En el mundo entero existe incertidumbre y preocupación por los altos precios de los combustibles fósiles y por los impactos ambientales negativos que se producen día a día por su uso intensivo principalmente en el sector transporte. Por esta razón, es que los biocombustibles líquidos como el bioetanol y el biodiesel han tomado un rol protagónico gracias a que cuentan con características de producto sustituto y son compatibles para ser mezclados con combustibles fósiles. El desarrollo de los biocombustibles en Chile en relación con otros países como Brasil o Estados Unidos es reciente. Si bien nuestro país cuenta con una normativa de carácter voluntario que regula y autoriza su uso, distribución y comercialización, los biocombustibles aún no están presentes en nuestra matriz energética. El presente estudio de caso buscó determinar cuál es el estado de desarrollo acual de los biocombustibles en Chile y profundizar respecto a las barreras que limitan su incorporación en nuestra matriz. Para esto se sistematizó la información disponible en los diferentes estudios realizados por la Comisión Nacional de Energía y el Ministerio de Energía de Chile y se aplicó una entrevista semi estructurada a los principales actores de este mercado donde se recogió su opinión sobre las acciones que hoy en día y a futuro deben tomarse para que Chile pueda tener biocombustibles en su matriz energética. Sobre el estado actual de desarrollo es posible señalar que estos se encuentran aún en una etapa de I+D, principalmente por el camino que ha tomado nuestro país en cuanto a desarrollar biocombustibles de segunda generación. En relación a las principales barreras que afectan el desarrollo de los biocombustibles podemos destacar entre otras, la baja disponibilidad de terrenos para cultivos agrícolas tradicionales que pueden ser destinados a la producción de biocombustibles, los altos costos de inversión en infraestructura para almacenamiento distribución y comercialización de biocombustibles y la resistencia de la industria petrolera estatal (ENAP) a los cambios que significa introducir biocombustibles en su proceso productivo. Por lo tanto, Chile requiere definir una Política de Biocombustibles que sea capaz de agrupar las diferentes visiones e iniciativas que sectorialmente y de forma aislada se encuentran en curso y que se transforme en una guía para el desarrollo futuro de esta industria a nivel nacional.

El etanol producido desde material lignocelulósico es parte de las conocidas Energías Renovables No Convencionales. Para la producción de bioetanol de segunda generación es necesario realizar un pretratamiento a la madera, cuyo objetivo es romper la pared de lignina para así poder sacarificar la celulosa expuesta a glucosa, que finalmente pueda ser fermentada mediante microorganismos. El objetivo de este trabajo fue estudiar los efectos de tres pretratamientos: ácido diluido, alcalino diluido y líquidos iónicos, bajo sus mejores condiciones, sobre los residuos forestales Lenga (Nothofagus pumilio) y Eucalipto (Eucalyptus globulus). El primero fue elegido por ser un árbol nativo masivo y el segundo por el alto potencial de plantaciones en Chile. Los pretratamientos ácido y alcalino se utilizaron a modo de comparación con el pretratamiento de líquidos iónicos, del cual solo se tienen referencias sobre disolución de celulosa y no de material lignocelulósico. Lenga y Eucalipto fueron pretratadados con los tres métodos anteriormente nombrados, posteriormente se realizó la sacarificación enzimática del material sólido resultante. Luego se analizó la liberación de azúcares totales y monómeros específicos posterior al pretratamiento y después de la hidrólisis enzimática. Para el pretratamiento ácido y alcalino se utilizó ácido sulfúrico al 0,50%, 0,75%, 1,00% y 1,25% (v/v) por 30 y 60 minutos a una temperatura de 121°C. Para el pretratamiento alcalino se uso NaOH al 2% (v/v) por 60 minutos a una temperatura de 121°C. En el pretratamiento de líquidos iónicos se utilizó [emim]+ [Cl]- y [A336]+ [OH]- a 80°C, 121°C y 150°C por 30 y 60 minutos. Por último, para la hidrólisis enzimática se utilizaron enzimas celulasas comerciales, Celluclast 1.5 L (Novo Co., Denmark) y Novozyme 188 (Novo Co., Denmark), con cargas enzimáticas de 102 FPU/g y 147 CBU/g respectivamente. Los resultados obtenidos indican que todos los pretratamientos utilizados mejoran la eficiencia en términos de rendimientos y tasas de reacción de la hidrólisis enzimática en la obtención de azúcares reductores frente al material no tratado. Además, se obtuvo que un pretratamiento ácido posee bajos rendimientos en comparación a los otros pretratamientos, donde el mejor caso de Lenga es T=121°C, t=30 min, 1,00 % (v/v) H2SO4 y Eucalipto es T=121°C, t=30 min, 1,00 % (v/v) H2SO4 con un rendimiento de un 30% y 27% respectivamente, con una relación glucosa/xilosa de un 7/93%. Por otro lado, si el objetivo es una fermentación de pentosas y hexosas, el pretratamiento alcalino es el indicado con un rendimiento de 49% para Lenga y un 45% para Eucalipto. Las condiciones en la hidrólisis ácida para Lenga en este caso son T=121°C, t=60 min, 0,75% (v/v) H2SO4 y para Ecualipto son T=121°C, t=60 min, 1,00% (v/v) H2SO4. Si, por el contrario, si la fermentación es de glucosa, el pretratamiento con líquidos iónicos es el más efectivo, donde las condiciones de operación encontradas para Lenga son T=150°C, t=30min, IL [emim+ ][Cl- ] y para Eucalipto son T=150°C, t=60min, IL [emim+ ][Cl- ] con una conversión con respecto a los azúcares teóricos del 40% y 29% respectivamente y una relación xilosa/glucosa del 25/75%. Otro punto interesante viene dado por los perfiles cinéticos durante 72 horas en la sacarificación, donde se concluyó que con pretratamiento alcalino y con líquidos iónicos el máximo de los azúcares se obtiene en un tiempo menor a las 24 horas. Finalmente, se recomienda continuar el trabajo de pretratamiento con líquidos iónicos, probando otros aniones y/o cationes, técnicas de separación y tamaños de partícula para la obtención de azúcares.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2007 / Bibliografia: f. 86-91 / Em vista da atual situação ambiental, o estudo de combustíveis de origem renovável toma grande importância, em vista do potencial destes combustíveis para reduzir a emissão de gases indutores do efeito estufa. Neste cenário o biodiesel se apresenta como u / Nowadays, the study of fuels originated from renewable sources takes great importance due to the current environmental scenario. This occurs because of the enormous potential of these fuels to reduce the global emission of greenhouse gases. Biodiesel repr

Tese (doutorado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2012 / Bibliografia: f. 150-158 / O mundo ao nosso redor é repleto de energia proveniente de fontes limpas. Assim, utilizar eficientemente esta energia que está ao nosso redor é um dos desafios da área de engenharia. Dentre as energias naturais, em especial a energia solar, um novo concei / The world around us is full of energy from natural sources. Efficient use of natural energy that surrounds us is a challenge for the engineering. Among the natural energies, especially solar energy, a new concept of energy conversion is in debate: the sol

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-03-10T15:18:58Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 702601 bytes, checksum: 8ca0cbe384f9a335577b24f5253d8cd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-10T15:18:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 702601 bytes, checksum: 8ca0cbe384f9a335577b24f5253d8cd5 (MD5) Previous issue date: 2015-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cachaça é uma bebida tipicamente brasileira e sua produção é uma atividade em expansão, com crescente apoio governamental. Muitos produtores de cachaça transformam os resíduos de produção, cabeça e cauda, em álcool combustível. Vários estudos mostraram que a produção de álcool combustível em pequena escala é economicamente viável e apresenta benefícios ambientais. Apesar destas vantagens, existem poucos estudos sobre os custos energéticos e as emissões de gases de efeito estufa na produção de álcool combustível em pequenas escalas em fazendas no Brasil. Com este trabalho objetivou-se o balanço de emissões e a análise energética do sistema de produção integrada, em fazendas, de cachaça de qualidade e álcool combustível de fazenda a partir de resíduos da produção de cachaça. A pesquisa de campo foi realizada em uma microdestilaria e lavouras pertencentes a um produtor localizado na Zona da Mata Mineira. O dispêndio de energia referente à etapa agrícola foi apresentado pelo consumo energético foi de 245,14 MJ TC -1 (tonelada de cana), sendo que deste total 80% foram destinados para produção de cachaça e 20% para obtenção do álcool combustível de fazenda a partir dos subprodutos cabeça e cauda. O consumo de energia na fase industrial foi de 30,44 MJ TC -1 , sendo 24,35 MJ TC -1 para a cachaça e 6,09 MJ TC -1 para o álcool combustível de fazenda. A relação de output/input foi 4,61 e o indicador de renovabilidade 0,27, mostrando que o álcool combustível produzido na fazenda a partir de subprodutos da cachaça é um combustível renovável. O total das emissões na fase agrícola foi 1.798,46 kg CO 2 eq./ha ano. Os gases de efeito estufa emitidos na fase industrial foi de 457,25 kg CO 2 eq./ha ano, emissões estas devidas ao uso de energia elétrica e da queima do bagaço para geração de energia térmica. A fase agrícola foi responsável por 79,73% das emissões totais e a fase industrial por apenas 20,27%. As emissões diretas de N 2 O, devido aplicação de fertilizantes nitrogenados e ao N contido nos resíduos da colheita, foi a categoria mais impactante na fase agrícola, seguida pelas emissões na produção de fertilizantes. Finalmente, o conhecimento dos impactos à qualidade do meio ambiente das atividades da produção da cachaça e do álcool combustível de fazenda poderá contribuir para a proposição de soluções mitigadoras que garantam a sustentabilidade destas atividades. / Cachaça is a typical Brazilian drink and its production is an activity expanding with growing government support. Many cachaça producers transform the head and tail wastes produced into fuel ethanol. Several studies have shown that the biofuel ethanol production on a small scale is economically viable and provide environmental benefits. Despite these advantages, there are few studies on the energy costs and the emissions of greenhouse gases for the production of ethanol in small scale in farms in Brazil. The objectives of this study were the emissions balance and the energy analysis of the integrated farm production system of quality cachaça, and of fuel ethanol from the waste of the cachaça production. The field research was carried out in a micro distillery and crops belonging to a producer located in the Zona da Mata Mineira (Minas Gerais, Brazil). The energy consumption related to the agricultural stage was 206,76 MJ TC -1 (TC = metric tons of sugar cane), and of this total 80% was due to the production of cachaça, and 20% for obtaining farm fuel ethanol from the head and tail by products. Energy consumption in the industrial phase was 30,44 MJ TC -1 ,with 24,35 MJ TC -1 for the production of cachaça, and 6,09 MJ TC -1 to obtain the farm fuel ethanol. The output/input ratio was 4,61 and the renewability indicator was 0,27, thus showing that the fuel ethanol produced on the farm from the cachaça by-products is a renewable fuel. The total emissions in the agricultural phase was 1.798,46 kg CO 2 eq./ ha year. Greenhouse gases emissions from the industrial phase were 457,25 kg CO 2 eq./ ha year and they were due to the use of electric power and the burning of sugar cane bagasse for thermal energy generation. The agricultural phase accounted for 79,73% of the total emissions, and the industrial phase only 20,27%. Direct N 2 O emissions due application of nitrogen fertilizer and the N contained in crop residues, was the most impressive category in the agricultural phase, followed by emissions in fertilizer. The knowledge of the impacts on the quality of the environment of the activities of the farm production of cachaça and fuel ethanol could contribute for the proposition of mitigation solutions that ensure the sustainability of these activities.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-03-16T10:18:25Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10784501 bytes, checksum: 310c50e585e16629c7d845d202baf9ed (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-16T10:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10784501 bytes, checksum: 310c50e585e16629c7d845d202baf9ed (MD5) Previous issue date: 2015-08-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A questão energética é um dos pontos centrais do conceito de desenvolvimento sustentável, entendido como o processo que busca satisfazer as necessidades do presente sem comprometer o futuro. A energia está presente em todas as ações de nossa vida cotidiana sendo, portanto, fundamental conhecer e dominar as técnicas de geração e conversão energéticas visando garantir a preservação do meio ambiente e o desenvolvimento social. O esgotamento das reservas de petróleo e os impactos ambientais causados pelo uso intensivo de combustíveis fósseis colocou na ordem do dia a discussão sobre novas fontes alternativas de energia. Esse tema tem sido pauta das reuniões dos chefes de estado, objeto de pesquisa em universidades e preocupação dos cidadãos ao redor do mundo. Uma das fontes renováveis para a geração de energia é o biogás resultante da digestão anaeróbia de resíduos animais, vegetais, industriais ou residenciais. Para melhorar o rendimento da digestão anaeróbia uma das tecnologias que vem sendo estudadas é a codigestão. Essa tecnologia é definida como a digestão simultânea de dois ou mais substratos orgânicos com o objetivo de maximizar a produção de biogás/biometano. O biometano é o metano produzido a partir da biomassa com propriedades energéticas semelhantes as do gás natural. A maioria dos projetos energéticos no meio rural não aproveita o potencial de geração de energia in loco, sendo caracterizados somente pela expansão da rede elétrica até as propriedades. A geração distribuída de energia elétrica se caracteriza por sua localização próxima aos centros de carga, sendo conectada ao sistema de distribuição ou na própria unidade consumidora apresentando como vantagens: (i) aumento da confiabilidade de fornecimento para consumidores; (ii) aumento da qualidade de energia; (iii) possibilidade de gerenciamento da ponta; (iv) possibilidade de redução de custos de expansão; (v) redução dos custos de transmissão e distribuição; (vi) adiamento e descentralização de investimentos; (vii) viabilidade econômica para atendimento de regiões remotas; e (viii) diversificação da matriz energética. O uso de ferramentas computacionais para o dimensionamento e planejamento integrado de recursos é uma opção para avaliar o potencial local e regional para a geração de energia a partir de resíduos agropecuários. Atualmente existem no mercado vários softwares de dimensionamento energético, a maioria tem um alto custo de licenciamento e uma vez que foram desenvolvidos em países do hemisfério norte não contemplam dados da realidade dos países em desenvolvimento como o Brasil. Neste trabalho foi desenvolvida a ferramenta computacional SAUDADE. (Sistema de Avaliação do Uso da Digestão Anaeróbia para o Dimensionamento Energético) composta por planilhas de cálculo do Microsoft Excel. A ferramenta possui uma base de dados constituída em uma geodatabase com a finalidade de criar o vínculo com o Sistema de Informação Geográfica (SIG) desenvolvido em ArcGIS. Para otimizar a mistura de resíduos animais e vegetais visando maximizar a produção de biometano foi utilizado o complemento do Microsoft Excel chamado Solver que permite o cálculo por programação linear. A ferramenta computacional SAUDADE pode ser aplicada para determinar o potencial de aproveitamento de resíduos agropecuários a nível de propriedade individual (uma granja) ou por meio de condomínios (associação de várias granjas) para o uso energético. O objetivo deste trabalho foi buscar soluções energéticas para as cadeias produtivas de frango de corte e de suínos da região da Zona da Mata de Minas Gerais a partir de resíduos agropecuários. A região é formada por 142 municípios e situa-se na porção sudeste do estado, próxima à divisa dos estados do Rio de Janeiro e do Espírito Santo. Os 2,19 milhões de habitantes da Zona da Mata representam 10,63% da população de Minas Gerais. Em 2011, a participação da região no Produto Interno Bruto (PIB) do Estado foi de apenas 7,47%. Em 2001, a Zona da Mata era responsável por 8,3% do PIB mineiro. Com mais de 5% da população abaixo da linha da miséria e crescente perda de dinamismo econômico, o combate à pobreza extrema é um desafio para a região. A avicultura e a suinocultura estão entre os segmentos que mais se destacam na agropecuária da Zona da Mata de Minas Gerais. De acordo com o IMA existem 241 granjas de suínos e 530 granjas de frango na região. O descarte dos dejetos da produção de suínos e frangos constituem um grave problema ambiental caso não sejam tratados convenientemente causando danos a saúde humana e animal. O aproveitamento desses resíduos agropecuários pode consistir numa nova cadeia de produção com um conjunto de processos para a geração, coleta, transporte e conversão energética, além da utilização como fertilizantes agrícolas. A aplicação da ferramenta computacional SAUDADE no estudo de caso da região da Zona da Mata de Minas Gerais teve os seguintes objetivos: (i) estimar os resíduos agropecuários disponíveis; (ii) estimar o potencial de produção de biometano a partir da codigestão de dejetos animais e resíduos de cultivos vegetais; (iii) comparação entre o potencial de geração de energia com o biometano produzido somente com os dejetos animais e o biometano produzido com a codigestão dos dejetos animais e resíduos de cultivos vegetais; (iv) avaliar os impactos da energia gerada com o biometano na matriz energética da região; (v) avaliar o potencial de produção de biofertilzante; (vi) avaliar o potencial de mitigação de emissões equivalentes de CO 2 ; (vii) avaliar a viabilidade econômica da geração de energia a partir do biometano em granjas de suínos e de frangos; (viii) avaliar a viabilidade econômica de condomínios de agroenergia considerando o transporte de resíduos por dutos ou estradas e o transporte do biometano por gasodutos. Os resultados deste estudo demonstraram que: (i) a codigestão contribui para aumentar a produção de biometano; (ii) o biofertilzante contribui para a viabilidade econômica dos cenários simulados; (iii) o potencial de energia gerada a partir do biometano pode satisfazer a demanda energética para produção de suínos e frangos nas granjas; (iv) o potencial de energia gerada a partir do biometano, produto da codigestão anaeróbia, pode satisfazer a demanda energética da maioria dos municípios em que foram simulados condomínios de agroenergia; (v) a inserção da eletricidade gerada a partir do biometano pode evitar a construção de novas pequenas centrais hidrelétricas na região evitando-se assim impactos ambientais e sociais; (vi) apesar dos benefícios da codigestão, a grande maioria dos cenários simulados não tiveram viabilidade econômica; e (vii) sem o estabelecimento de políticas públicas claras e eficazes para fomentar o uso dos resíduos agropecuários para a produção de biometano, esse potencial de energia não trará os benefícios energéticos e ambientais tão importantes para o setor. / The energy issue is one of the central points of the concept of sustainable development, understood as the process that seeks to satisfy the needs of the present without compromising the future. The energy is present in all the actions of our everyday lives is fundamental to know and master the techniques of generation and energy conversion in order to ensure the preservation of the environment and social development. The depletion of oil reserves and the environmental impacts caused by the intensive use of fossil fuels put on the agenda the discussion of new renewable energy sources. This theme has been the agenda of meetings of heads of states, the research object in universities and preoccupation of citizens around the world. One of renewable energy options for power generation is the biogas resulting from the anaerobic digestion of animal waste, vegetable, industrial or residential. To improve the efficiency of the anaerobic digestion one of the technologies that is being studied is the co-digestion. This technology is defined as the simultaneous digestion of two or more organic substrates in order to maximize production of biogas/biomethane. The bio-methane is methane (CH 4 ) produced from biomass with properties similar to those of the natural gas. Most energetic projects in rural areas despises power generation in loco, being characterized only by the expansion of the power grid until the properties. Distributed power generation is characterized by its location close to load centers, being connected to the distribution system or in the consumer unit. This type of generation has the following advantages: (i) increase the reliability of energy supply to consumers; (ii) increased power quality; (iii) peak hour management; (iv) the possibility of reducing expansion costs; (v) reduction in electrical transmission and distribution costs; (vi) delay and decentralization of investment; (vii) economic viability for service in remote areas; and (viii) diversification of energy sources. The use of computational tools for the design and integrated resource planning is an option to assess the local and regional potential for generating energy from agricultural waste. Currently exist in the market several energetic sizing software, most have a high cost of licensing and since been developed in northern countries do not match the reality of developing countries like Brazil. In this work was developed a computational tool named SAUDADE (System of Anaerobic Digestion Use and Assessment for the Energetic System Sizing) consists of Microsoft Excel spreadsheets. The tool has a database consisting in a geodatabase in order to create the link with the Geographic Information System (GIS) developed in ArcGIS. To optimize the mix of animal and vegetable waste to maximize the production of biomethane was used Microsoft Excel Solver that allows the optimization calculation by linear programming. The computational tool SAUDADE can be applied to size the use of agricultural waste to individual property level (a farm) or through condominiums (association of several farms).The objective was to seek energy solutions for production chains poultry and swine in the area of Zona da Mata of Minas Gerais State from agricultural waste. The region is composed by 142 municipalities and is located in the Southeastern portion of the state, near the border of Rio de Janeiro and Espirito Santo States. The 2.19 million inhabitants of the Zona da Mata represent 10.63% of the population of Minas Gerais. In 2011, the region's share in gross domestic product (GDP) of the State was only 7.47%. In 2001, the Zona da Mata was responsible for 8.3% of the state GDP. With more than 5% of the population below the poverty line and with increasing loss of economic dynamism, combating extreme poverty is a challenge for the region. The poultry and swine production are among the segments that stand out in agriculture in the Mata region of Minas Gerais. According to the Agricultural Institute of Minas Gerais (IMA) there are 241 swine farms and 530 poultry farms in the region. The waste from the production of swine and poultry are a serious environmental problem causing damage to human and animal health. The use of these agricultural waste may consist of a new production chain with a set of processes for the generation, collection, transportation and energy conversion. The application of computational tool SAUDADE in the case study of Minas Gerais Zona da Mata region had the following objectives: (i) estimate agricultural waste available; (ii) estimate the biomethane production potential from co-digestion of animal and waste vegetable; (iii) comparison of the potential for energy generation with biomethane produced only of animal waste and biomethane produced with the codigestion of animal waste and vegetable waste; (iv) evaluate the energy impact generated with biomethane in the energy matrix of the region; (v) evaluate the biofertilizer production potential; (vi) assess the potential for mitigation of CO2 equivalent emissions; (vii) evaluate the economic feasibility of energy generation from biomethane in swine and poultry farms; (viii) evaluating the economic viability of bioenergy condominiums considering the transport of waste through pipelines or roads and the transport of biomethane by pipelines. The results showed that: (i) the co-digestion helps to increase the production of biomethane; (ii) the biofertilzer contributes to the economic viability of simulated scenarios; (iii) the potential for energy generated from biomethane can meet the energy demand for the production of swine and poultry on the farms level; (iv) the potential for energy generation from biomethane can satisfy the energy demand of most of the municipalities in which they simulated condominiums agro- energy; (v) the inclusion of electricity generated from biomethane into the regional energy matrix can prevent the construction of new small hydropower plants in the region thus avoiding environmental and social impacts; (vi) despite the benefits of co- digestion, the vast majority of scenarios simulated presented no economic feasibility; and (vii) without establishing clear and effective public policies to promote the use of agricultural waste for the production of biomethane, the energy potential will not become in installed capacity. / La generación y uso de la energía es uno de los aspectos fundamentales implicados enpara el concepto de desarrollo sostenible, entendido como el proceso que busca satisfacer las necesidades del presente sin poner en peligro las del futuro. La energía está presente en todas las acciones de nuestra vida cotidiana por lo que es muy importante fundamental conocer y dominar las técnicas de generación y conversión de energía con el fin de garantizar la preservación del medio ambiente y el desarrollo social. El agotamiento de las reservas de petróleo y los impactos ambientales causados por el uso intensivo de combustibles fósiles, han puesto en la agenda la discusión de sobre las nuevas fuentes de energía renovables. Este tema ha sido discutido debatido en reuniones de jefes de Estado, es objeto de investigación en las universidades y de conversaciones de ciudadanos interesados de todo el mundo. Una de estas fuentes de energías renovables es el biogás resultante de la digestión anaerobia de los residuos animales, vegetales, industriales o y residenciales. Para mejorar la eficiencia de la digestión anaeróbica una de las tecnologías que se están estudiandoobjeto de estudio es la codigestión. Esta tecnología se define como la digestión simultánea de dos o más sustratos orgánicos con el fin de maximizar la producción de biogás / biometano. El biometano es el metano (CH4) producido a partir de biomasa con propiedades similares próximas a las del gas natural. La mayoría de los proyectos de energía en las zonas rurales desprecia la generación "in situ", consistiendo solamente en la expansión de la red eléctrica a las propiedades. La generación distribuida de energía distribuida se caracteriza por su ubicación cerca de los centros de cargademanda, pudiendo estar conectado o no a la red de distribución o en la unidad de consumo que, presentando las siguientes ventajas: (i) aumentar la fiabilidad del suministro a los consumidores; (ii) una mayor calidad de la energía; (iii) posibilidad de gestión de la demanda en las horas de consumo máximo; (iv) la posibilidad de reducciónir de los costes de expansión de la red pública de distribución; (v) reducción de los costes de transporte y distribución; (vi) aplazamiento y descentralización de la inversión; (vii) la viabilidad económica para el servicio en zonas remotas; y (viii) la diversificación de las fuentes de energía. El uso de herramientas computacionales para el dimensionamiento y la planificación integrada de los recursos es una opción para evaluar el potencial local y regional para de la generación de energía a partir de residuos agrícolas. Actualmente existen en el mercado varios softwares de dimensionamiento energético, la mayoría de los cuales tienen un alto costo de la licencia. Además, dado que y una vez que son desarrollados en los países del nortedel hemisferio norte, no atiendencoinciden con la realidad de los países en desarrollo, como es Brasil. En este trabajo fue desarrollada una herramienta computacional llamada SAUDADE (Sistema de Evaluación del Uso de la Digestión Anaerobia para el Dimensionamiento Energético), consistente mpuesta deen un conjunto de hojas de cálculo desarrolladas en el entornodel Microsoft Excel. La herramienta tiene una base de datos creada en unaconsistente en una geodatabase, con el fin de crear el vínculo con el Sistema de Información Geográfica (SIG) desarrollado en con el programa ArcGIS. Para optimizar la mezcla de residuos animales y vegetales con el objetivo de maximizar la producción de biometano, fue utilizado el complemento del Microsoft Excel llamado Solver que permite el cálculo coen programación lineal. La herramienta computacional S.A.U.D.A.D.E. se puede aplicar para dimensionar la utilización de residuos agroganaderos a nivel de propiedad individual (una granja) o a través de condominios (asociaciones ón de varias granjas). El objetivo de este trabajo fue buscar soluciones energéticas para las cadenaslos sectores productivos de producción de pollo de engorde y de cerdos en la región de Zona da Mata de Minas Gerais. La región está formada por 142 municipios y se encuentra en la parte sureste del estado, cerca de la frontera de los estados de Río de Janeiro y Espirito Santo. La región tiene 2,19 millones de habitantes que representan 10,63% de la población de Minas Gerais. En 2011, la región fue responsable porgeneró el 7,47% del producto interno bruto (PIB) del Estado. En 2001, esa poercentajge era de 8,3%. Con más de 5% de la población por debajo del umbral la línea de la pobreza y el aumento de la pérdida de dinamismo económico, la lucha contra la pobreza extrema es un desafío para la región. La avicultura y porcinocultura se encuentran entre los segmentos que se destacan en la agroganadería de la región de Zona da Mata de Minas Gerais. De acuerdo con el Instituto de Agroganadería de Minas Gerais (IMA), existen 241 granjas de cerdos y 530 granjas avícolas en la región. Los residuos de la producción de cerdos y pollos son un grave problema ambiental que causan daños a la salud humana y animal. El uso energético de estos residuos ganaderos puede consistir en una nueva cadena de producción, con un conjunto de procedimientos para la conversión de generación y, recolección, transporte de lay energía. La aplicación de la herramienta computacional SAUDADE en el estudio de caso de la región de Zona da Mata de Minas Gerais tuvo los siguientes objetivos: (i) estimar los residuos agroganaderos disponibles; (ii) estimar el potencial de producción de biometano a partir de los residuos animales y vegetales a través de la codigestión; (iii) comparación del potencial de generación de energía con el biometano producido solamente con residuos animales con el biometano producido con la codigestión de residuos animales y vegetales; (iv) evaluar el impacto de la energía generada con el biometano en la matriz energética de la región; (v) evaluar el potencial de producción de biofertilzante; (vi) evaluar estudiar el potencial de mitigación de las emisiones de CO2; (vii) evaluar la viabilidad económica de la generación de energía a partir del biometano en granjas de cerdos y pollos; (viii) evaluar analizar la viabilidad económica de condominios agrupaciones de bioenergía, considerando el transporte de los residuos a través de tuberías o camiones y el transporte de biometano por gasoducto. Los resultados mostraron que: (i) la codigestión ayuda a aumentar la producción de biometano; (ii) el biofertilizante contribuye a la viabilidad económica de los escenarios simulados; (iii) el potencial de la energía generada a partir de biometano puede satisfacer la demanda de energía para la producción de cerdos y pollos en las granjas; (iv) el potencial de la energía generada a partir de biometano puede satisfacer la demanda de energía de la mayoría de los municipios en los que fueran simuladlas agrupaciones os condominios agroenergéticas de productoresía; (v) la inclusión de la electricidad generada a partir de biometano puede evitar la construcción de nuevas pequeñas centrales hidroeléctricas en la región, evitando así impactos ambientales y sociales; (vi) aunque existan ventajas en la codigestión, la gran mayoría de los escenarios simulados no tenía viabilidad económica; y (vii) sin establecer políticas públicas claras y eficaces para promover el uso de residuos agroganaderos para la producción de biometano, el potencial de la energía no se convertirá en capacidad instalada.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-09-16T12:14:46Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1940591 bytes, checksum: 3da6520177746c26dd67daf0ea231e69 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-16T12:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1940591 bytes, checksum: 3da6520177746c26dd67daf0ea231e69 (MD5) Previous issue date: 2016-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Energy resource management is fundamental to the global economy and the well-being of its population. At the same time, changes in the climatic system threaten to deeply affect both the demand for energy and the energy supply. Firstly, it is important to understand how the existing resources can be used efficiently. Therefore, the first chapter of this thesis studies optimal operation a liquefied natural gas (LNG) importation terminal with storage, since LNG is increasingly being considered an key form of energy in the transition from fossil fuels to renewable energy sources. The main results suggest that the operation of existing infrastructure can be improved considerably. Secondly, we would like to know more about how vital societal functions could be affected by changes in the climate. In this respect, the second chapter investigates the impact of climate change on electricity demand: this chapter develops a method for incorporating weather uncertainty in electricity demand scenario generation under a non-stationary climate, then performs a case study using the method for the case of Brazil. In brief, the main results point to a significant increase in the uncertainty of electricity demand due to changes in the cliamte. Finally, after exploring the impact of climate change, it is natural to ask what can be done to mitigate the effects. The third chapter therefore performs an exploratory analysis on one of the most ambitious global efforts to mitigate climate change – the Clean Development Mechanism (CDM) – in which projects in developing countries implement greenhouse gas reduction measures to earn credits, which can be sold to entities in developed countries with reduction targets. The research aimed to uncover intended and unintended consequences of the mechanism, and thus learn valuable lessons which must be considered in future efforts. Mainly, the results suggest that mitigation projects in the poorest regions are the most sensitive to the price of carbon credits. / Gestão de recursos energéticos fundamental para a economia global e o bem-estar da população. Ao mesmo tempo, mudanças no sistema climático podem afetar profundamente a demanda por energia e o suprimento de energia. Primeiramente, é importante entender como os recursos existentes podem ser usados eficientemente. Por isso, o primeiro capítulo desta tese estuda a operação ótima de terminais de importação de gás natural liquefeito (GNL) com armazenamento. GNL cada vez mais considerado uma forma de energia chave e na transição de combustíveis fósseis as fontes renováveis. Os resultados principais sugerem que a operação de infraestrutura existente pode ser melhorada consideravelmente. Em segundo lugar, gostaríamos saber mais sobre como funções vitais da sociedade poderiam ser afetadas por mudanças no clima. Nesse contexto, o segundo capítulo examina o impacto de mudanças climáticas na demanda de energia elétrica: esse capítulo desenvolve um método para incorporar incerteza meteorológica na geração de cenários de demanda de energia elétrica sob um clima não-estacionária, e subsequentemente usa o método para estudar o caso do Brasil. Em resumo, o resultado principal sugere um aumento significativo na incerteza da demanda de energia elétrica devida as mudanças no clima. Finalmente, depois de investigar os impactos de mudanças climáticas, é natural perguntar o que pode ser feito para mitigar seus efeitos. Por isso, o terceiro capítulo apresenta uma análise exploratória de um dos esforços mais ambiciosos de mitigar mudanças climáticas – o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) – em que projetos em países em desenvolvimento realizam medidas de redução de emissões de gases de efeito estufa para ganhar créditos, que podem ser vendidos a entidades em países desenvolvidos com metas de redução. O objetivo da pesquisa foi descobrir consequências intencionais e não-intencionais do mecanismo, e assim e a aprender lições valiosas que devem ser considerados para esforços futuros. Os resultados sugerem que projetos de mitigação nas regiões mais pobres são os mais sensíveis ao preço de créditos de carbono.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Importar gas natural licuado (GNL) a través de contratos Take-or-Pay (ToP) para la generación de electricidad en sistemas hidrotérmicos es una tarea compleja ya que la demanda de gas es altamente incierta dada la variabilidad de las condiciones hídricas. Esto es agravado por la dificultad de transar ex-post los excedentes/déficits de GNL en un mercado secundario (p. ej. cuando el GNL importado no basta para satisfacer la demanda en condiciones hídricas húmedas), el cual es, muchas veces, muy reducido. En este contexto, la presente tesis propone un modelo de optimización estocástica de minimización de costos y aversión al riesgo que permite determinar portafolios óptimos de contratos de suministro de GNL para el sistema eléctrico nacional (desde la perspectiva del planificador social). Este portafolio incluye contratos con varios grados de flexibilidad e interacciones con el mercado spot. A través de varios casos de estudio basados en el principal Sistema eléctrico Chileno (SIC) se conluyó lo siguiente: (i) es óptimo, desde una perspectiva neutral al riesgo, importar GNL para una condición hídrica promedio . Esto implica que el GNL contratado (a través de contratos ToP) no será suficiente en condiciones hídricas secas donde se necesitarán centrales más costosas (p. ej. unidades diésel) para suplir la demanda eléctrica, mientras que en condiciones húmedas las centrales a gas desplazarán generación menos costosa (p. ej. unidades a carbón). (ii) es óptimo, desde una perspectiva de aversión al riesgo, importar GNL para una condición hídrica seca . Esto implica que el planificador social aumentará las importaciones de GNL para proteger al sistema de sobrecostos operacionales en condiciones secas. Esta decisión sistémica es fundamentalmente diferente a la tomada por compañías de generación en un ambiente de mercado, quienes se protegen del riesgo disminuyendo las importaciones de GNL. (iii) contratos ToP con cláusulas flexibles pueden soportar un aumento en los volúmenes importados de GNL acompañado de una reducción de costos operacionales del sistema. (iv) los requerimientos óptimos de GNL para el SIC son cercanos a 6 TWh por año, lo cual es casi el doble de los 3.47 TWh que se importan actualmente. Este monto (6 TWh) puede aumentarse si (i) el planificador social fuera averso al riesgo, protegiendo a los consumidores de sobrecostos producidos por sequías, y/o (ii) se modelaran contratos más flexibles. (v) aumentar los volúmenes importados de GNL a 6 TWh por año (desde los 3.47 TWh actuales) disminuirá los costos esperados del sistema en un 4.1% y reducirá los pagos de la demanda en un 32.1%. Esta reducción desproporcionada en los pagos de la demanda es debido a que parte del excedente del productor es transferido al consumidor gracias a una disminución de los costos marginales del sistema. (vi) es posible diseñar un mecanismo de pago (i.e. price uplifts) donde la demanda cubra parcialmente los costos fijos de los generadores (cuando los precios spot no cubran los costos de GNL) de manera de compartir eficientemente entre el riesgo generadores y demanda. Esto sería beneficioso para ambos ya que estarían en una mejor posición económica que la actual. A pesar que los casos de estudio están enfocados en el mercado chileno, creemos que esto es de interés para otros sistemas hidrotérmicos de América Latina y África, que enfrentan (o lo harán en el futuro cercano) problemas similares asociados al suministro de GNL. Por lo tanto esta investigación puede ser crítica para entender los costos y beneficios de las decisiones relacionadas con la importación de GNL y, de esta manera, sostener un desarrollo y una operación de sistemas eléctricos más eficiente y segura. Este trabajo es, a su vez, oportuno y puede servir para aprovechar los bajos precios en el mercado internacional del GNL que se observan actualmente. / Importing liquefied natural gas (LNG) through take-or-pay (ToP) contracts for electricity generation is significantly challenging in hydrothermal systems since gas demand from the electricity sector is highly uncertain due to the historical volatile behavior associated with hydro conditions. This is compounded by the difficulties to undertake ex-post trading of surpluses/shortfalls of LNG in a secondary market (e.g. when LNG imported does not suffice during dryer hydro conditions), which is –in many cases– significantly limited. In this context, this thesis proposes a cost-minimization, risk-averse stochastic optimization model that allows us to find optimum portfolios of LNG supply contracts for the national power system (from the social planner’s perspective). This portfolio includes contracts with various degrees of flexibility and interactions with the spot market. Through several case studies based on the Chilean power system, we found that: (i) it is optimal, from a risk-neutral, cost-minimization perspective, to import natural gas for an “average” hydro condition. This implies that contracted natural gas (through ToP contracts) will not suffice under dryer conditions where more costly plants (e.g. diesel units) will be needed to supply electricity demand and that gas plants will displace less costly plants (e.g. coal units) during wetter hydro conditions. (ii) it is optimal, from a risk-averse, cost-minimization perspective, to import natural gas for a “dryer” hydro condition. This implies that a social planner will increase LNG imports in order to hedge the system against operational cost spikes during dry conditions. This system-wide decision is fundamentally different to that taken in a market environment where generation companies (e.g. gas plant owners) tend to hedge risk exposure by under-importing LNG. (iii) flexible clauses in ToP contracts can support increased LNG import volumes and a reduction in system operating costs. (iv) optimal LNG system requirements for the Chilean main electricity system are circa 6 TWh per year which is almost twice the amount of 3.47 TWh that is currently being imported. This amount (6 TWh per year) can be increased if (i) the social planner were risk averse to protect consumers against higher costs driven by droughts, and/or (ii) more flexible contracts are modelled. (v) increasing the import volumes to 6 TWh per year (from current 3.47 TWh) will decrease expected system costs by 4.1% and reduce demand payments by 32.1%. This disproportional reduction in demand payments is observed since part of producer’s surplus is transferred to the consumer’s surplus as system marginal costs decrease. (vi) it is possible to design a payment mechanism (i.e. price uplifts) where demand can partially cover gas generators’ fixed costs (when spot prices cannot cover LNG costs) so as to efficiently share risks between gas generators and demand, and this will be beneficial for both since they will be in a better economical position compared to current situation. Although the case studies in this thesis are focused on the Chilean market, we believe that this is of interest to further hydrothermal systems in Latin America and Africa, which face (or will face in the near future) similar problems associated with LNG supply. Hence this research can be critical to understand the costs and benefits of various decisions associated with LNG imports and thus support a more efficient and risk-free operation and development of future electricity systems. This framework is also timely and can serve to take advantage of the present lower prices in the international LNG market.

Tesis para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónomo y al Grado de Magíster en Ciencias Agropecuarias, Mención Sanidad Vegetal / El desarrollo de fuentes de energía renovable, particularmente de cultivos energéticos como la caña común, Arundo donax, hace necesario identificar las potenciales plagas asociadas y sus posibles consecuencias en la producción. El áfido Melanaphis donacis (Passerini), es el principal artrópodo que se ha visto asociado a esta especie en parcelas experimentales en la región Metropolitana. Con el objetivo de aportar información básica para un futuro desarrollo de este cultivo y diseñar estrategias de manejo adecuadas y oportunas, se estudió el cambio en abundancia durante un año (2013) de la población de este áfido. Los niveles poblacionales se midieron a través de colectas quincenales de áfidos sobre hojas, desde parcelas sin tratamientos insecticidas y de una población silvestre de A. donax, realizando un recuento directo, calculando la media del número de áfidos por hoja por día de muestreo. El áfido estuvo presente durante todo el año en plantas de A. donax cultivado, siendo especialmente abundante en primavera-verano, con un número promedio máximo de 243 individuos hoja-1, mientras que en las plantas silvestres sólo se llegó a un máximo de 147 áfidos hoja-1. Además, se observaron abundantes enemigos naturales, especialmente coccinélidos y sírfidos, los que podrían estar contribuyendo a mantener las poblaciones de áfidos bajo niveles dañinos. / The development of renewable energy, particularly energy based on crops such as the giant reed, Arundo donax, this make necessary to identify potential associated pests and their possible impact on their production. The aphid Melanaphis donacis (Passerini) is the main arthropod that has been associated with this specie in experimental plots in the Metropolitan region. In order to provide basic information for future development of this crop and design management strategies that are appropriate and suitable, the variation of population of this aphid was studied for one year (2013). Population levels were measured through fortnightly collections of leaves from wild plots of A. donax without insecticide treatments, counting and recording the average per leave and sampling day. The aphid was present throughout year long, being especially abundant in spring and summer, with a maxim average number 243 individuals per leaf, while in wild plants only reached to a maximum of 147 aphids per leaf. Also natural enemies that help to keep aphid populations under damaging levels were observed abundantly, especially ladybirds and hoverflies.

O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação do regime operacional semicontínuo para a produção de hidrogênio e ácidos graxos voláteis, utilizando glicerol como substrato e inóculo misto. Em um teste preliminar em batelada, foi avaliado o potencial de produção de hidrogênio deste substrato, comparando com sacarose, utilizando inóculo natural e direto. Foram verificados resultados satisfatórios, com parâmetros de desempenho semelhantes e até superiores aos obtidos com sacarose, quando utilizada a inoculação direta. Sendo assim, dois reatores semi-contínuos foram operados durante 132 dias, empregando biomassa suspensa, e glicerol nas concentrações de 10 e 50 g/L. O inóculo empregado foi oriundo de reator anaeróbio, submetido a tratamento térmico. Para comparação dos resultados dos reatores semi-contínuos, outros dois reatores foram operados de forma contínua, durante 62 dias, sob as mesmas condições já descritas, exceto pela presença de meio suporte para aderência da biomassa. O tempo de detenção hidráulico testado foi 1 d em ambos os regimes operacionais propostos, sendo e o tempo de detenção celular dos reatores semi-contínuos de 1,5 d. Os indicadores de desempenho avaliados foram eficiência de conversão do substrato, volume, produtividade e rendimento de hidrogênio, bem como distribuição mássica de ácidos graxos voláteis e grau de acidificação. Também foi verificada a diversidade microbiana nos reatores semi-contínuos e contínuos. Os principais ácidos graxos formados nos reatores semicontínuos foram acético e butírico, e nos contínuos, propiônico. No início do experimento, foi verificada elevada produção de biogás e hidrogênio nos reatores semi-contínuos, com queda dos valores no decorrer do teste, sendo mais pronunciada no reator com maior concentração afluente de glicerol. Já os reatores contínuos, desde o início do teste, apresentaram baixa produção de gás, o que consequentemente resultou em baixíssimos valores de rendimento e produtividade de hidrogênio. Os reatores semi-contínuos apresentaram satisfatória produtividade volumétrica quando a menor concentração de glicerol foi empregada, alcançando o valor máximo de 2928 mL H2/L.d, e baixo rendimento, em torno de 0,1 mol H2/mol glicerol. Foi possível associar a elevada produção hidrogênio e ácidos graxos voláteis nos reatores semi-contínuos com o gênero Enterobacter. Já a baixa produção foi vinculada ao gênero Clostridium. Nos reatores contínuos, foi verificada a influência da família Veillonellaceae (Pectinatus), que são produtores de ácido propiônico. / The purpose of the present work was to evaluate the semi-continuous operational regime for production of hydrogen and volatile fatty acids, using glycerol as substrate and mixed inoculum. The hydrogen production potential from glycerol was evaluated by a preliminary batch test using natural and direct inoculum, and the results were compared with sucrose. Satisfactory hydrogen production results from glycerol were observed when direct inoculation was used, with similar and even better values when compared to sucrose. Two semi-continuous reactors were operated, during 132 days, with suspended biomass and glycerol at concentrations of 10 and 50 g/L. The inoculum was from an anaerobic reactor, submitted to thermal treatment. Two other reactors were operated continuously for 62 days as a comparison for the results of the semi-continuous reactors. The same conditions were applied, except for the presence of support medium for biomass adherence. The hydraulic detention time tested was 1 d in both operating regimes, and the semi-continuous reactors cell detention time was 1.5 d. The evaluated performance indicators were substrate conversion efficiency, volume and hydrogen yield, as well as mass distribution of volatile fatty acids and acidification degree. Microbial diversity was also evaluated in semi-continuous and continuous reactors. The main fatty acids formed were acetic and butyric in the semicontinuous, and propionic in the continuous reactors. There was a high production of biogas and hydrogen in the semi-continuous reactors at the beginning of the experiment, with rates dropping during the test, mainly in the reactor with higher affluent glycerol concentration. The continuous reactors presented low gas production from the beginning of the test, which resulted in extremely low values of hydrogen yield. The semi-continuous reactors presented satisfactory volumetric productivity when the lowest concentration of glycerol was used, reaching a maximum value of 2928 mL H2/L.d, and low yield, around 0.1 mol H2 / mol glycerol. It was possible to associate the high production of hydrogen and volatile fatty acids in the semi-continuous reactors with the genus Enterobacter. The low hydrogen production was related to the genus Clostridium. The continuous reactors were influenced by the presence of Veillonellaceae (Pectinatus) family, which are propionic acid producers.