagasse was pretreated with alkaline sulfite process to remove lignin partially. The effects of this pre-treatment, were evaluated in the chemical composition of the materials: one material washed after treatment (WB) and another unwashed material (UWB). The enzymatic digestibility of the obtained materials was tested using two commercial enzymatic extracts and three enzyme loads according to an experimental design 22. From these results, the Cellubrix extract supplemented with ?-glucosidase, was selected in the load of 18 FPU/g of biomass, in this condition the cellulose and xylan conversion yields were about 70% and 65%, respectively. The enzymatic hydrolysates of WB and UWB supplemented with nutrients (2,0 g/L (NH4)2 SO4, 1,0 g/L KH2 PO4, 0,3 g/L MgSO4 .7H2O, 5,0 g/L yeast extract), were evaluated for ethanol production by K. marxianus Y-6860 at 40°C. The results showed that the yeast produced ethanol only from glucose, and the fermentative parameters obtained with the UWB hydrolyzate QP= 3,7 g/L.h and YP/S= 0,40 g/g, were 20 and 5% respectively higher to WB. The UWB hydrolyzate, was selected to evaluate the effect of nutritional supplementation, in the fermentative parameters of K. marxianus, at three different temperatures (30, 35 and 40°C) according to an experimental design 22. For comparison, were also evaluated fermentability of S. cerevisiae PE-2 and S. stipitis Y-7124 in the hydrolyzate. In the three yeasts, the results showed that the values of the fermentative parameters, are favored when the hydrolyzate is supplemented with nutrients to 30°C. In this condition , yeasts showed similar YP/S value (~0,48 g/g), whereas the QP was of 3,25; 2,17 and 0,95 g/L.h for K. marxianus, S. cerevisiae and S. stipitis, respectively. It is also worth noting that in this condition S. stipitis was the only yeast able to completely consume both sugars (glucose+xylose) and produce a concentration of ethanol of 46% higher than other yeasts. In the previously selected condition, the fermentability of the hydrolyzate with high glucose concentration (100 g/L) was also evaluated. The results showed that the three yeasts presented potential for the production of ethanol from glucose, with an ethanol efficiency of over 70%, however strategies should be implemented to stimulate the consumption of xylose. With the results of the present work it can be concluded that the enzymatic hydrolyzate of sugar cane bagasse pretreated with alkaline sulfite process supplemented with nutrients is a medium with great potential for the production of ethanol with characteristics favorable to be efficiently fermented by different species of yeasts.

Des 85 000 hectares de terres agricoles à l’île Maurice, prés de 85% est occupé par la canne à sucre, le reste étant composé de maraîchage et des cultures fruitières. Pour assurer sa pérennité et sa viabilité économique à long terme, l’industrie cannière s’appuie dans son programme de réforme sur une revalorisation de ses sous produits en développant une industrie d’éthanol à partir de la mélasse et en utilisant plus efficacement la bagasse durant la période de récolte pour produire l’électricité. Cependant ces deux filières génèrent beaucoup de déchets (400 000 T/an de vinasse durant la distillation d’éthanol, et 40 000 T/an de la cendre de charbon/bagasse durant la production d’énergie électrique), qu’il faudrait valoriser et gérer avec le moins d’effet néfaste possible sur l’environnement. Parmi les moyens disponibles pour la gestion de ces déchets, le recyclage agricole semble être le plus attrayant du point de vue agronomique et également sous l’aspect de protection de l’environnement. Dans ce contexte pour valider cette pratique de recyclage agricole à l’Île Maurice, une étude a été entreprise pour connaître les effets de l’épandage de fortes doses de vinasse et des cendres de bagasse/charbon sur les sols, la culture de la canne à sucre et sur la qualité des ressources en eau. L’analyse de la vinasse et de la cendre de charbon et de bagasse échantillonnées à intervalle régulier de trois mois entre 2005 et 2008 a montré que leur composition chimique est très variable. Néanmoins la caractérisation de la vinasse a confirmé qu’avec sa teneur en K (moyenne de 9.37 g/L), elle est utile principalement comme engrais potassique quoiqu’à un taux de 100 m3/ha son apport en termes d’azote (moyenne de 122 kg N/ha) et en matière organique (8-15% de matière sèche) sera aussi appréciable. Des métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb) étaient également présents dans la vinasse mais leurs concentrations étaient négligeables et ne dépassaient souvent pas la limite de détection du spectrophotomètre d’absorption atomique utilisé pour la mesure (5 mg/kg pour le Cu, Zn, Ni, Pb, 10 mg/Kg pour le Mn) A l’opposé de la vinasse qui est acide (pH de 4.5 en moyenne), la cendre de bagasse ou de charbon possède un pH alcalin variant entre 7.5 à 11.5, et peut de ce fait, être utilisée comme amendement pour corriger l’acidité dans les sols. Appliquée à un taux de 100 T/ha, la cendre de charbon représenterait une source importante de potassium (moyenne de 139 kg K/ha) et surtout de phosphore (moyenne de 298 kg P/ha) à la canne à sucre. Contenant très peu de métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb et Hg) et en général pas de micropolluants organiques, la cendre de charbon ne risque pas d’accentuer la présence de ces polluants organiques ou inorganiques dans le sol, dans la canne à sucre ou dans la nappe phréatique. Les études au laboratoire ont par contre démontré que la cendre de bagasse/charbon était capable de fortement immobiliser par adsorption, les herbicides atrazine et hexazinone avec des valeurs de Km (coefficients de sorption) de 0.13 pour atrazine et 0.32 pour hexazinone, rendant minime le risque de transfert de ces herbicides vers la nappe souterraine. Les analyses de sol ont confirmé que l’apport de la vinasse baissait le pH (de 5.9 à 5.4 en moyenne), mais cette baisse n’était que temporaire et pas assez significative pour affecter la croissance de la canne. Le pH du sol retournait à sa valeur initiale peu de temps après l’épandage de 100 m3/ha de la vinasse. La cendre de charbon avait eu un effet inverse en augmentant le pH du sol quoique cette hausse ne fût également pas significative pour la culture de la canne. Epandues à 100 m3/ha et à 100 T/ha la vinasse et la cendre de charbon, respectivement, avaient tendance à hausser la salinité du sol qui restait toutefois bien en dessous du seuil de 1700 RS/cm acceptable pour la culture de la canne à sucre. Si la vinasse à 100 m3/ha augmentait le carbone organique dans certains sols, tel ne fut cependant pas le cas pour la cendre de charbon à 100 T/ha. La vinasse comme la cendre de charbon avait un effet positif sur le niveau de calcium et de magnésium échangeables dans le sol. Ainsi à 100 T/ha la cendre de charbon augmentait dans le sol de Pamplemousses le Ca échangeable de 3.40 à 6.61 cmol+/kg après 12 mois, tandis que durant cette même période la vinasse à 100 m3/ha, et malgré sa forte teneur en potassium, portait le Ca échangeable de 1.66 à 1.83 cmol+/kg dans le sol de Union Park. Les essais aux champs établis dans quatre localités avec des doses croissantes de vinasse (25, 50 et 100 m3/ha) ont montré que le rendement de la canne à sucre que ce soit sous forme de canne ou de sucre n’était pas affecté de façon négative par ce déchet. Au contraire les résultats obtenus durant les trois années d’étude, qui ont permis de récolter une canne vierge et deux repousses, ont démontré que la vinasse avait donné un meilleur rendement en canne (moyenne de 84.9 T/ha annuellement pour les quatre sites) que le traitement recevant NPK uniquement sous forme d’engrais minéraux (moyenne de 77.3 T/ha annuellement pour les quatre sites). Puisque tous les traitements avaient reçu le même taux d’azote et de phosphate, ce rendement plus élevé de la vinasse était A part une meilleure nutrition potassique, probablement dû à une amélioration de la qualité du sol grâce aux matières organiques apportées par la vinasse. D’autre part, la cendre de charbon à 100 T/ha était définitivement néfaste à la canne à sucre comme indiqué par le rendement en canne plus faible (moyenne de 67.5 T/ha annuellement pour les quatre sites). A 50 T/ha, l’effet de la cendre de charbon sur le rendement dépendait du type de sol, étant plus affecté dans les sols lessivés comme à Belle Rive que dans les sols moins lessivés de la zone sous humide comme à Pamplemousses. En raison de leur faible teneur en métaux lourds, la vinasse aussi bien que la cendre de charbon n’ont pas d’effet sur la concentration des métaux lourds présents dans la canne à sucre. Pour connaître l’effet de l’épandage de 100 m3/ha de vinasse et de 100 T/ha de cendre de bagasse sur la qualité des eaux souterraines, l’eau percolant après chaque grosse pluie à un mètre de profondeur sous des lysimètres établis sur deux sites avec une pluviométrie différente (1500 mm/an à Réduit et plus de 3500 mm/an à Belle Rive) avait été recueillie et analysée durant la période 2005 à 2008. Les résultats ont montré que la vinasse à 100 m3/ha n’accentuait pas les pertes d’azote sous forme de nitrate. Les métaux lourds les plus mobiles en l’occurrence le cuivre, le zinc et le nickel ont également été retrouvés dans les percolâts mais leurs teneurs restaient bien en dessous des seuils recommandés pour l’eau potable préconisé par l’Organisation Mondiale de la Santé , c'est-à-dire, 1mg Cu/L, 5mg Zn/L et 0.02 mg Ni/L. Les résultats de quenching de fluorescence de la matière organique dissoute de la vinasse et de ses fractions (issues de la dialyse) avec le cuivre ont confirmé une bonne complexation entre cette matière organique dissoute et le cuivre. La cendre de bagasse n’avait pas engendré une présence plus prononcée des métaux lourds et des micropolluants organiques dans les eaux drainant à un mètre de profondeur des lysimètres. La seule différence remarquée entre la vinasse et la cendre de bagasse, était une capacité accrue de cette dernière à mobiliser le nitrate dans le sol. Ainsi suite à l’apport de 100 T/ha de cendre de bagasse, la concentration du nitrate dans les percolâts avait durant la période de novembre 2005 à février 2008 dépassé en de nombreuses occasions à Belle Rive et Réduit respectivement, le seuil de 10 mg N-NO3- /L recommandé pour l’eau potable par l’Organisation Mondiale de la Santé. En conclusion, cette étude a donné des résultats forts intéressants et valables qui indiquent que si l’épandage des fortes doses de vinasse peut être accepté, celle de la cendre de charbon est à éviter puisqu’elle n’est pas sans conséquence nuisible pour les sols ou les cultures et même les eaux souterraines. En effet, les fortes doses de cendre de charbon dans les champs de canne à l’île Maurice, conduiraient à une baisse de production et à une pollution plus accentuée de la nappe souterraine par le nitrate / Of the 85 000 hectares of arable land in Mauritius, sugar cane occupies some 85% of that area, the remainder is made up mostly of vegetables and fruit trees. To ensure its economic viability and long term sustanainability, the sugar cane industry through a reform program is striving to add value to its by-products by producing ethanol from molasses and by optimizing energy production from bagasse during the harvest season. However these two avenues generate considerable wastes (400 000 T/yr of vinasse during ethanol distillation and 40 000 T/yr of coal/bagasse ash during the production of electricity), which have to be judiciously disposed of with a minimum of risk to the environment. Among the disposal means for these wastes, the application of vinasse and coal/bagasse ash to agricultural land is believed to represent the most sensible economic option from both the agronomic and environmental point of view. In this context before recommending elimination of the wastes through disposal on agricultural lands, a study has been conducted to determine the effects of high doses of vinasse and coal/bagasse ash on soil quality, on the sugar cane plant and on groundwater quality. Analyses of vinasse samples collected at regular intervals of three months during 2005 to 2008 showed that its chemical composition was very variable. However these analyses also showed that as vinasse contained on average 9.37 g/L of K, its fertilization value was mostly as a source of potassium. Nevertheless at an application rate of 100 m3/ha vinasse, it can in addition represent a significant source of N (average of 122 kg N/ha) and of organic matter (average of 8-15 % dry matter). Vinasse also contained heavy metals (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb) but their concentrations were negligible and were well below the detection limit of the atomic absorption spectrophotometer (5 mg/kg for Cu, Zn, Ni, Pb and 10mg/kg for Mn). As opposed to vinasse which is acidic in nature (an average pH of 4.5), coal or bagasse ash is alkaline with a pH varying between 7.5 and 11.5 and can therefore be used to amend soil acidity. When applied at 100 T/ha coal ash would represent a significant source of potassium (average of 139 kg K/ha) and of phosphorus (average of 298 kg P/ha) to the sugar cane crop. Due to its low contents of heavy metals (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb, and Hg) and to the absence of organic micro pollutants, coal ash is unlikely to enhance the levels of these contaminants in the soil, in the sugar cane crop or in the groundwater. Laboratory studies had demonstrated that coal and bagasse ash were able to strongly adsorb the herbicides atrazine and hexazinone with a sorption coefficient (km) of 0.13 for atrazine and 0.32 for hexazinone. They would thereby act to decrease the movement of these herbicides to groundwater. Analyses of the soils at the study sites showed that the application of vinasse lowered soil pH from an average of 5.9 to 5.4, but this decrease was only temporary and was not significant enough to affect sugar cane growth. In fact the soil pH returned to its initial value shortly after the application of the 100 m3/ha vinasse. On the other hand, coal ash raised soil pH but this rise in pH was likewise not significant to crop growth. Vinasse and coal ash applied at the high rates of 100 m3/ha and 100 T/ha respectively raised the electrical conductivity of the soil, but in spite of this increase, the electrical conductivity remained below the threshold value of 1700 RS/cm recommended for sugar cane. Furthermore if an application rate of 100 m3/ha of vinasse did increase the organic carbon content of certain soils, it was not observed with coal ash at 100 T/ha. Both vinasse and coal ash improved the level of exchangeable calcium and magnesium in the soils. Thus, 12 months after its application at 100 T/ha coal ash raised the level of exchangeable calcium from 3.40 to 6.61 cmol+/kg in the soil at Pamplemousses, whereas during that same period with vinasse at 100 m3/ha, the level of exchangeable calcium rose only from 1.66 to 1.83 cmol+/kg at Union Park, despite the high K content of the vinasse. Field trials laid down in four different agroclimatic zones provided evidence that increasing application rates of vinasse (25, 50 and 100 m3/ha) did not affect cane or sugar yield. On the contrary, results obtained during the three year study period which covered a plant cane crop and two ratoons, had shown that vinasse gave a higher cane yield (an average of 84.9 T/ha/yr for the four sites) than NPK fertilizers alone (an average of 77.3 T/ha/yr for the four sites). As all the treatment plots received the same rate of N and P, this increase in cane yield was in all probability due to a better K nutrition as well as to an improvement in soil organic matter status brought about by the vinasse. On the other hand, coal ash at 100 T/ha definitely impaired cane yield (an average of 67.5 T/ha/yr for the four sites). When it was applied at 50 T/ha, the effect of coal ash on yield was dependent on soil type, being more severe in the highly leached soils of the super humid region at Belle Rive, and less damaging in the soils having undergone less leaching in the humid region of Pamplemousses. Additionally because of their low heavy metal concentrations, vinasse as well as coal ash did not increase the heavy metal contents in the sugar cane plant. To determine the effects of spreading 100 m3/ha of vinasse and 100 T/ha of bagasse ash on groundwater quality, lysimeter studies were conducted at two sites differing in rainfall regimes (3500 mm/yr at Belle Rive and 1500 mm/yr at Réduit). Drainage water percolating at one metre depth was collected after each heavy rainfall event. Analyses of the leachates showed that the vinasse at 100 m3/ha did not enhance loss of N in the form of nitrate. If, as expected, the heavy metals (Cu, Ni and Zn) known to be mobile had been detected in drainage water, their concentrations remained well below the drinking water limits proposed by the World Health Organization (1 mg/L for Cu, 5 mg/L for Zn and 0.02 mg/L for Ni). Fluorescence quenching studies of the dissolved organic matter in vinasse and of its dialysis fractions with copper confirmed the formation of complexes of the dissolved organic matter with copper. As expected, bagasse ash did not increase the levels of heavy metals and organic micropollutants in the drainage water. But bagasse ash as opposed to vinasse moved significantly more nitrate into the groundwater. In fact the limit of 10 mg/L N-NO3- recommended by World Health Organization for drinking water, was exceeded on many occasions during the study period of November 2005 to February 2008 at both Belle Rive and Réduit lysimeters. To conclude, this study has provided some pertinent and very valuable data. Whereas the disposal of high rates of vinasse on agricultural land under sugar cane is acceptable, the same cannot be stated for coal ash which must be avoided as it is would represent a hazard to the sugar cane crop and to groundwater. Indeed, high application rates of coal ash to sugar cane fields in Mauritius will eventually lead to a decrease in sugar cane productivity and to an increase in nitrate contamination of groundwater

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper aims to recognize the strategies of family farmers face to expansion of monoculture coffee, orange and sugarcane in rural areas of the municipality of Tabapuã, Sao Paulo. For this we carried out a research on different methodological steps: first, there was the literature; in another, collected secondary data (IBGE, Fundação Seade, Casa da Agricultura, Sindicato dos Trabalhadores Rurais e Biblioteca Municipal); and finally, there was the field work, striving to carry out structured interviews with research subjects. Please note that the intense production of farmers triggered processes of organization / reorganization of socio-territorial unit, resulting in this space, the dismantling and reduction of family farming. The expansion of monoculture plantations for export resulted in effects in the field of this municipality. Regarding the coffee monoculture, it emphasizes the sharecropping. At another point was the hiring of temporary workers (bóias-frias) for the harvest of orange, resulting socioeconomic impacts. Finally, the replacement key cultures occurred and even the area for coffee and orange due to expansion from cane sugar. With respect to impacts occurring to family farming, points up the difficulty of maintaining this activity against the obstacles imposed by the expansion of cash crops of interest in the international market. Therefore, there was the impact from expansion of monocultures in the analyzed period, as well as family farming, which is unassisted by the municipal government. Moreover, there was a lack of guidance these farmers across the work of the state to the development of this activity, which, in turn, is characterized as fundamental supplying basic and essential food for the Brazilian population. / Neste trabalho almeja-se reconhecer as estratégias dos agricultores familiares frente a expansão das monoculturas de café, de laranja e de cana-de-açúcar no espaço rural do município de Tabapuã, São Paulo. Para isso realizou-se uma investigação em diferentes etapas metodológicas: inicialmente, fez-se a pesquisa bibliográfica; em outra, coletou-se dados secundários (IBGE, Fundação Seade, Casa da Agricultura, Sindicato dos Trabalhadores Rurais e Biblioteca Municipal); e por fim, fez-se o trabalho de campo, primando a realização de entrevistas estruturadas junto aos sujeitos da pesquisa. Salienta-se que a intensa produção dos agricultores desencadeou processos de organização/reorganização socioespacial desta unidade territorial, ocasionando, nesse espaço, a desarticulação e redução da agricultura familiar. A expansão da plantação de monocultivos para a exportação resultou em efeitos no campo deste município. No que tange a monocultura do café, ressalta-se a meação. Em outro momento houve a contratação de trabalhadores temporários (boias-frias) para a colheita da laranja, resultando impactos socioeconômicos. Por fim, ocorreu a substituição de fundamentais culturas e, até mesmo, da área destinada ao café e a laranja, devido a expansão da cana de açúcar. No que tange aos impactos ocorridos à agricultura familiar, aponta-se a dificuldade de manutenção dessa atividade frente aos obstáculos impostos pela expansão das culturas comerciais de interesse no mercado internacional. Portanto, verificou-se os impactos relacionados a expansão das monoculturas no período analisado, bem como, à agricultura familiar, a qual encontra-se desassistida pelo poder público municipal. Além disso, constatou-se a falta de orientação desses agricultores frente a atuação do Estado para o desenvolvimento desta atividade, a qual, por sua vez, caracteriza-se como fundamental abastecedora de alimentos básicos e essenciais para a população brasileira.

This thesis deals with the evaluation of the concept of fair trade, specifically its impact on economic, social and environmental spheres of the life of producers and their communities in developing countries. The theoretical part defines the concept of fair trade, presents the historical development of the concept, discusses its main actors, principles and products; finally, it incorporates the issue into the theory of international trade. The main part of the thesis presents selected case studies that examine the impact of the participation in the fair trade system on producers of coffee, cocoa, bananas and sugar cane, and reveal whether fundamental objectives of the movement have been fulfilled in these cases.

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Betânia Hoss Lunelli / Tese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ardila_YuranyCamacho_D.pdf: 7705979 bytes, checksum: 19a2840a168991456944a44d857667ee (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A produção de biocombustíveis a partir da biomassa apresenta-se como uma alternativa para suprir as limitadas reservas de petróleo. A biomassa, atualmente, está sendo usada para diferentes processos termoquímicos, entre os quais a gaseificação é o de maior destaque. A gaseificação produz gás de síntese que é uma mistura, principalmente, de CO, H2 e CO2. Este gás serve para produzir energia, diferentes produtos químicos e biocombustíveis, como por exemplo, o bioetanol. A partir do gás de síntese, a produção de bioetanol pode ser realizada usando catalisadores químicos ou biocatalisadores, sendo este último processo conhecido como fermentação do gás de síntese. Para o processo integrado de gaseificação da biomassa e posterior fermentação para produção de bioetanol, as informações na literatura são escassas, o que dificulta avaliar a viabilidade desta nova tecnologia, em termos de condições operacionais. O uso de modelos matemáticos e sua simulação computacional podem auxiliar neste estudo. A literatura dispõe de vários estudos envolvendo simulações computacionais aplicadas à gaseificação de diferentes biomassas. Porém, poucos abordam a caracterização real do processo e as propriedades da biomassa utilizada, considerando apenas as propriedades para o carvão mineral, o que acaba gerando divergência nos resultados. Além disso, a maioria fundamenta suas simulações em modelos simples com base na caracterização elementar-imediata, que acaba limitando o desenvolvimento de plantas virtuais, que são baseadas na análise composicional da biomassa quando focadas na produção de bioetanol como etapa final ou como integração do processo. Assim, este trabalho tem como objetivos estudar o processo completo de gaseificação e realizar um estudo preliminar da fermentação do gás de síntese, mediante simulações computacionais, para definir as melhores condições e variáveis que afetam o processo global quando o bagaço de cana-de-açúcar é utilizado como matéria-prima. As simulações foram desenvolvidas utilizando o simulador comercial Aspen Plus¿ e os resultados validados com dados experimentais da literatura e dados obtidos nos Laboratórios LDPS/LOPCA/BIOEN/FEQ/UNICAMP. Para a completa simulação do processo, várias etapas foram estudadas e divididas para melhor entendimento. Foram desenvolvidos modelos matemáticos para predizer propriedades necessárias para o desenvolvimento de processos termoquímicos. Simulações baseadas nas análises elementar-imediata e composicional da biomassa foram realizadas para definir a decomposição inicial da biomassa, demonstrando os diferentes rendimentos e produtos que são gerados e que são a base da etapa inicial da gaseificação. Simulações completas da gaseificação foram desenvolvidas para estudar a gaseificação em diferentes tipos de reatores. A influência das condições de operação na gaseificação como temperatura, razão de equivalência (ER), injeção de vapor e temperatura do pré-aquecedor do ar no desempenho do gaseificador foram avaliadas. Com as condições operacionais da gaseificação definidas foi proposta uma simulação para representar a fermentação do gás de síntese. A partir dos resultados obtidos foi constatado que a composição do gás de síntese é alterada pelo aumento do ER e pela injeção de vapor no processo, e diferentes concentrações de bioetanol são obtidas quando a pressão de entrada do gás de síntese é alterada / Abstract: The production of biofuels from biomass is presented as an alternative to save the limited oil reserves. Currently, biomass is being used for different thermochemical processes, including gasification which is the most prominent. Gasification produces synthesis gas which is a mixture mainly of CO, H2 and CO2. This gas is used to produce energy, several chemicals and biofuels, such as ethanol. The ethanol from synthesis gas may be produced using chemical catalysts or biocatalysts, this latter process is known as fermentation of syngas. The information in the literature is scarce for the integrated gasification of biomass and subsequent fermentation to produce ethanol, making it difficult to see the feasibility of this new technology, in terms of operating conditions. The use of mathematical models and their computer simulation can help this study. Typically, numerous studies involving computer simulations, applied to different biomass gasification, are found in the literature. However, few of them approach the real characterization of process and properties for used biomass, considering only the properties for coal, which ends up generating divergence in the results. Moreover, most of the simulations are grounded on simple models based on proximate-ultimate characteristics, which end up limiting the development of virtual plants, which are based on biomass compositional analysis when focused on the production of ethanol as the final step or as integration process. Thus, the aims of this work are to study the complete gasification process and to carry out a preliminary study of synthesis gas fermentation, through computer simulations, in order to define the best conditions and variables that affect this global process when sugarcane bagasse is used as raw material. The simulations were developed using Aspen Plus ¿ simulator and the results validated with experimental data from literature and data obtained in the laboratories LDPS / LOPCA / BIOEN / FEQ / UNICAMP. For the full simulation of the process, several steps were studied and divided for a better understanding. Mathematical models were developed to predict properties required for the development of thermochemical processes. Simulations based on biomass analysis as proximate-ultimate and compositional were done to define the initial decomposition of biomass, demonstrating the different yields and products that are generated and which are the basis of the initial stage of the gasification. Complete simulations of gasification were carried out to study different types of gasification reactors. The influence of operating conditions at gasification performance was investigated; variables such as temperature, equivalence ratio (ER), steam injection and preheater temperature were evaluated. With the set conditions of gasification was proposed a simulation to represent the fermentation of syngas. It was demonstrated that the synthesis gas composition is changed when increased the ER and steam injection; and different ethanol concentrations are obtained when the input pressure of the synthesis gas is changed / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica