Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronegócios, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-06-18T13:08:40Z No. of bitstreams: 1 2013_RafaelLavradorSantAnna.pdf: 2706933 bytes, checksum: fd815bb5d1e25d5e5d0794c76956905e (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-06-18T15:09:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RafaelLavradorSantAnna.pdf: 2706933 bytes, checksum: fd815bb5d1e25d5e5d0794c76956905e (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-18T15:09:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RafaelLavradorSantAnna.pdf: 2706933 bytes, checksum: fd815bb5d1e25d5e5d0794c76956905e (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo analisar a cadeia produtiva de bioeletricidade a partir da biomassa de cana-de-açúcar no Brasil (e especialmente no Estado de São Paulo), diagnosticando as principais limitações e oportunidades na comercialização de bioeletricidade. A metodologia utilizada para atingir tal objetivo foi a Metodologia de Prospecção de Demandas Tecnológicas, que compreende duas grandes etapas: a análise diagnóstica e a análise prognóstica. Este trabalho realizou a análise diagnóstica da cadeia produtiva de bioeletricidade no Brasil. Uma parte da pesquisa utilizou dados secundários sobre a geração termelétrica com a queima do bagaço da cana-de-açúcar. Os dados primários foram obtidos através de entrevistas com especialistas dos principais grupos sucroenergéticos do Estado de São Paulo, onde foi utilizada a metodologia RRA (Rapid Rural Appraisal). Foram consultados sete especialistas, dos quais cinco trabalhavam em grupos que comercializam bioeletricidade, e outros dois não comercializavam, o que proporcionou uma visão sistêmica do objeto de estudo. O estudo identificou várias limitações na cadeia produtiva, sendo que grande parte delas estão ligadas ao ambiente institucional e organizacional da cadeia. As principais limitações identificadas estão relacionadas à falta de linhas de transmissões, desigualdade de condição competitiva frente a outras matrizes energéticas, e defasagem na forma como são realizados os leilões de energia. A partir dos resultados da pesquisa conclui-se que há espaço para o crescimento da bioeletricidade no Brasil, dada a busca de novas fontes de energia, porém se necessita uma maior aproximação do Governo com o setor sucroenergético para que as limitações identificadas sejam reduzidas, ou mesmo eliminadas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This study aims to analyze the production chain of bioelectricity from sugar cane biomass in Brazil (and specially in the State of São Paulo), identifying the main limitations and opportunities in the generation and commercialization of bioelectricity. The methodology used to achieve this goal was the Prospective Methodology for Demands Evaluation in Supply Chains, which comprises two major steps: diagnostic analysis and prospective analysis. This research is centered on the diagnostic analysis of bioelectricity production chain in Brazil. Part of the research used secondary data related to bioelectricity generated from sugar cane biomass burning. Primary data were obtained through interviews with seven leading experts of sugarcane energy industry groups of São Paulo, using Rapid Rural Appraisal. Five experts work for bioelectricity selling groups, and two others with groups that produce bioelectricity, but do not sell it. The study identified several imitations in the production chain, many of them related to the productive chain environment (institutional and organizational). The main limitations refer to the lack of transmission lines, inequality of competitive condition against other energy matrices and a gap in how energy auctions are conducted. From the results of the research it is concluded that there is space for growth of bioelectricity in Brazil, especially when the strong need of new energy sources are taken into account. However, closer ties between sugarcane industry and Government are also needed in such a way as to reduce/eliminate limitations identified in this study.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-graduação em Agronegócios, 2008. / Submitted by Diogo Trindade Fóis (diogo_fois@hotmail.com) on 2009-10-01T11:37:34Z No. of bitstreams: 1 2008_RicardoDeAlmeidaPaula.pdf: 718001 bytes, checksum: d902520a49cdc0b29962da036ff7b47a (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2010-02-23T00:05:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_RicardoDeAlmeidaPaula.pdf: 718001 bytes, checksum: d902520a49cdc0b29962da036ff7b47a (MD5) / Made available in DSpace on 2010-02-23T00:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_RicardoDeAlmeidaPaula.pdf: 718001 bytes, checksum: d902520a49cdc0b29962da036ff7b47a (MD5) Previous issue date: 2008-02-14 / O Brasil é ator relevante no mercado mundial de produção e uso de biocombustíveis, pois desde a década de 1970 produz e utiliza o etanol como combustível e atualmente direciona esforços para consolidar a produção e o consumo do biodiesel. O discurso mundial no sentido de elevar o consumo de biocombustíveis tem despertado expectativas nos setores responsáveis por sua produção. E como estes setores são estruturados em forma de cadeias produtivas, a agricultura assume papel de destaque como fornecedora de matérias-primas. De outro lado, a literatura e as evidências apontam que ganhos de competitividade por parte dos produtos agrícolas geralmente são seguidos de perdas relativas de renda pelo produtor rural em favor dos setores situados à montante e à jusante do agronegócio. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo verificar a relação entre competitividade do etanol e a dinâmica da renda do produtor canavieiro. Inicialmente foi apresentado o referencial teórico que sustenta as análises desenvolvidas ao longo da pesquisa. Posteriormente foram realizados diagnósticos sobre a competitividade do etanol (anidro e hidratado) em relação à gasolina (A e C) e sobre a renda do produtor de cana-de-açúcar. Os resultados encontrados por meio destes diagnósticos sugerem que a competitividade do etanol encontra-se associada a quedas de renda por parte do setor canavieiro, e vice-versa. Estes resultados mostram a importância econômica do setor canavieiro o qual é responsável pela viabilidade do processo de expansão da oferta de etanol. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Brazil is a relevant actor in the biofuel world market. Since the 1970’s produces and uses ethanol as combustible and presently makes efforts to increase biodiesel supply and demand. The world speech into the expansion of biofuels consumption has created expectations on the sectors responsables for the production. As these sectors are generally structured like chains of production, the agriculture assumes the prominence role of row-material supplier. On the other hand, literature and evidences show that gains of competitiveness from the agricultural products were followed for income losses by the rural producers. So, this work aims to verify the relationship between the competitiveness of ethanol and the dynamics of sugarcane producer income. Initially is presented the literature that supports the analysis developed. Afterwards, this work made diagnostics of ethanol competitiveness and sugarcane producer income. The results from these diagnostics suggest an indirect association between ethanol competitiveness and sugarcane producer income. This verification is important because implies on the economic viability of expansion ethanol production and use.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-08-23T15:22:32Z No. of bitstreams: 1 2013_GleciaVirgolinoSilva.pdf: 15347336 bytes, checksum: 1c889a4a9b7bd669b0909e9263c1a0d0 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-08-29T14:18:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_GleciaVirgolinoSilva.pdf: 15347336 bytes, checksum: 1c889a4a9b7bd669b0909e9263c1a0d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-29T14:18:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_GleciaVirgolinoSilva.pdf: 15347336 bytes, checksum: 1c889a4a9b7bd669b0909e9263c1a0d0 (MD5) / Os aditivos antioxidante, depressor do ponto de fluidez (PPD) e biocida foram estudados individualmente, e em conjunto, na forma de um pacote de aditivos, a fim de se avaliar o efeito da interação entre eles quando adicionados ao biodiesel. Os biocombustíveis utilizados tiveram três origens diferentes: dois deles foram produzidos no Brasil a partir de óleo de soja refinado e de fritura, e o terceiro foi de origem comercial adquirido em distribuidoras da Itália. Foram realizados ensaios de Estabilidade Oxidativa de biodiesel (Método Rancimat) utilizando antioxidante comercial Pirogalol(Py) e um antioxidante natural, Ácido Gálico(AG), como uma alternativa sustentável para o mercado, o qual pode ser extraído de taninos hidrolisáveis da planta Tara. Observou-se que o tempo de indução (>6 h) é atingido quando adicionado baixos teores destes antioxidantes. Paralelamente, o aditivo Liovac 415 foi utilizado como PPD, e as medidas de Ponto de Névoa e Ponto de Fluidez foram observados nas misturas de óleo diesel-biodiesel, mostrando-se eficiente a baixas temperaturas, mas sendo necessário aumento na quantidade inserida dependendo do valor esperado. Os biocidas testados foram selecionados em função da compatibilidade com o biodiesel, sendo escolhidos o Corina EF (Companhia Miracema-Nuodex/SP) e o Predator 8000 (Innospec/Itália), tendo este último fornecido excelentes resultados em misturas com 20% de biodiesel de soja em óleo diesel, aumentando a estabilidade das amostras analisadas em 289,19%(com AG) e 710,81%(com Py). Foram realizados testes óticos de injeção utilizando um sistema de injeção common-rail, em que a densidade do gás no interior do recipiente foi ajustada, a fim de simular a mesma condição operativa empregada no motor oticamente acessível. Os resultados apontaram que a adição de aditivos não alterou a penetração média do spray durante as injeções. Em seguida foram realizados testes no motor oticamente acessível utilizando-se as mesmas amostras de óleo diesel-biodiesel dos testes óticos no ambiente controlado. Observou-se que os parâmetros avaliados: pressão do cilindro, a penetração do spray e as emissões de gases, antes e durante as reações de combustão, foram similares nas amostras com e sem aditivos. De acordo com os resultados obtidos, verificou-se que é possível usar o pacote de aditivos contendo tanto o antioxidante Pirogalol, quanto o Ácido Gálico, confirmando-se um aumento significativo na estabilidade oxidativa das misturas sem afetar o desempenho do motor. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The additives antioxidant, pour point depressant (PPD) and biocide were studied individually and in combination in the form of an additive package in order to evaluate the effect of the interaction between them when added to the biodiesel. Biofuels used had three different sources: two of them were produced in Brazil from refined soybean oil and frying oil, and the third was purchased from commercial sources distributors in Italy. Tests of Oxidative Stability of Biodiesel (Rancimat method) using commercial antioxidant Pyrogallol (Py) and a natural antioxidant, Gallic Acid (GA), as a sustainable alternative to the market, which can be extracted from the plant hydrolysable tannins Tara. It was observed that the induction time (> 6 h) is achieved when low levels of these antioxidants added. In parallel, the additive Liovac 415 was used as PPD, and measures of Cloud Point and Pour Point were observed in mixtures of diesel-biodiesel, being efficient at low temperatures, but it is necessary increase in the amount depending on the value entered expected. Biocides tested were selected based on their compatibility with biodiesel being the chosen Corine EF (Miracema-Nuodex/SP Company) and Predator 8000 (Innospec / Italy), the latter having provided excellent results in mixtures with 20% soy biodiesel in diesel, increasing the stability of the samples at 289.19% (to AG) and 710.81% (with Py). Tests were performed using an optical injection fuel injection system common rail, wherein the density of gas inside the vessel was adjusted to simulate the same engine operating condition used in optically accessible. The results showed that the addition of additives did not change the average penetration of the spray during the injections. Then tests were carried out on the engine optically accessible using the same samples of diesel-biodiesel optical tests in a controlled environment. It was observed that the parameters evaluated cylinder pressure, the spray penetration and the emission of gas before and during combustion reactions were similar in samples with and without additives. According to the results, it was found that it is possible to use additive package containing both the Pyrogallol antioxidant, as Gallic Acid, confirming a significant increase in oxidative stability of the mixtures without affecting the engine performance.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Florestal, Programa de pós-graduação em Ciências Florestais, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-01T21:27:46Z No. of bitstreams: 1 2009_LaurentRogerMQueno.pdf: 1078872 bytes, checksum: 4123af8a5ab2837db1aa5c427459e5f7 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-01T21:31:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_LaurentRogerMQueno.pdf: 1078872 bytes, checksum: 4123af8a5ab2837db1aa5c427459e5f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-01T21:31:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_LaurentRogerMQueno.pdf: 1078872 bytes, checksum: 4123af8a5ab2837db1aa5c427459e5f7 (MD5) / A produção de energia oriunda de culturas lignocelulósicas é prevista para crescer nos próximos anos no Brasil. O eucalipto já é amplamente cultivado, e beneficia de uma sólida experiência. O capim-elefante faz figura de outsider, que tem tudo a provar, mesmo se sua produção em quantidade de matéria seca atinge níveis recordes. Objetivou-se, neste trabalho: (i) determinar a produção da biomassa do eucalipto (Eucalyptus sp.), em diferentes tratamentos silviculturais, e do capim-elefante (Pennisetum sp.); (ii) estabelecer o custo de produção da unidade energética gerada pela biomassa do eucalipto e pela biomassa do capim-elefante; (iii) aplicar uma análise de sensibilidade para verificar as influências de fatores como a silvicultura do eucalipto, a produção volumétrica de cada espécie, o custo da terra e a taxa de juros nos custos de produção analisados. Para o eucalipto foram usados os dados fornecidos pela RENABIO e coletados nos plantios de um clone de um híbrido (E. grandis x E. camaldulensis) da ArcelorMittal BioEnergia, em Itamarandiba (MG), na região do Jequitinhonha. Para o capim-elefante foram usados os dados encontrados na literatura. Foi calculado o custo médio de produção do gigajoule da biomassa pronta para ser entregue à usina termoelétrica. Foi demonstrado que o tratamento do eucalipto em plantio adensado e em curtíssima rotação de dois anos, com reforma do povoamento a cada seis anos, teve um custo médio de produção (CMPr) superior ao sistema convencional com rotação a cada seis anos e reforma aos 18. Observou-se também que o eucalipto apresenta, em média, um CMPr de 4,41 R$/Gj, inferior ao do capim-elefante, que em média é de 5,44 R$/Gj, mesmo com a capacidade que o último tem de produção anual superior de matéria seca. O capim-elefante tem a possibilidade de competir com o eucalipto quando um conjunto de condições se forma como taxa de desconto igual ou superior a 8% a.a., preço da terra elevado e volume do capim-elefante igual ou acima de 35 toneladas de matéria seca por hectare por ano. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The production of energy from lignocellulosic cultures is expected to rise in a soon future in Brazil. The eucalyptus is already widely cultivated and benefits a solid experience. The elephant grass is figure of outsider and has everything to prove even if its production in terms of dry matter volume reaches record levels. The objectives of this work were: (i) to determine the biomass production of eucalyptus (Eucalyptus sp.) in different silviculture treatments and elephant grass (Pennisetum sp.); (ii) to establish the unit energy cost generated from eucalyptus biomass and from elephant grass biomass; (iii) to apply a sensitivity analysis to verify the influences of factors such as the silviculture of eucalyptus, production volume of each species, the cost of land and the interest rate. For the eucalyptus were used data provided by RENABIO and collected from the stands of a hybrid clone (E. grandis x E. camaldulensis) of the “ArcelorMittal BioEnergy” located at Itamarandiba (MG) from the Jequitinhonha region. For the elephant grass, were used the data found in the literature. The average cost for the biomass production has been calculated in Gigajoule ready for delivery to thermoelectric plant. It was been shown that the treatment of eucalyptus in very short rotation of 2 years with reform of stand every 6 years has a average cost of production higher than the traditional treatment of short rotation of 6 years with reform only at the age of 18. It was also observed that eucalyptus has an Average Cost of Production on average of 4,41 R$/Gj, lower than the elephant grass which is on average of 5,44 R$/Gj, which however has a higher annual capacity of dry matter production. The elephant grass has the possibility to compete with eucalyptus when a set of conditions is met: discount rate higher than or equal to 8%, High price of land, and elephant grass high volume production, greater than or equal to 35 tonnes of dry matter per hectare and year.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2011-05-13T18:00:01Z No. of bitstreams: 1 2010_FábioAlfaiaDaCunha.pdf: 10474668 bytes, checksum: e87f5a73701689fa44cde8c7cef9dc7d (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2011-05-19T13:35:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_FábioAlfaiaDaCunha.pdf: 10474668 bytes, checksum: e87f5a73701689fa44cde8c7cef9dc7d (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-19T13:35:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_FábioAlfaiaDaCunha.pdf: 10474668 bytes, checksum: e87f5a73701689fa44cde8c7cef9dc7d (MD5) / Combustão e gaseificação de sólidos (carvão mineral e biomassa) representam uma considerável parte na geração de eletricidade no mundo, com destaque para a China e EUA, as duas maiores economias entre todos os países. Estrategicamente, pesquisa e desenvolvimento de tecnologias associadas à captura e ao armazenamento de carbono estão sendo conduzidas por importantes grupos, com destaque para o Laboratório Nacional de Tecnologia da Energia do Departamento de Energia dos EEUU objetivando o emprego mais limpo deste insumo energético. No Brasil, os esforços objetivam, principalmente, intensificar o uso do carvão nacional cujas características o diferenciam daqueles comumente usados em plantas de potência no exterior. Nos combustores e reatores de gaseificação, os principais processos termoquímicos, de transferência de calor e de massa observados em partículas de carvão ocorrem similarmente em biomassa particulada. Predições numéricas destes processos intrínsecos da transformação de carvão mineral e biomassa são indispensáveis no projeto de plantas de potência mais limpas e eficientes. Em linhas gerais, esta tese aborda este problema. Especificamente, o trabalho apresenta um modelo matemático apropriado para simular os principais processos termoquímicos que ocorrem na combustão e gaseificação de partícula sólida, em regime de baixo número de Reynolds. As equações de conservação de massa, energia e momentum (geometria bidimensional), transiente, são resolvidas numericamente por um método aprimorado de volumes finitos baseado em elementos finitos. Neste trabalho, importantes modificações, algumas inéditas, foram sugeridas e praticadas no método numérico para melhorar e acelerar a convergência do mesmo. A despeito da natureza multifásica do problema, o domínio computacional foi resolvido diretamente, por meio de formulação baseada no conceito de porosidade do meio. Como consequência, condição de contorno na superfície que separa as fases (sólida e gasosa) não se fez necessária. A fase condensada foi modelada com auxílio de uma estrutura bimodal que permite equacionar alterações na estrutura do sólido pelos processos de pirólise, combustão e gaseificação. O modelo proposto foi então extensivamente validado e aplicado no estudo da secagem, pirólise e combustão de partícula de turfa e biomassa. As predições numéricas mostraram excelente concordância com resultados experimentais e teóricos publicados na literatura especializado no assunto. O modelo proposto, com elevado grau de ineditismo, tornou-se uma ferramenta importante para o estudo teórico da queima e gaseificação de combustíveis sólidos pulverizados. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Combustion and gasification of solids fuels (coal and biomass) represent an important share of the world´s electricity production, especially in China and USA, the largest economies of all the countries. Intensive research is being conducted to develop carbon capture and storage (CCS) technologies for existing and future coal power plants, such as that of the Department of Energy, National Energy Technology Laboratory (DOE/NETL) from the United States. This would allow cleaner use of such feed-stock for many years to come. Research efforts, also in Brazil, would help increase the use of the national coal whose characteristics, compared to that commonly used worldwide in coal fired power plants, place another technological challenge. In boilers and gasifiers, the major thermochemical, heat and mass transfer processes that occur in coal particles are, to some extent, similar to that of particulate biomass consider for energy conversion. Numerical predictions of these processes would help designing even cleaner and more efficient coal/biomass-based power plants. This thesis presents a comprehensive mathematical model to simulate combustion and gasification of solid fuel particle in low Reynolds number regime. The conservation equations for mass energy and momentum (two dimensional geometry), unsteady, are solved numerically by an enhanced Control Volume Finite Element Method. A series of modifications to improve and accelerate convergence of the CVFE method were proposed and implemented in the present thesis. Despite the multiphase nature of the problem, the computational domain was solved directly by means of a porosity formulation. Following that, there was no need of gas/solid boundary conditions. The condensed phase was modeled by means of a bimodal porous structure for pyrolysis and combustion/gasification processes. After model validation, the code was applied for single particle drying, pyrolysis and combustion studies of biomass and peat. Numerical predictions showed good agreement with experimental and published data of the peat and biomass combustion literature. The proposed model, all together, can be considered a novel advanced means of studying solid fuel combustion and gasification processes.

No contexto mundial atual, a busca de fontes de energia renováveis e menos poluentes que o petróleo tornou-se inevitável. O uso da biomassa como fonte de energia é extremamente importante, devido principalmente ao seu caráter renovável e a sua abundância. Os resíduos florestais são cada vez mais preconizados como uma importante fonte de biomassa. Isto se deve a sua abundância, facilidade de aprovisionamento e baixo custo. Podemos citar, como exemplo, os resíduos gerados durante a colheita florestal (cascas, folhas, galhos, ponteiros, entre outros) e durante o processamento mecânico da madeira (costaneiras, aparas, pó de serra, entre outros). O uso deste tipo de material para fins energéticos vem crescendo, porém, há um grande espaço para melhorias a serem implementadas nesse campo, envolvendo o melhor conhecimento de suas características e o potencial de aplicação de processos para sua conversão em produtos mais otimizados em relação aos seus valores energéticos. Diante desse quadro, e em se considerando a madeira, surge a oportunidade para adoção de processos de tratamento térmico, para os quais já existem referências que indicam a ocorrência de mudanças nas características desse material, o que conduz à previsão de se poder obter resultados positivos em relação ao que se exige para usos energéticos. Além do tradicional e amplamente usado processo de secagem, constatase, no campo do tratamento térmico, o crescimento do interesse pela aplicação da chamada torrefação e da termorretificação, compreendendo faixas de temperatura entre 150 e 300 °C. Neste contexto, resíduos da colheita florestal de eucalipto e pinus foram submetidos a tratamento térmico conduzido em estufa elétrica laboratorial, numa faixa de temperatura entre 140 e 300 °C. O objetivo foi estudar as alterações que o tratamento pudesse proporcionar às características do material, no sentido de se potencializar ainda mais o seu uso para fins energéticos, mediante a avaliação da densidade a granel do material, tamanho das partículas dos resíduos, poder calorífico superior, índice de combustão, análise imediata, resistência à moagem (redução granulométrica) e avaliação de imagens microscópicas. Os resultados indicaram, para ambas as espécies, que o aquecimento exerceu influência significativa nos rendimentos mássicos e nas características dos ensaios acima citados, com alteração dos valores com a elevação da temperatura, exceto para o teor de cinzas do eucalipto. A influência exercida pelo tratamento térmico foi mais evidente a partir de 220 °C, sendo isto mais fortemente observado à temperatura de 300 °C, com a constatação da maior fragmentação dos materiais tratados em comparação ao material testemunha. Além do aumento da friabilidade dos materiais estudados, constatado pelo ensaio de resistência à moagem, onde houve um relevante aumento da quantidade de material de baixa granulometria (menor que 4 mm), os mesmos apresentaram um maior ganho energético (maior poder calorífico) levando-se em conta a testemunha, principalmente a 300 °C, com índices de combustão elevados para os resíduos de eucalipto e pinus. / In the current worldwide context, the search for renewable energy sources and less polluting fuels than petroleum has become unavoidable. The use of biomass energy as source of energy is extremely important, especially due to its renewable character and abundance. The forest residues have been increasingly recommended as an important source of biomass. This is due to its abundance, facility of provision and low cost. We can cite examples such as the residues generated during the forest harvest (bark, leaves, branches, stem tips, among others) and during the mechanical processing of wood (slabs, chips, sawdust, among others). The use of this kind of material for energetic purposes has been increasing, however, there is room for benefits to be implemented in this field, involving a deeper knowledge on its characteristics and the potential for the application of processes to its conversion into more optimized products in relation to its energy values. In this scenario, and considering the wood, there comes the opportunity to the adoption of thermal treatment processes, to which there are already references that indicate the occurrence of changes in the characteristics of this material, which leads to the prediction of the possibility to obtain positive results in relation to what is demanded for energetic uses. Besides the traditional and widely used process of drying, it is observed, in the field of thermal treatment, the increase in the interest for the application of the so-called torrefaction and thermal rectification, comprising zones of temperature between 150 and 300 °C. In this context, residues of eucalyptus and pine forest harvest were submitted to a thermal treatment conducted in an electric laboratory oven, at temperatures between 140 and 300 °C. The goal was to study the alterations that the treatment might provide to the characteristics of the material, aiming at empowering its use to energetic purposes, through the density evaluation of a sample of the material, the size of residue particles, gross calorific value, combustion index, immediate analysis, resistance to grinding (particle size reduction) and the evaluation of microscopic images. The results indicated, for both species, that the heating caused a significant influence on the gravimetric yields and on the characteristics of the experiments cited above with changes in the values with the increase of the temperature, except for the ash content of eucalyptus. The effect of the thermal treatment was more evident from 220 °C, which is more strongly observed at the temperature of 300 °C, with a larger fragmentation of the treated materials in comparison to the control material. Besides the increase in the friability of the studied materials, found in the experiment of resistance to grinding, in which there was a relevant increase in the amount of low granulometry material (smaller than 4 mm), they presented a higher energetic gain (more calorific value) considering the witness, mainly at 300 °C, with high combustion indexes for the eucalyptus and pine residues.

No Brasil e em muitos países, principalmente países em desenvolvimento, os resíduos de poda urbana são na sua grande maioria depositados em aterros ou lixões contribuindo para a produção de metano, esgotamento das áreas dos aterros, contaminação do solo e dos lençóis freáticos. Assim, considerando o crescente problema ambiental e a busca pelo desenvolvimento sustentável, a nova Política Nacional de Resíduos Sólidos, recentemente regulamentada, proíbe, a partir de 2014, dispor em aterro sanitário qualquer tipo de resíduo que seja passível de reutilização ou reciclagem. Há premente necessidade do estudo e quantificação do potencial de utilização dos resíduos de poda urbana, quer pela reutilização, reciclagem pela compostagem ou aproveitamento energético. A utilização dos resíduos de poda urbana como fonte de energia, desde que viável econômica e tecnicamente, apresenta aspectos benéficos ao país: aumenta a segurança do sistema elétrico com a geração descentralizada a custos competitivos, reduz a importação de combustíveis fósseis, capta recursos internacionais decorrentes da possível venda de Certificados de Emissão de Carbono para os países do Anexo 1 (caso seja considerado do tipo Mecanismo de Desenvolvimento Limpo, conforme prevê o Protocolo de Quioto) e pode até colaborar para reduzir o desmatamento de florestas nativas para fins energéticos. Esta tese utiliza como subsídios os resultados obtidos no projeto de Pesquisa & Desenvolvimento Aneel Estudo do Potencial de Utilização da Biomassa Resultante da Poda e Remoção de Árvores na Área de Concessão da AES Eletropaulo; financiado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e desenvolvido pelo Centro Nacional de Referência em Biomassa (Cenbio) do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE) da Universidade de São Paulo (USP) em parceria com a AES Eletropaulo. Assim, este trabalho analisa a atual situação de destinação dos resíduos de poda urbana e apresenta várias formas de aproveitamento como a reintegração destes resíduos aos respectivos ciclos biogeoquímicos (pela obtenção de composto orgânico por processo de compostagem), sua reutilização (artesanato ou obras de arte, bancos de jardins, etc.) ou seu aproveitamento energético, quer como lenha, carvão vegetal, briquete, ou in natura como combustível de usina termoelétrica. Sendo o objetivo central desta tese, estudar o potencial de utilização dos resíduos de poda urbana para a geração de energia elétrica, são analisados técnica, econômica e ambientalmente duas tecnologias: ciclo a vapor e digestão anaeróbia. Desta forma, a geração de energia elétrica proveniente da usina termoelétrica (ou melhor, uma pequena central termoelétrica) se mostrou mais viável economicamente do que a gerada na planta de digestão anaeróbia dos resíduos de poda urbana. Assim, espera-se que os resultados desta tese contribuam para que o pode público possa selecionar a tecnologia mais adequada para tratar os resíduos de poda urbana sob sua responsabilidade, além de adotar medidas de incentivos para esta prática. / In Brazil and in many countries, mainly in the development ones, the residues from urban pruning are, in its majority, deposited in landfills or dumps, contributing for methane production, exhaustion of the landfills areas, contamination of soil and of groundwaters. Therefore, considering the aggravating and increasing environmental problem and the search for sustainable development and the compliance with the new National Policy for Solid Residues, recently regulated, and which forbids, from 2014 on, to dispose in landfill any kind of residue that is suitable for reuse or recycling, there is an urgent need for study and quantification of the utilization potential of the urban pruning residues, whether by means of reutilization, recycling by means of composting or energy use. The use of urban pruning residues as energy source, as long as it presents itself as economically and technically viable, presents very beneficial aspects to the country: it increases the electric system security with the decentralized generation at competitive costs, reduces the importation of fossil fuels, attracts international resources due to the possible sale of Carbon Emission Certificates to the Annex 1 countries (in case it is considered as a Clean Development Mechanism, as established by the Kyoto Protocol) and it can even contribute to reduce the deforestation of native forests for energy finalities. This thesis uses, as subsidies, the results obtained in the Study of the Potential Use of Biomass from Trees Pruning and Removal on AES Eletropaulo\'s Concession Area Aneel Research & Development project; financed by the Brazilian Electricity Regulatory Agency (ANEEL) and developed by the Brazilian Reference Center on Biomass (Cenbio) of the Institute of Electrotechnics and Energy (IEE) of the University of São Paulo (USP) in partnership with AES Eletropaulo. This way, this essay analyzes the current situation of urban pruning residues destination and presents several ways of utilization such as the reintegration of such residues to the respective biogeochemical cycles (by the obtainment of organic compound by means of composting process), their reuse (handicraft or works of art, park benches, etc.) or its energy utilization, whether as firewood, charcoal, briquette or in natura as fuel for thermoelectric plants. Since the main objective of this thesis is to study the utilization potential for the urban pruning residues for electric power generation, two technologies are technically, economically and environmentally analyzed: steam cycle and anaerobic digestion. This way, the electric power generation proceeding from the thermoelectric plant (or rather, a small thermoelectric central) showed itself as more economically viable than the one generated at the anaerobic digestion plant of the urban pruning residues. Therefore, it is expected that the results from this thesis can contribute for the public power to be able to choose the most adequate technology in order to treat the urban pruning residues under its responsibility, besides adopting measurements for incentives for this practice.

O objetivo deste estudo foi quantificar a produtividade de biomassa e energia (parte aérea), bem como a produtividade da água (PA) em 24 variedades de cana-de-açúcar, submetidas à irrigação plena e ao déficit hídrico, durante o estádio de crescimento dos colmos. Foram instalados dois experimentos, em casa de vegetação, na área do Departamento de Engenharia de Biossistemas da ESALQ/USP, Piracicaba, SP. O Experimento-1 avaliou dez variedades de canade- açúcar em solo de textura argilosa (RB835054, RB855453, RB855536, RB925211, RB867515, SP89-1115, SP81-3250, CTC14, CTC8 e CTC6) e o Experimento-2, quatorze variedades em solo de textura franco-arenosa (RB925345, RB855156, RB966928, RB72454, RB92579, IACSP95- 5000, Caiana, SP83-2847, SP90-3414, SP79-1011, CTC17, CTC15, CTC9 e CTC2). Para ambos os experimentos foram adotadas duas formas de manejo da irrigação: T100 - irrigação plena com reposição de 100% da evapotranspiração da cultura (ETc), mantendo-se o solo com umidade próxima a capacidade de campo, e T70 - irrigação com 70% da lâmina de reposição de T100. A diferenciação das irrigações iniciou-se aos 101 dias após o corte (DAC) da cana-planta, correspondendo ao final do perfilhamento intenso e inicio da fase de crescimento dos colmos (1ª soca). Observou-se variação na produtividade da água em biomassa fresca de colmos (PABFC) na ordem de 16,22 a 29,21 kg m-3 em função das variedades e dos manejos de irrigação aplicados. Destacaram-se as variedades CTC6, CTC14, RB867515, SP81-3250 e RB92579, em T100, e as variedades CTC6, CTC14 e SP90-3414, em T70. Em termos de produtividade da água em biomassa de açúcar total recuperável (PABATR), observou-se variação entre 1,95 e 3,84 kg m-3, destacando-se as variedades CTC6 e RB92579 (T100) e as variedades RB835054 e RB966928 (T70). A produtividade da água em biomassa seca total da parte aérea (PABTPA) variou entre 6,98 e 11,94 kg m-3 com destaque para as variedades RB92579 e SP81-3250 (T100), e SP90-3414 e SP81-3250 (T70). Para a produtividade da água em energia total (PATOT), verificou-se variação entre 101,17 e 174,65 MJ m-3, com melhores desempenhos para as variedades SP81-3250, CTC6, CTC17 e RB92579 (T100), e SP90-3414, SP81-3250 e CTC6 (T70). / The purpose of this study was to observe the response on biomass yield and energy (shoot) as well as the water productivity (WP) for 24 sugarcane varieties, subjected to full and deficit irrigation during stalk growth stage. Two experiments were established under greenhouse conditions on Biosystems Engineering Department, ESALQ/USP, Piracicaba, SP. The Experiment - 1 evaluated ten varieties on a clay soil (RB835054, RB855453, RB855536, RB925211, RB867515, SP89-1115, SP81-3250, CTC14, CTC8 e CTC6) and the Experiment - 2, fourteen varieties on a sandy-loam soil (RB925345, RB855156, RB966928, RB72454, RB92579, IACSP95-5000, Caiana, SP83-2847, SP90-3414, SP79-1011, CTC17, CTC15, CTC9 e CTC2). In both experiments were adopted two forms of irrigation management: T100 - full irrigation with 100% crop evapotranspiration replacement, maintaining soil moisture near field capacity, and T70 - irrigation with 70% of water depth applied in T100. The differentiation of irrigations was initiated at 101 days after harvest (DAH) of cane-plant, corresponding to the end of tillering and the beginning of intense stalk growth phase (first ratoon). It was observed variation in water productivity of stalk fresh biomass (WPSFB) from 16.22 to 29.21 kg m-3, according of the varieties and irrigation management applied. The highest values were observed in varieties CTC6, CTC14, RB867515, SP81-3250 and RB92579, full irrigation conditions (T100), and CTC6, CTC14 and SP90-3414, deficit irrigation conditions (T70). The water productivity of total recoverable sugar (WPTRS) ranged from 1.95 to 3.84 kg m-3, highest values were observed in varieties CTC6 and RB92579 (T100), as well as RB835054 e RB966928 (T70). For water productivity of total shoot dry biomass (WPTSDB) ranged from 6.98 to 11.94 kg m-3 with better performance observed in varieties RB92579 and SP81-3250 (T100), as well as SP90-3414 and SP81-3250 (T70). The water productivity of total energy (WPTE) varied from 101.17 to 174.65 MJ m-3 with highest values in varieties SP81-3250, CTC6, CTC17 and RB92579 (T100), as well as SP90-3414, SP81-3250 and CTC6 (T70).

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

Orientador: Lorena Benathar Ballod Tavares. / Coorientador: Patrícia Raquel Silva Zanoni. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.