Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5956.pdf: 2655473 bytes, checksum: dfaa0329652cfa24fb1dd3934c5b664b (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The aim of this study was to evaluate the influence of hydraulic retention time (HRT), the origin of different inoculum (sludge from a UASB reactor for swine wastewater treatment and poultry slaughterhouse), and different carbon source (glucose, cassava processing wastewater and cheese whey) on the stability and efficiency of the anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) for producing hydrogen. Twelve identical reactors were used, and in two reactors the mixture of glucose with cheese whey (R1S, R2S) was used as a substrate, six reactors were used with mix cassava processing wastewater and glucose (R1M, R2M, R3M and R4M). It was evaluated use of cheese whey (R3S, R4S, R5s and R6S) and cassava processing wastewater (R5M and R6M). The AFBRs were inoculated with sludge from a UASB reactor used in the treatment of swine wastewater (R1S, R3S, R1M, R3M, R5S, R6S, R5M and R6M) and sludge from a UASB reactor that treated poultry slaughterhouse wastewater (R2S, R4S, R2M, R4M), both heat treated. Variations of HRT (12-1 h) and substrate concentrations were performed (2-15 g .L -1), with temperature control at 30 ° C. The reactors that used cheese whey as substrate showed a greatest potential for hydrogen production, with yields (HY) of 3.2 mmolH2.g-1COD (R6S) and 2.6 mmolH2.g-1COD (R5S) were obtained by applying a HRT of 6 and 14 hours, with a concentration of 3 and 5 g.L-1, respectively. Both substrates showed potential for the production of ethanol with yields (EtOHY) of 4.2 mmolEtOH.g-1COD (R6M) and 3.5 mmolEtOH.g-1COD (R2S). In the comparison between the two inocula used, both showed a balance in terms of hydrogen production, but in terms of ethanol production, the sludge from poultry slaughterhouse showed highest potential. By cloning and sequencing of the 16S rRNA gene for bacteria domain reactor R4S (whey), there was a predominance of the genus Selenomonas (69 % of the sequences) and Clostridium (8 % of the sequences). For the reactor R3M (glucose and cassava) analyzes cloning and sequencing of bacterial consortium revealed similarities with Lactobaccilus. As for the archaeal domain, the sequencing of the 16S rRNA gene had highly similar to the genus Methanobacterium (98.5 % and 95 % of the sequences), for R4S and R3M, respectively reactors. / O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH), da origem de diferentes inóculos (lodo de suínos e lodo de aves), e da fonte de carbono (glicose, manipueira e soro de queijo) sobre a estabilidade e eficiência do reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) na produção de hidrogênio e etanol. Foram utilizados doze reatores idênticos, sendo que em dois reatores foram utilizados mistura de glicose com soro de queijo (R1S, R2S), seis reatores foram utilizados a mistura de água do processamento da mandioca (manipueira) e glicose (R1M, R2M, R3M e R4M). Também foi avaliado o uso individual do soro de queijo (R3S, R4S, R5S e R6S) e da manipueira (R5M e R6M). Os RALFs foram inoculados com lodo proveniente do tratamento de águas residuárias de suinocultura (R1S, R3S, R1M, R3M, R5S, R6S, R5M e R6M) e de águas residuárias do abatedouro de aves (R2S, R4S, R2M, R4M), ambos tratados termicamente. Foram realizadas variações de TDH (14-1 h) e concentrações de substrato (2- 15 g. L-1), com controle de temperatura a 30°C. Os reatores que utilizaram soro de queijo como substrato apresentaram um maior potencial para a produção de hidrogênio, com rendimentos (HY) de 3,2 mmolH2.g-1DQO (R6S) e 2,6 mmolH2.g-1DQO (R5S), por meio da aplicação de um TDH de 6 e 14 horas, com uma concentração de 3 e 5 g.L-1, respectivamente. Ambos os substratos apresentaram potencial para a produção de etanol, com rendimentos (EtOHY) de 4,2 mmolEtOH.g-1DQO (R6M) e 3,5 mmolEtOH.g-1DQO (R2S). Na comparação entre os dois inóculos utilizados, ambos apresentaram um equilíbrio em termos de produção de hidrogênio, porém em termos de produção de etanol, o lodo proveniente do abatedouro de aves apresentou um maior potencial. Por meio da clonagem e sequenciamento do gene RNAr 16S para o domínio bactéria do reator R4S (soro de queijo), houve a predominância do gênero Selenomonas (69% das sequências) e do gênero Clostridium (8% das sequências). Para o reator R3M (glicose e manipueira) as análises de clonagem e sequenciamento do consórcio bacteriano revelaram semelhanças com Lactobaccilus. Já para o domínio archaea, o sequenciamento do gene RNAr 16S, teve altas similaridades com gênero Methanobacterium (98,5% e 95% das sequências), para os reatores R4S e R3M, respectivamente.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2364.pdf: 1102875 bytes, checksum: b267e8f11265cae314ce120c5c408adf (MD5) Previous issue date: 2008-10-30 / The yield ethanol (hP) is one of the most important parameters to be evaluated in the industrial process of alcohol fermentation. Because most plants neither present a reasonable level of automation, nor perform frequent analytical measures during the batch, the hP is currently calculated by methodology based on by-products formed in the process. Such calculation is questioned as to its accuracy because it almost always presents high values of hP. Still, with regard to the process of alcohol fermentation, the kinetic modeling of the fermentation process has been studied extensively. However, the proposed models have not properly represented the industrial process in which the fermenter initially containing the inoculum ( preculture ) is fed with a flow of wort (feeding culture medium) until its filling, following the fermentation, in batch, until the substrate exhaustion. The aim of the present study is propose a new methodology for calculating the yield ethanol (hP) based on material balances. The hP results obtained in the pilot plant (80.5 to 87.9%) and industrial plant (84.2 and 92.1%) presented by the new method tracks near values. However, values of hP obtained by the present methodology were lower than those obtained by the traditional by-products method, currently used by almost all sugar and alcohol mills. Still, a kinetic model was proposed to describe the conventional process of fermentation considering the existence of two cellular performances during the process, with regard to the consumption of substrate and to the production of ethanol. The model properly described the performance of the concentration of cells (CX), substrate (CS) and ethanol (CP) over all cultures, showing that the assumptions considered when preparing the model were concerned about the reality of the phenomenon observed. Finally, estimated values of kinetic parameters of the proposed model showed little variation in different cultures as well as values within a range of literature. / O rendimento em etanol (hP) é um dos parâmetros mais importantes a ser avaliado no processo industrial de fermentação alcoólica. Devido ao fato da maioria das usinas não apresentar um nível de automação razoável, nem realizar medidas analíticas freqüentes durante as bateladas, o hP é atualmente calculado por metodologia baseada nos subprodutos formados no processo, cálculo questionado quanto a sua precisão, pois gera quase sempre altos valores de hP. Ainda, no que diz respeito ao processo de fermentação alcoólica, a modelagem cinética do processo fermentativo tem sido estudada extensivamente. No entanto, os modelos propostos não têm representado adequadamente o processo industrial no qual a dorna inicialmente contendo o inóculo ( pé de cuba ) é alimentada com uma vazão de mosto até seu enchimento, seguindo a fermentação, em batelada, até o término do substrato. O presente trabalho teve como objetivo principal a proposta de uma nova metodologia de cálculo do rendimento em etanol (hP) com base nos princípios de balanço material. Os resultados de hP obtidos na planta piloto (80,5 a 87,9%) e na industrial (84,2 e 92,1%) pela nova metodologia apresentaram faixas próximas de valores. No entanto, estes valores obtidos de hP foram inferiores àqueles obtidos pela metodologia tradicional por subprodutos, utilizada atualmente pela quase totalidade das usinas de açúcar e álcool. Ainda, foi proposto um modelo cinético para descrever o processo convencional de fermentação alcoólica considerando a existência de dois comportamentos celulares ao longo do processo, no que diz respeito ao consumo de substrato e à produção de etanol. O modelo descreveu adequadamente os comportamentos das concentrações de células (CX), substrato (CS) e de etanol (CP) ao longo de todos os cultivos, mostrando que as hipóteses consideradas na elaboração do modelo foram pertinentes quanto à realidade do fenômeno observado. Por fim, os coeficientes cinéticos estimados do modelo proposto apresentaram uma pequena variação nos diferentes cultivos, bem como valores dentro de uma faixa de literatura.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

nÃo hà / Given the current situation in which it is the global energy sector, biofuels have been gaining more space, earning special attention the ethanol, which has shown growing demands. From this scenario, the objective of this work was to develop a bioprocess technically and economically practicable for ethanol production from cashew apple juice, using yeast Saccharomyces cerevisiae (CCA008) genetically modified containing a flocculent gene (FLO5α). The work was divided in 4 four stages that are linked throughout the study. In the first stage was evaluated the temperature influence (26, 30, 34, 38 and 42ÂC), the inoculum concentration (3, 5, 8 and 10 g.L-1) and the stirring speed (80, 150, 300, 490, 650 and 800 rpm), so it could be determined the best conditions to maximize ethanol production. It was observed that the temperature operating parameter, the initial cellular concentration, substrate concentration and stirring exerted influence on the alcoholic fermentation of the cashew apple juice. The best performance to the fermentative process (98,8 %) happened when the process was conducted at 34 ÂC, under 150 rpm stirring and 5 g.L-1 of initially cell concentration. The second stage was intended to describe the process efficiency in face of the operation parameters evaluated in fermentation. To this end, it was successfully used statistic models to describe the interaction between the initial substrate concentration, temperature, initial cell concentration, stirring and their possible effects on the yield. The model that best fit the experimental data was used to obtain the optimum conditions from the operating variables, indicating the following conditions as great: substrate concentration (S0) of 102 g.L-1, temperature (T) at 34ÂC, inoculum concentration (X0) of 5 g.L-1 and stirring (Agit) of 140 rpm, predicting a 98,80 % of efficiency. In the third stage was studied ethanol production in optimum conditions, being used to implement the scale up process, in which the data obtained in a 1L bioreactor batch were used to predict the fermentation behavior in a 14L bioreactor batch, using the volumetric power consumption as a parameter to scale-up. Using this factor as being of 10,67 kW/m3, it was possible to calculate the fermenter stirring power in a 14 times bigger volume, as well as foresee which stirring would be necessary so the fermentation can occur, similarly as in the lower volume fermenter. Results showed that yield from the 14L bioreactor were satisfactory, having a small difference (96,56 %  0,3 %) between yield from the 1L bioreactor (98,80 %  1,6 %). The fourth and last stage was rated the technical and economic viability of the process. Analyzing results, it is possible to say the industrial process here proponed has shown technical viability, since the value obtained for the process yield (68 L/ton), was close to sugar cane fermentation (61 â 72 L/ton). However, it did not show economic viability since the industrial unity provides negative cash flow (- R$ 93.840.874) in the end of 10 years that was analyzed. So, new studies must be conducted in order to make this process economically viable, this possibility being observed in various scenarios generated in analyzing the sensibility of process, which presents possible economically viable settings. / Diante da conjuntura atual em que se encontra o setor energÃtico mundial, os biocombustÃveis vÃm ganhando cada vez mais espaÃo, merecendo atenÃÃo especial o etanol, o qual apresenta demanda crescente. A partir desse cenÃrio, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um bioprocesso tecnicamente e economicamente viÃvel para produÃÃo de etanol a partir do suco de caju, utilizando levedura Saccharomyces cerevisiae (CCA008) geneticamente modificada contendo gene floculante (FLO5α). O trabalho foi dividido em 4 quatro etapas que se interligam durante todo o estudo. Na primeira etapa foi avaliada a influÃncia da temperatura (26, 30, 34, 38 e 42ÂC), da concentraÃÃo de inÃculo (3, 5, 8 e 10 g.L-1) e da velocidade de agitaÃÃo (80, 150, 300, 490, 650 e 800 rpm) para que as condiÃÃes Ãtimas que maximizam a produÃÃo de etanol, fossem determinadas. Observou-se que os parÃmetros operacionais de temperatura, concentraÃÃo celular inicial, concentraÃÃo de substrato e agitaÃÃo exerceram influÃncia na fermentaÃÃo alcoÃlica do suco de caju. O melhor rendimento para o processo fermentativo (98,8 %) ocorreu quando o processo foi conduzido a 34 ÂC, sob agitaÃÃo de 150 rpm e contendo incialmente 5 g.L-1 de cÃlulas. Na segunda etapa, pretendeu-se descrever o rendimento do processo em funÃÃo dos parÃmetros operacionais avaliados na fermentaÃÃo. Para tanto, utilizaram-se, com sucesso, modelos estatÃsticos para descrever a interaÃÃo entre a concentraÃÃo inicial de substrato, temperatura, concentraÃÃo celular inicial, agitaÃÃo e seus possÃveis efeitos no rendimento. O modelo que melhor se ajustou aos dados experimentais foi utilizado na obtenÃÃo das condiÃÃes Ãtimas das variÃveis operacionais, indicando as seguintes condiÃÃes como Ãtimas: concentraÃÃo de substrato (S0) de 100 g.L-1, temperatura (T) igual a 34 ÂC, concentraÃÃo de inÃculo (X0) igual a 5 g.L-1 e agitaÃÃo (Agit) de 140 rpm, predizendo um rendimento de 98,80 %. Na terceira etapa, realizou-se o estudo da produÃÃo de etanol nas condiÃÃes Ãtimas, sendo as mesmas utilizadas para implementar a ampliaÃÃo de escala do processo, na qual os dados obtidos em biorreator batelada de 1L foram utilizados para predizer o comportamento da fermentaÃÃo em biorreator batelada de 14L, utilizando a potÃncia por unidade de volume como parÃmetro de scale-up. Utilizando tal fator como sendo de 10,67 kW/m3, foi possÃvel calcular a potÃncia de agitaÃÃo do fermentador de volume 14 vezes maior, assim como prever qual agitaÃÃo seria necessÃria para que a fermentaÃÃo ocorresse de forma semelhante à ocorrida no fermentador de menor volume. Os resultados mostraram que o rendimento obtido no biorreator de 14L foi satisfatÃrio, apresentando uma pequena diferenÃa (96,56 %  0,3 %) para o biorreator de 14L em relaÃÃo ao rendimento obtido para o de 1L (98,80 %  1,6 %). Como quarta e ultima etapa, avaliou-se a viabilidade tÃcnica e econÃmica do processo. Analisando os resultados obtidos, à possÃvel afirmar que o processo industrial proposto apresentou viabilidade tÃcnica, uma vez que o valor obtido para o rendimento do processo (68 L/ton), foi prÃximo ao da fermentaÃÃo da cana-de-aÃÃcar (61 â 72 L/ton). Contudo, o mesmo nÃo apresentou viabilidade econÃmica, uma vez que a unidade industrial proporciona um fluxo de caixa negativo (- R$ 93.840.874) ao final dos 10 anos em que foi analisado. Assim, novos estudos devem ser realizados com o intuito de tornar tal processo economicamente viÃvel, sendo esta possibilidade observada nos vÃrios cenÃrios gerados na anÃlise de sensibilidade do processo, o qual apresenta possÃveis configuraÃÃes economicamente viÃveis.

Fatores ambientais e econômicos impulsionam mundialmente a produção de biocombustíveis. No Brasil, o etanol, produzido da cana-de-açúcar, já é um biocombustível estabelecido e substitui ca. 40% da gasolina, representando 13% do total de energia necessária para transportes. Nesse cenário, o Rio Grande do Sul (RS) é um grande comprador de etanol, tendo produzido nos últimos anos apenas 2% do consumo estadual de etanol hidratado combustível. O estado também consome em média 600 milhões de litros de etanol anidro por ano, adicionados na proporção de 25% à gasolina comum, e, a partir de 2010, 460 milhões de litros de etanol por ano para a produção de polietileno verde. Essa conjuntura demonstra uma oportunidade para aumentar a produção local de etanol. O presente trabalho buscou primeiramente avaliar a viabilidade da produção de etanol no Rio Grande do Sul em um modelo de microusinas descentralizadas (ca. 1.000 L.dia-1). Para tanto, foram empregados os indicadores econômicos, como valor presente líquido, taxa interna de retorno de investimento e tempo de retorno de investimento. Foram comparados cenários que empregaram apenas cana-de-açúcar e combinações de cana-de-açúcar, sorgo sacarino, mandioca e batata-doce. A utilização de cana-de-açúcar sem o consórcio com outra cultura se mostrou inviável, exceto quando mais de 40% ou 80% da produção, para as produtividades de 80 e 50 t.ha-1 respectivamente, é destinada ao consumo próprio. Entre os cenários com combinação de culturas, aqueles que combinaram sorgo com cana-de-açúcar e sorgo com batata-doce foram os únicos que se mostraram viáveis quando toda a produção foi destina à venda para terceiros. Quando produtividades médias de cana-de-açúcar próximas a 80 t.ha-1 podem ser alcançadas, verificou-se que a combinação dessa cultura com sorgo sacarino apresentou o melhor potencial entre os cenários avaliados. Já para regiões onde esses valores não são atingidos, o consórcio de sorgo sacarino e batata-doce se mostrou a melhor opção. Posteriormente, foram realizados experimentos em shaker para estudar a influência da concentração de substrato e da proporção de enzima na hidrólise a frio da batata-doce, determinar o melhor pré-tratamento, verificar a necessidade de suplementação do meio e do controle de pH na condução das hidrólises e fermentações simultâneas e finalmente testar a melhor condição em biorreator. Para hidrolisar o amido, empregou a mistura de enzimas Stargen™ 002 e, para suplementar o meio, o fertilizante NITROFOS KL. Em todos os experimentos, usou-se a cultivar BRS Cuia, cuja caracterização indicou teor de carboidratos de 28,7%, possibilitando a produção de 185 L.t-1 de etanol e 7.400 L. ha-1. A metodologia de superfície de resposta indicou a condição 200 g.L-1 de batata-doce e 45 GAU.g de batata–doce-1 como a que apresentou o melhor compromisso entre alta taxa de formação de glicose na primeira hora (8,3 g.L-1.h-1) e baixo consumo de enzimas. O pré-tratamento de uma hora que levou a maior concentração de glicose (14,3 g.L-1) foi na temperatura de 52°C na presença da mistura de enzimas. O estudo da hidrólise e fermentação simultâneas mostrou que a suplementação do meio não apresenta influência significativa, enquanto o controle de pH aumentou em aproximadamente 40% a produção de etanol. Os testes em biorreator reproduziram os resultados anteriores mesmo sendo realizados em ambiente semiestéril, que se aproxima da condição industrial. / In Brazil, sugarcane ethanol is already a reality as a biofuel and replaces 40% of gasoline, meaning 13% of energy for transportation. In this scenario, Rio Grande do Sul has produced only 2% of the annual demand for hydrate ethanol in the last years; therefore it is a big importer of ethanol from other states. Additionally, it consumes every year 600 million liters of anhydrous ethanol mixed in the gasoline and 460 million liters for production of green plastic. These numbers highlight the opportunity of producing ethanol locally. In regard to these facts, the present work aimed to evaluate the feasibility of producing ethanol in small scale plants (ca. 1 000 L.dia-1) in Rio Grande do Sul. For this purpose, economic indicators, such as net present value, internal rate of return and payback period were employed. The compared scenarios involved combinations of sugar cane, sweet sorghum, cassava and sweet potato. When only sugarcane was used, the scenarios for 80 and 50 t.ha-1 were unfeasible if less than 40% or 80% of the production, respectively, was used by the own producer. Regarding the scenarios with mix of crops, the mix of sweet sorghum with sugar cane and sweet sorghum with sweet potato presented the best performances. For regions, where 80 t.ha-1 of sugar cane productivity can be achieved, it was verified that the first combination leads to the best result. For other regions, the combination of sweet sorghum and sweet potato presented itself as the more feasible scenario. As a consequence, in the second part of this work, the cold hydrolysis and fermentation of sweet potato was experimentally studied. For that, it was employed the sweet potato strain BRS Cuia, whose carbohydrate level reaches 28,7%. What it can be translated into a potential to produce 185 L.t-1 ethanol, or equivalently 7 400 L. ha-1. The enzymes blend adopted for the hydrolysis stage was Stargen™ 002, while the fertilizer NITROFOS KL was used for fermentation medium supplementation. The surface response method indicated 200 g.L-1 of sweet potato and 45 GAU.g of sweet potato-1 as the best balance between high glucose formation rate in the first hour (8,3 g.L-1.h-1) and low enzyme consume. The one hour pre-treatment that achieved the highest glucose concentration (14,3 g.L-1) was at 52°C in the presence of the enzymes blend. The study of the simultaneous hydrolysis and fermentation showed that the medium supplementation has no significant effect over the fermentation performance, while the pH control is beneficial, improving the ethanol production in 40%. Finally, the tests in bioreactor could reproduce the previous results, even though the experiments were carried out non-sterilely.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-11-03T12:55:19Z No. of bitstreams: 1 Jonathas Rafael Moura de Oliveira.pdf: 1914760 bytes, checksum: 7b129e821da38e2d66a5ac9fc492da19 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-03T12:55:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jonathas Rafael Moura de Oliveira.pdf: 1914760 bytes, checksum: 7b129e821da38e2d66a5ac9fc492da19 (MD5) Previous issue date: 2014-02-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Currently sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) has become very important for the energy sector and sugarcane in Brazil, which is constantly seeking alternatives to increase agricultural and industrial yields, especially in the off season of cane sugar, decreasing the idle time and production costs. It is a rustic agricultural species, with good adaptation to environmental stresses, such as those found in the Northeast, with features similar to stalks of sugarcane juice rich in fermentable sugars, and can be used to produce ethanol in the same facility used by the cane sugar. The culture is totally mechanized (by planting seeds, and harvesting), high productivity of green biomass (60-80 t ha-1), with high yields of ethanol (3000-6000 l.ha-1), bagasse usable as a source of energy (steam and electricity cogeneration industrialization). The present study was designed to indicate the most suitable for a probable launch as a variety to be grown in the Zona da Mata, Region of the State of Pernambuco, Northeast, Brazil genotypes. For this purpose, an experiment was carried out from February to June 2014 in the experimental field at the Pernambuco Agricultural Institute Enterprise - IPA, in Vitória de Santo Antão, Pernambuco. The study consisted of 65 progenies that are the result of segregation F6 a cross between two varieties (IPA467-4-2 X IPA 2502), where the first strain was used as male parent and the second as the female parent, were obtained in Vitória Santo Antão - PE in 2010, tested in Caruaru - PE in 2011 and retested in Vitória de Santo Antão - PE in 2013, more than 15 witnesses were commercial varieties in the region, including these two parental strains. The experiment was designed in randomized blocks, consisting of 80 plots and 3 replications, where each portion had dimensions of 6.0 x 0.8 m, with a total area of 4.80 m2 and is considered an area of 3.20 m² (0 , 8 x 4m), eliminating the first meter of each boundary. Variables according to the production characteristics presented in the field were analyzed: average height of plant (AMP); Days to flowering (FL); Total production of green matter (PMV); Production Shed (PCL) and Percentage of thatch to produce total green matter (% CL). Besides the agroindustrial features: Production of total dry matter (PMS); Percentage of total dry matter (% MST); Production Shed (PCL); Harvesting Brix (Brix); Extraction efficiency of broth (EEC) and theoretical Ethanol (ET). Means were compared by Scott - Knott test at 5% level of probability, genetic correlations being conducted to complement the study of these variables. / Atualmente o sorgo sacarino (Sorghum bicolor (L.) Moench) apresenta-se muito importante para o setor sucroalcooleiro e energético do Brasil, que vem buscando constantemente alternativas para aumentar rendimentos agrícolas e industriais, principalmente na entressafra da cana-de-açúcar, diminuindo o tempo ocioso e os custos de produção. É uma espécie agrícola rústica, com boa adaptação a estresses ambientais, tais como os encontrados na Região Nordeste, apresenta colmos com caldo semelhante ao da cana, rico em açúcares fermentescíveis, e pode servir para a produção de etanol na mesma instalação utilizada pela cana-de-açúcar. A cultura é totalmente mecanizável (plantio por sementes, tratos culturais e colheita), alta produtividade de biomassa verde (60 a 80 t.ha-1), com altos rendimentos de etanol (3.000 a 6.000 l.ha-1), com bagaço utilizável como fonte de energia (vapor para industrialização e cogeração de eletricidade). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de novas progênies F6 de sorgo de duplo propósito (grão e forragem, incluindo colmo seco e sacarino), visando definição de aptidão e uso. Para tanto, foi conduzido um experimento nos meses de fevereiro a junho de 2014, no campo experimental no Instituto Agronômico de Pernambuco – IPA, no município de Vitória de Santo Antão-PE. O estudo foi composto por 65 progênies que são resultado da segregação F6 do cruzamento entre duas variedades (IPA 467-4-2 X IPA 2502), onde a primeira variedade foi utilizada como parental masculino e a segunda como parental feminino, sendo obtidas em Vitória de Santo Antão – PE em 2010, testadas em Caruaru – PE em 2011 e novamente testadas em Vitória de Santo Antão – PE em 2013, mais 15 testemunhas que foram variedades comerciais na região, incluindo nestas as duas variedades parentais. O experimento foi delineado em blocos casualizados, composto por 80 parcelas e 3 repetições, onde cada parcela teve dimensões de 6,0 x 0,8m, com 4,80m2 de área total, sendo considerada uma área útil de 3,20 m² (0,8 x 4m), eliminando o primeiro metro de cada bordadura. As variáveis foram analisadas de acordo com as características de produção apresentada em campo: Altura média de planta (AMP); Dias até o florescimento (FL); Produção de matéria verde total (PMV); produção de colmo (PCL) e Porcentagem de colmo na produção de matéria verde total (%CL). Além das características agroindustriais: Produção de matéria seca total (PMS); Porcentagem de matéria seca total (%MST); Produção de colmo (PCL); Brix na colheita (BRIX); Eficiência de extração de caldo (EEC) e Etanol teórico (ET). As médias foram comparadas pelo teste de Scott - Knott em nível de 5% de probabilidade, sendo realizada a correlação genotípica para complementar o estudo destas variáveis.

Biofuels gradually expand their potential share in power generation, due to the progressive reduction of fossil carbon reserves, combined with growing energy demands of society. Brazil has favorable conditions for the cultivation of bioenergy sources due to its tropical climate and it s currently concentrated on a single source, sugar cane. However, due to the low temperatures in winter and incidences of frost, only the State of Rio Grande do Sul doesn´t have the potential climate for planting sugar cane and, consequently, its reduced share in the production of ethanol. An alternative to sugar cane are the starchy, among which we can highlight sweet potato and cassava. Apart from subsistence farming, sweet potatoes (Ipomoea batatas) may be marketed for the biofuels industry, benefiting small farmers. This project intends to determine the technical and economic feasibility of producing ethanol fuel in a small plant in the town of Santa Maria, the central region of Rio Grande do Sul, using as raw materials sweet potato (Ipomoea batatas) starch. Results show technical feasibility, obtaining 190 liters of hydrous ethanol from 1,000 kg of sweet potato. Processing cost amounts R$ 0.96 (US 0.46) per liter. From this value, 35.4% is the raw material contribution and 64.6% is due to processing cost. ABC cost was applied and the main expenditure element was manpower (37%) and the main activity cost was distillation (35%). Both technically and economically deploying a small industrial unit requires no large economic support, what means that it s an affordable investments for a small farmer. And finally, the process is flexible, because it can use several raw materials to produce ethanol, like manioc, sweet potato and sweet sorghums. That characteristic can allow a more continuous production around the year an can minimize the risks of dependence from one sole crop. / Os biocombustíveis ampliam gradativamente seu potencial de participação de geração de energia, em decorrência da redução progressiva das reservas de carbono fóssil, aliado à crescente demanda energética da sociedade. O Brasil possui condições favoráveis ao cultivo de espécies bioenergéticas por apresentar clima tropical, que atualmente está concentrado no setor sucroalcooleiro tendo como fonte principal a cana-de-açúcar. Devido às baixas temperaturas no inverno e incidências de formação de geadas, apenas parte do estado do Rio Grande do Sul tem potencial climático para o plantio da cana-de-açúcar e, consequentemente, reduzida participação na produção de etanol no cenário nacional. Uma fonte de matéria-prima alternativa são as amiláceas, das quais podemos destacar a batata-doce e a mandioca. Além do cultivo de subsistência a batata-doce (Ipomoea batatas) pode ser comercializada para a indústria de biocombustíveis, beneficiando pequenos agricultores. Este trabalho determina a viabilidade técnica e econômica de produção de etanol combustível, em uma pequena unidade de produção na cidade de Santa Maria, região central do Estado do Rio Grande do Sul, empregando a amilácea batata-doce (Ipomoea batatas). Os resultados apresentam viabilidade técnica de produção de etanol a partir de batata-doce, de 1000 Kg de matéria-prima foram obtidos 190 litros de etanol hidratado. Sob o ponto de vista econômico os custos industriais obtidos foram de R$ 0,96 (noventa e seis centavos) por litro de etanol hidratado, deste valor 35,4% corresponde à contribuição do custo da matéria-prima e 64,6% contribuição do custo de processamento. Do custeio ABC conclui-se que o principal elemento de despesa foi a mão-de-obra (37%) e, em relação às atividades a que apresentou mais dispêndio foi a destilação (35%). Tanto tecnicamente como economicamente a implantação de uma pequena unidade industrial não exige capacidade de economia de escala, ou seja, os investimentos são suportáveis por uma pequena propriedade agrícola. O processo revela-se flexível, permitindo a utilização da mesma unidade industrial com uma matriz diversificada de produtos agrícolas, característica que permite estabilidade de produção nas várias estações do ano e reduz o risco da dependência de uma só cultura.

Consequências decorrentes da influência antrópica no aquecimento global têm apontado para a real necessidade de utilização de alternativas energéticas renováveis e, dentre estas, dos agrocombustíveis. Nesse contexto, a crescente e significativa demanda interna e externa por etanol de cana-de-açúcar implicam em diversas transformações espaciais em nível nacional, estadual e municipal, movimentando a economia e indicando impactos socioambientais relacionados aos aspectos produtivos, sobretudo ligados à monocultura canavieira. Com o processo de descentralização da gestão ambiental no Brasil, concebido a partir da Política Nacional de Meio Ambiente, os municípios se vêem pressionados a atuar em seus territórios, mas para que isso aconteça de maneira efetiva, além da necessidade de articulação dos órgãos ambientais entre as distintas esferas do Poder Público, cada município precisa instituir seu Sistema Municipal de Meio Ambiente, SISMUMA. Assim, o objetivo maior da presente pesquisa é verificar a atuação do SISMUMA frente à crescente produção de etanol de cana-de-açúcar no Estado de São Paulo, consistindo, além da revisão bibliográfica sobre a temática, em estudo de casos nos municípios de Brotas e Araraquara. / The effects of human activities on global warming have highlighted to need to use alternative energy sources, among these, the biofuels. In this context, the large and growing domestic and international demand for sugarcane ethanol implies several spatial transformations at the national, state and municipal levels, boosting the economy and causing socio and environmental impacts related to productive activities, especially sugarcane monoculture. With the decentralization of environmental management in Brazil, as conceived of by the Environmental National Politic, municipalities have been under pressure to act in their domains. However, for efficient implementation, each municipality must establish its Municipal Environmental System, the so called SISMUMA, and there is thefor environmental agencies and the various Government agents to coordinate their efforts. Therefore, the main objective of this research is to verify SISMUMA\'s capability to act in the face of the growing production of sugarcane ethanol in São Paulo. The study involved review of the literature on the subject and case studies in the municipalities of Brotas and Araraquara.

Syftet med projektet var att studera effekten av olika antimikrobiella produkter på bakterietillväxt. Resultatet visade att Micrococcus luteus inte hade någon aktivitet i det 10% tunndrank-baserade LB-mediet (specifikt odlingsmedium för bakterien där tunndrank, en biprodukt från etanolindustri, har legat vid 10% koncentration) som användes under experimentet, medan antimikrobiellen Fermasure i höga koncentrationer nämligen 1600 ppm var effektivt mot bakterien Enterococcus faecium. Antimikrobiellen Vitahop vid koncentration av 25 ppm, hade framgång mot tillväxten av bakterien. Dessa antimikrobiella produkter kan användas vid odlingen av svamp för att inhibera tillväxten av bakterier. Resultaten kan hjälpa till att fastställa doseringen av antimikrobiella produkter under svamptillväxt i stor skala där kontamination kan vara ett problem. / The aim of the project was to study the effect of various antimicrobial products on bacterial growth. The results showed that Micrococcus luteus had no activity in the 10% thin-rank-based LB medium (specifically culture medium for the bacterium where thin draff, a by-product of the ethanol industry, has been at 10% concentration) used during the experiment, while the antimicrobial Fermasure in high concentrations namely 1600 ppm was effective against the bacterium Enterococcus faecium. The antimicrobial Vitahop at concentration of 25 ppm, had success against the growth of the bacterium. These antimicrobial products can be used in the cultivation of fungus to inhibit the growth of bacteria. The findings could help determine the dosage of antimicrobial products during fungal growth on a large scale where contamination can be a problem.

Neste trabalho, o gene da α-amilase de Bacillus subtilis foi clonado em S. cerevisiae, por δ-integração. Foram construídos dois vetores: 1) o gene truncado da α-amilase de B. subtilis (amyEt) com a sequência sinal própria, sob regulação do promotor e terminador ADH1 (δAmyEtδ); 2) o gene da α-amilase completo de B. subtilis (amyE), com a sequência sinal MFα de S. cerevisiae, sob a regulação do promotor e terminador PGK (δAmyEδ). Esses vetores foram empregados na transformação genética de linhagens S. cerevisiae, em co-transformação com o plasmídeo pAJ50, que permite a seleção positiva. Os clones transformantes cultivados em meio YPDA (0,5% amido) produziram halos de amilolise de diferentes tamanhos. Os que receberam o gene da α-amilase completo sob a regulação de PGK (δAmyEδ) apresentaram os melhores resultados para a hidrólise de amido. Nenhum clone teve o crescimento prejudicado em relação à linhagem controle selvagem. Estes resultados indicam que os novos vetores apresentam bom potencial para emprego na construção de linhagens industriais de S. cerevisiae. / At the present work, the α-amylase gene from Bacillus subtilis was cloned in S. cerevisiae by δ-integration. We constructed two vectors: 1) a truncated α-amylase gene of B. subtilis (amyEt) with its own signal sequence, under the regulation of the ADH1 promoter and terminator of S. cerevisiae (δAmyEtδ), 2) a complete α-amylase gene of B. subtilis (amyE), with the signal sequence of MFα of S. cerevisiae under the regulation of PGK promoter and terminator (δAmyEδ). These vectors were used to genetic transformation in S. cerevisiae strains, in co-transformation with pAJ50 plasmid , which allows positive selection. The transformant clones grown in YPDA (0.5% starch) produced amilolise halos of different sizes. Those which received the complete -amylase gene under the regulation of PGK (δAmyEδ) showed the best results for starch hydrolysis. None of the clones had its growth capacity altered when compared to the wild type. These results indicate that these vectors have a good potential to be employed in industrial strains transformation of S. cerevisiae.