Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:04:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PelaezSamaniego_ManuelRaul_M.pdf: 2941644 bytes, checksum: 7339da84b3d945856dfe27ff9c0c79c4 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em setembro de 2002 foi promulgada no Estado de São Paulo a Lei Nº 11.241, que dispõe sobre a abolição gradativa do uso das queimadas como método para eliminar a palha de cana-de-açúcar (folhas e pontas) no processo de colheita. Um dos impactos diretos da execução dessa lei será a disponibilidade no curto prazo de grandes quantidades de palha de cana, cujo potencial energético é muito importante, mas precisa do desenvolvimento e/ou adaptação de tecnologias adequadas para seu uso que incluem operações de colheita e processamento termoquímico. Entre as tecnologias aplicáveis ao aproveitamento energético da palha de cana (e da biomassa em geral), a pirólise rápida oferece a vantagem de produzir altas quantidades de derivados líquidos, e outros produtos como carvão vegetal e gases. O uso destes produtos da pirólise é diverso: produção de energia, ou na industria química, dentro do conceito de bio-refinaria. No contexto apresentado, o presente trabalho realiza a avaliação técnica do uso dos ésteres dos ácidos carboxílicos derivados do bio-óleo de pirólise da palha de cana misturados com gasolina em um motor Otto. Para isto, a palha de cana foi acondicionada e depois pirolisada na planta de pirólise rápida PPR-200, de propriedade da Unicamp. Os produtos foram o bio-óleo, finos de carvão vegetal, gases de pirólise e ácido pirolenhoso. Do bio-óleo obtido foram extraídos os ácidos carboxílicos, mediante esterificação de Fisher em meio ácido, usando etanol, dando como resultado um composto denominado de bioflex. A palha de cana-de-açúcar, o bio-óleo de pirólise e o bioflex foram caracterizados para determinar suas propriedades físicas e químicas. O Poder Calorífico Inferior (PCI) do bio-óleo resultou em 21,46 MJ/kg. No caso do bioflex, o PCI foi 31 MJ/kg. Foram desenvolvidos testes preliminares para determinar as possibilidades de misturar o bioflex com combustíveis derivados do petróleo. Observou-se impossibilidade de misturar bioflex com diesel, e as porcentagens de mistura com gasolina tipo A foram baixas (até 3%). Quando se usou gasolina tipo C se conseguiu maior adição de bioflex na gasolina. Das misturas bioflex-gasolina C, a de maior interesse resultou a denominada G90-B10 (90% de gasolina tipo C com 10% de bioflex), a qual foi utilizada nos ensaios em um motor-gerador elétrico de gasolina de 2 KVA. Nesse motor foram avaliados e comparados: variação de potência com a carga aplicada, consumo de combustível, etc., quando usadas a mistura G90-B10, gasolina tipo A e gasolina tipo C. A carga aplicada durante os ensaios consistiu de um banco de resistências elétricas variáveis desde 200 W até 2000 W. A medição da potência elétrica gerada foi efetuada sob distintas condições de carga e diferentes regimes de rotação do eixo do motor. Os resultados mostraram que a potência gerada pelo gerador e o consumo de combustível do motor são similares quando usados os três combustíveis, fato que permite concluir que é tecnicamente viável o uso do bioflex misturado com gasolina C em proporções 10/90 em motores de ciclo Otto / Abstract: In September 2002 the state of São Paulo promulgated the Law Nº 11241 by which was codified the gradual elimination of fire as a method to remove trash from the sugar-cane fields before harvestig. Large amounts of sugar-cane trash with an important energy potential will be available as a result of this law. New technologies to harvest and process this biomass need to be developed and/or adapted. Amongst the potential concepts to use the energy contained in sugar-cane trash, fast pyrolysis offers important advantages since high liquid yield, char and syngas can be obtained with this technology. These materials can be used to produce energy or chemicals in power plants or in new bio-refineries. A technical evaluation of using carboxylic acids ethyl esters derived from sugar-cane trash bio-oil, mixed with gasoline in an Otto engine is presented. The sugar-cane trash was ground, dried and further pyrolyzed in the PPR-200 fast pyrolysis plant, owned by Unicamp. The products were: a decanted bio-oil, an aqueous phase, charcoal fines and pyrolitic gases. The carboxylic acids were extracted from the decanted oil and esterified by the Fisher acid catalyzed method, using ethanol. The resulting product was called bioflex. The sugar-cane trash, the bio-oil and the bioflex were characterized to determine their physico-chemical properties. The Lower Heating Value (LHV) of the bio-oil resulted 21,46 MJ/kg. In the case of bioflex, its LHV was 31 MJ/kg. Preliminary tests were performed to evaluate the fuel performance of bioflex /conventional petroleum derived fuel blends. The bioflex was not miscible in diesel and only very low amount (3 vol %) was soluble in gasoline type A. Larger solubility was observed with Brazilian gasoline type C. The blend containing 90% of gasoline type C and 10% of bioflex, herein called G90-B10, presented the biggest interest so was used as fuel in a 2 KVA electric Otto engine-generator. The engine power versus applied load, fuel consumption, etc., when used G90-B10 mixture, gasoline type A and gasoline type C were evaluated and compared. The load applied during the tests consisted of a variable electric resistance with capacity from 200 W to 2000 W. The measurement of the generated electricity was made under different load conditions and under different shaft-engine rotation speed. Results showed that the power generated and the fuel consumed by the engine was similar when using the three fuels. These results confirm the technically viability of 10/90 (bioflex-gasoline C) blends as fuels in Otto engines / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Após as crises de petróleo ocorridas no século passado, vários países buscaram o desenvolvimento de novos combustíveis a fim de reduzir a dependência deste recurso natural. O Brasil foi um deles e criou o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool) para incentivar a produção de etanol. Hoje, mais de 80% da frota nacional de veículos rodam ou somente com etanol ou com a mistura de gasolina e etanol. Para atender a crescente demanda de etanol, sem competir com áreas cultiváveis voltadas para produção de alimentos, fontes de materiais lignocelulósicos podem ser utilizadas com o intuito de se aproveitar a fração celulósica para obtenção de açúcar fermentável. Neste trabalho propôs-se avaliar o efeito de tecnologias de pré-tratamento dos subprodutos sucroalcooleiros (bagaço e palha de cana), seguida ou não de uma etapa de deslignificação, sobre a conversão enzimática da celulose de cada biomassa vegetal. Os materiais lignocelulósicos foram pré-tratados por explosão a vapor (bagaço), impregnação a vapor (palha) e por ultrassom (bagaço e palha). A etapa de pré-tratamento por explosão a vapor foi realizada no reator industrial de 5 m3 sob a condição de 200°C por 7min, das Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. A etapa de pré-tratamento por impregnação de vapor foi realizada em reator de 20 L sob as condições de 180, 185, 190, 195 °C por 10 min e 190°C por 15 min. Já a etapa de pré-tratamento por ultrassom foi realizada em banho de ultrassom a 55°C por 40 min e radiação de 40 kHz/120W. Os materiais pré-tratados foram deslignificados sob a condição de NaOH 1% (m/v), 100°C por 1h, variando somente o tamanho reator em função da quantidade de biomassa disponível. Para o bagaço explodido a vapor, a deslignificação organosolv também foi testada, variando as condições numa matriz de planejamento L18 de Taguchi. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados empregando Celluclast 1.5L (15 FPU/g de amostra) e ?-Glucosidase (10 UI/g de amostra). Das três técnicas de pré-tratamento avaliadas (explosão a vapor, impregnação a vapor e ultrassom), somente os métodos baseados em vapor foram eficientes na desagregação dos constituintes dos subprodutos sucroalcooleiros. Esses métodos foram capazes de remover grande parte da hemicelulose (acima de 70%) e uma parte da lignina (<40%), elevando a digestibilidade da celulose pelas enzimas celulolíticas (conversão de 66 a 68%). O método de pré-tratamento com ultrassom provocou o aumento da recalcitrância dos materiais lignocelulósicos tanto para o agente deslignificante (soda cáustica) como para as celulases, sendo, portanto, um método não indicado, dentro da faixa das condições avaliadas, para um processo de conversão dos subprodutos sucroalcooleiros em açúcares fermentáveis. A etapa de deslignificação com soda cáustica foi essencial para elevar a digestibilidade dos materiais lignocelulósicos pré-tratados por explosão a vapor ou com ultrassom. Entretanto, para a palha pré-tratada hidrotermicamente, a etapa de extração alcalina não promoveu um efeito positivo sobre a conversão enzimática de celulose. De forma geral, observou-se que o bagaço de cana apresenta um potencial ligeiramente maior para conversão em açúcares fermentáveis em comparação com a palha de cana. / After the oil crises occurred in the last century, many countries have been to develop new fuels to reduce dependence on this natural resource. Brazil was one of them and created the National Alcohol Program (Pro-álcool) to promote the production of ethanol. Today, more than 80% of the national vehicles run on ethanol or with a mixture of gasoline and ethanol. To supply the growing demand for ethanol, without it to affect the food production farmland, sources of lignocellulosic materials can be used in order to take advantage of the cellulosic fraction for production of fermentable sugar. This work had objective to evaluate the effect of pretreatment technologies of sugarcane byproducts (bagasse and straw), followed or not by a stage of delignification, on the cellulose enzymatic conversion of each biomass. The lignocellulosic materials were pretreated by steam explosion (bagasse), vapor impregnation (straw) and ultrasound (bagasse and straw). The steam explosion pretreatment was carried out in 5 m3 industrial reactor under the condition of 200 °C for 7 min, from Usinas de Açúcar, Álcool e Biodiesel Vale do Rosário. The steam impregnation pretreatment was carried out in 20 L reactor under conditions of 180, 185, 190, 195 °C for 10 min and 190 °C for 15 min. The ultrasound pretreatment was performed in the ultrasonic bath at 55 °C for 40 min and 40 kHz/120W radiation. The pretreated materials were deslignified on condition of 1% (w/v) NaOH, 100 °C for 1 h, using different sizes of reactors due to amount of biomass available. For the steam exploded bagasse, one stage of organosolv delignification was also tested varying the conditions in a L18 Taguchi matrix. The enzymatic hydrolysis tests were performed using Celluclast 1.5L (15 FPU/g of material) and ?-Glucosidase (10 IU/g of material). From three pretreatment techniques evaluated (steam explosion, steam impregnation and ultrasonic), only the vapor-based methods were efficient in the breakdown of the constituents of sugarcane byproducts. These methods were able to remove most of the hemicellulose (above 70%) and a part of the lignin (<40%), increasing the cellulose digestibility by cellulolytic enzymes (conversion 66-68%). The ultrasound pretreatment increases the recalcitrance of lignocellulosic materials both for the caustic soda and for cellulases. Therefore, this pretreatment method is not indicated, within the conditions range assessed, for a conversion process of sugarcane byproducts to fermentable sugars. The delignification stage with caustic soda was essential to increase the digestibility of lignocellulosic materials pretreated by steam explosion or ultrasound. However, for the straw pretreated hydrothermically, the alkaline extraction did not cause a positive effect on the enzymatic conversion of cellulose. Overall, it was observed that sugarcane bagasse has a slightly higher potential for conversion to fermentable sugars in relation to sugarcane straw.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-03-02T19:40:52Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / From the economic point of view it is important to process high charges of solid in enzimatic hydrolysis of the lignocellulosic residues for the production of 2G ethanol, but batch operation with high initial charges of substrate can cause inefficient mixture, damaging the reactional process. An attractive alternative is operating the reactors in fed batch. The aim of this work was to determine, applying the theory of optimal control, the optimal feeding profile of substrate in bench reactor. For this, it was tested two kinetic of Michaelis-Menten: pseudo-homogeneous Michaelis-Menten kinetic and Michaelis Menten kinetic with inhibition by the product, in the last kinetic was obtained the best fit to experimental data. The developed algorithm was run in Matlab® software and the simulation results were experimentally validated. Enzymatic hydrolysis assays were performed with hydrothermally pre-treated sugar cane straw followed by the alkaline delignification. It was obtained good fiting of the simulation data with respect to the experimental data, with values of glucose final concentration close to 164.647 g/L (triplicate average) and in simulation the concentration was 174.93 g/L. Proving that the sugar cane straw, besides being a good feedstock cheap and abundant, it has a great energetic potential. Furthermore, the optimal control strategy was very efficient in optimization of the proposed problem. / Do ponto de vista econômico é importante processar elevadas cargas de sólidos na hidrólise enzimática dos resíduos lignocelulósicos para a produção de etanol 2G, mas operação em batelada com altas cargas iniciais de substrato pode causar uma mistura ineficiente, prejudicando o processo reacional. Uma alternativa atraente é operar os reatores em batelada alimentada. O objetivo deste trabalho foi determinar, aplicando a teoria do controle ótimo, o perfil ótimo de alimentação de substrato em reator de bancada. Para isso, foram testadas duas cinéticas de Michaelis-Menten, a cinética de Michaelis Menten psêudo-homôgenea e a cinética de Michaelis Menten com inibição competitiva pelo produto, onde nesta última cinética foi obtido o melhor ajuste aos dados obtidos experimentalmente. O algoritmo desenvolvido foi executado no software Matlab® e os resultados das simulações foram experimentalmente validados. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados com palha de cana-de-açúcar pré- tratada hidrotérmicamente, seguido pela deslignificação alcalina com NaOH. Foram obtidos bons ajustes dosdados simulados com respeito aos dados experimentais, com valores de concentração final de glicose de 164,647 g / L (média da triplicata) e na simulação a concentração foi 174,93 g / L. Provando que a palha de cana-de-açúcar, além de ser uma matéria-prima barata e abundante, tem um grande potencial energético. Além disso, a estratégia de controle ótimo foi eficiente na otimização do problema proposto.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-05-15T20:03:44Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Dalva Americano Soares - 2017.pdf: 2532503 bytes, checksum: 8d316e6aedc3fa70ec38c43e074d3bb3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-05-16T12:11:30Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Dalva Americano Soares - 2017.pdf: 2532503 bytes, checksum: 8d316e6aedc3fa70ec38c43e074d3bb3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T12:11:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Maria Dalva Americano Soares - 2017.pdf: 2532503 bytes, checksum: 8d316e6aedc3fa70ec38c43e074d3bb3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-29 / The present work presents a study on the use of dry coffee straw and straw from sticky coffee, also known as "bark" of the coffee as adsorbent for metallic ions. Initially, the experiments were carried out in batch and the metal quantification before and after the adsorption experiments was done using Atomic Flame Absorption Spectrometry (FAAS). The adsorption of the ions Cd (II), was evaluated and the results indicated that the coffee straw dried in natura, presented an outstanding performance. The optimization parameters studied in the adsorption of the corresponding ion were the pH of the solution and time of contact, presenting the maximum adsorption occurrence in the pH value between 5 to 9 and better contact time starting from 60 minutes. The physical-chemical characterization of the material was done through the use of Infrared Spectroscopy, X-ray Dispersive Energy Analysis, X-Ray Diffraction Analysis, EDX Elemental Analysis and the zero load point determination. The adsorption kinetics best fit the pseudo-second order model and the adsorption isotherms developed with the objective of determining the maximum adsorptive capacity showed a better fit to the Langmuir model. From data obtained in the batch experiments, the dry coffee straw was used in the development of a solid phase extraction method for adsorption of cadmium. In order to evaluate the chemical and flow variables that possibly influence the system, the multivariate method was used. The variables studied were adsorbent mass, eluent concentration, eluent volume and pre-concentration flow, through a factorial design 24, indicating the eluent volume and pre-concentration flow as the significant variables, which were studied later by means of Doehlert planning. Thus, the best conditions for flow system operation were: adsorbent mass 25 mg, (HCl) eluent concentration 1.0 mol L-1, eluent volume 250 μL and pre-concentration flow 2.0 mL min-1. For the purpose of analyzing the selectivity of the method, a study of the possible interferences was done, based on the calculation of the interference factor (IF). The Cu+2, Fe+2, Mn+2, Zn+2, Ca+2, Mg+2, Na+1, K+1, Cr+3 ions were analyzed in different proportions. The pre-concentration factor was calculated as being equal to 20.4; Limit of detection (LD) 7,86 μg L-1, Limit of quantification (LQ) 26,20 μg L-1, precision (DPR) 0,11, linear range between 26,20 - 2000 μg L-1. The accuracy of the method was tested through the analysis of the certified water reference material (APS - 1071).The recovery tests were carried out on samples of cashew, pineapple, orange and guava juices, and the values found were ranged from 100,72 to 109,7%. The method developed was satisfactory for pre-concentration of Cd (II) ions, for the simplicity, efficiency, low cost. Also, the used adsorbent can be easily found in nature and it can be reused. / O presente trabalho apresenta um estudo sobre o uso da palha do café seca e palha do café melosa, também conhecida como “casca” do café como adsorvente para íons metálicos. Inicialmente os experimentos foram realizados em batelada e a quantificação dos metais antes e após os experimentos de adsorção foi feita utilizando Espectrometria de Absorção Atômica por Chama (FAAS). A adsorção dos íons Cd(II), foi avaliada e os resultados apontaram que a palha do café seca in natura, apresentou melhor desempenho. Os parâmetros de otimização estudados na adsorção do referido íon foram, pH da solução e tempo de contato, sendo que a máxima adsorção ocorre no valor de pH entre 5 a 9 e melhor tempo de contato a partir de 60 minutos. A caracterização físico-química do material foi feita através do uso da Espectroscopia de Infravermelho, Análise por Energia Dispersiva de Raios-X, Análise de Difração de Raios-X, Análise Elementar por EDX e determinação do ponto de carga zero. A cinética de adsorção ajusta melhor ao modelo de pseudo-segunda ordem e as isotermas de adsorção desenvolvidas com o objetivo de determinar a capacidade máxima adsortiva apresentou melhor ajuste ao modelo de Langmuir. A partir dos dados obtidos nos experimentos em batelada, a palha do café seca foi utilizada no desenvolvimento de um método de extração em fase sólida para adsorção de cadmio. Com objetivo de avaliar as variáveis químicas e de fluxo que possivelmente influenciam o sistema foi empregado o método multivariado. As variáveis estudadas foram, massa do adsorvente, concentração do eluente, volume do eluente e vazão de pré-concentração, por meio de um planejamento fatorial 24, apontando o volume do eluente e vazão de pré-concentração como sendo as variáveis significativas, sendo estudadas posteriormente por meio de um planejamento Doehlert. Assim, as melhores condições para o funcionamento do sistema em fluxo foram: massa do adsorvente 25 mg, concentração do eluente (HCl) 1,0 mol L-1, volume do eluente 250 μL e vazão de pré-concentração 2,0 mL min-1. A fim de analisar a seletividade do método, foi feito um estudo dos possíveis interferentes, a partir do cálculo do fator de interferência (FI). Tendo sido analisados os íons Cu+2, Fe+2, Mn+2, Zn+2, Ca+2, Mg+2, Na+1, K+1, Cr+3 em diferentes proporções. O fator de pré-concentração foi calculado como sendo igual a 20,4; Limite de detecção (LD) 7,86 μg L-1, Limite de quantificação (LQ) 26,20 μg L-1, precisão (DPR) 0,11, faixa linear entre 26,20 - 2000 μg L-1. A exatidão do método foi testada através da análise do material certificado de referência de água (APS – 1071). Os testes de recuperação foram desenvolvidos em amostras de sucos de caju, abacaxi, laranja e goiaba, sendo que os valores encontrados apresentaram-se na faixa de 100,72 – 109,7%. O método desenvolvido mostrou-se satisfatório para pré-concentração de íons Cd(II), pela simplicidade, eficiência, baixo custo e o adsorvente utilizado ser encontrado na natureza com facilidade bem como o seu reaproveitamento.

O objetivo deste trabalho foi encontrar os melhores cenários para os vetores energéticos etanol e eletricidade em termos das quantidades disponibilizadas de bagaço e palha para cada processo e da composição de biomassa em uma usina de processamento de cana-de-açúcar. O modelo simulado é abrangente, com otimização multiobjetivo. Com isso, mostrou-se que a biomassa possui características específicas para os conjuntos de vetores de saída próximos ao limite máximo de energia (fronteira de Pareto). Os resultados foram obtidos com a utilização do Método de Monte Carlo para gerar de forma aleatória a combinação das variáveis de interesse como umidade, fibra e outras. A contribuição das variáveis na produção otimizada dos vetores de energia foi avaliada por meio de distribuição de probabilidade e mostrou que a conversão ideal ocorre para altos teores de fibra e pequena umidade. A composição da fibra do bagaço e da palha tem importante papel nas vias de conversão, sendo a lignina a variável de maior impacto. O modelo mostrou que a palha tem papel menos relevante na otimização, possivelmente em função da menor quantidade em que é usada e da menor variabilidade de suas propriedades. / The objective of this work was to find the best scenarios for production of the energy vectors ethanol and electricity from sugarcane bagasse and straw, considering variables as mass flow rate destined to each process, biomass composition and fibers composition in a sugarcane plant. The model is comprehensive with multiobjective optimization and was able to show that biomass has a characteristic set of properties in the vicinity of the maximum limits of energy (Paretos frontier). In order to generate the stochastic variables of interest as humidity, fiber content and fiber properties as well as the amounts of biomass destined to energy and ethanol it was applied the Monte Carlo method. The contribution of each variable to the optimized production of energy vectors was assessed by probability distribution and showed that the ideal conversion occurs for high fiber and low humidity contents. The fiber compositions of the bagasse and straw had a secondary importance on the conversion routes, with lignin playing a prominent role. The model indicated that straw has a less relevant role in the optimization, possibly because it is used in smaller quantities and has a narrower variation of its properties.

Devido às crises ocorridas no setor petroleiro, além do interesse em reduzir a emissão de gás carbônico (CO2), vários países buscam o desenvolvimento de novos combustíveis. Atualmente, mais de 80% da frota de veículos no Brasil rodam ou somente com etanol ou com uma mistura de etanol e gasolina. Desta forma, o bioetanol é considerado um combustível renovável alternativo com grande potencial para substituir os combustíveis oriundos do petróleo. Para atender a crescente demanda de etanol, sem competir com áreas cultiváveis voltadas para produção de alimentos, fontes de materiais lignocelulósicos podem ser utilizadas com o intuito de se aproveitar a fração celulósica para obtenção de açúcar fermentável para produção de bioetanol. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar o efeito de tecnologias de pré-tratamento (convencionais e não convencionais) dos subprodutos sucroalcooleiros (bagaço e palha de cana), seguida ou não de uma etapa de deslignificação, sobre a conversão enzimática da celulose de cada biomassa vegetal, além de testar e avaliar o efeito que a mistura das duas biomassas (antes do pré-tratamento), em diferentes proporções, pode causar na produção de etanol 2G. Em uma primeira parte do trabalho, a palha de cana foi submetida ao pré-tratamento hidrotérmico e ao pré-tratamento por ultrassom, seguido de uma etapa de deslignificação alcalina. Para o pré-tratamento hidrotérmico, foram testadas três temperaturas (160, 170 e 180°C) nos tempos de 10, 20, 30, 40 e 50 min para cada temperatura. Para o teste com ultrassom, os experimentos foram conduzidos em três meios diferentes (ácido, alcalino e meio aquoso - controle) nos tempos de 1 a 30 minutos para cada condição. As amostras pré-tratadas por ultrassom e pelo método hidrotérmico foram deslignificadas com solução de NaOH 1%(m/v) por 1 hora. Após pré-tratamento e deslignificação, os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados empregando Celluclast 1.5L (15 FPU/g de amostra) e ?-Glucosidase (12,5 UI/g de amostra). A condição de pré-tratamento hidrotérmico mais promissora para a palha foram a 170°C por 10 min, mostrando que a palha não necessita de tratamentos mais severos para obter uma maior digestibilidade no processo de hidrolise enzimática. Já o método por ultrassom provocou o aumento da recalcitrância do material lignocelulósico tanto para o agente deslignificante como para as celulases. Em uma segunda parte do trabalho, palha e bagaço de cana foram pré-tratados por explosão a vapor catalisado por SO2 nas seguintes condições para cada biomassa: 190, 195 e 200°C, por 5 min e 3% de SO2 (m/m). Após encontrar a condição ideal para ambas biomassas (190°C, 5 min, 3% SO2), três proporções diferentes de misturas de palha e bagaço foram testadas: 90% de palha / 10% de bagaço, 90% bagaço / 10% de palha e 50% de palha / 50% de bagaço e estas misturas foram prétratadas na condição otimizada. Em todas as etapas, a hidrólise enzimática foi realizada. Observou-se que a recuperação mais elevada de açúcar foi encontrada na amostra 50% bagaço/50% palha. Curiosamente, quando comparado com uma biomassa tratada isoladamente, todas as três misturas apresentam uma maior recuperação de açúcar. / Due to the crises in the oil sector, in addition to interest in reducing the emission of carbon dioxide (CO2), many countries seek to develop new fuels. Currently, over 80% of the vehicle fleet in Brazil only run on ethanol or a mixture of ethanol and gasoline. Thus, bioethanol is considered an alternative renewable fuel with great potential to replace petroleum derived fuels. To meet the growing ethanol demand, without competing with cultivable areas focused on food production, lignocellulosic materials sources can be used in order to take advantage of the cellulosic fraction to obtain fermentable sugar for bioethanol production. In this study, the objective was to evaluate the effect of pretreatment technologies (conventional and unconventional) of sugar and alcohol byproducts (bagasse and straw) followed or not by a delignification step on the enzymatic conversion of each biomass, besides test and evaluate the effect that mixing of the two biomasses (before pretreatment), in different proportions, can cause in the production of 2G ethanol. In the first part of the study, sugarcane straw was submitted to the hydrothermal pre-treatment and pre-treatment by ultrasound, followed by an alkaline delignification step. For the hydrothermal pretreatment, three temperatures were tested (160, 170 and 180°C) in the times of 10, 20, 30, 40 and 50 min for each temperature. For the test with ultrasound, the experiments were conducted in three different enviroments (acid, alkaline and aqueous medium - control) in the times of 1-30 minutes for each condition. The pretreated by ultrasound and by hydrothermal method samples were delignified with NaOH solution 1% (w/v) for 1 hour. After pre-treatment and delignification, the enzymatic hydrolysis assays were performed using Celluclast 1.5L (15 FPU/g of substrate) and ?-glucosidase (12.5 IU/g of substrate). The hydrothermal pretreatment condition most promising for the straw was at 170°C for 10 min, showing that the straw doesn\'t require more severe treatments to obtain a higher digestibility of the enzymatic hydrolysis process. Yet the ultrasound method led to increased recalcitrance of lignocellulosic material for both the delignificant agent as for cellulases. In a second part of the study, straw, and bagasse were pre-treated by steam explosion catalyzed by SO2 under the following conditions for each biomass: 190, 195 and 200°C for 5 min and 3% of SO2 (m/m). After finding the optimal condition for both biomasses (190°C, 5 min, 3% SO2), three different ratios of mixtures of straw and bagasse were tested: 90% straw / 10% bagasse, 90% bagasse / 10% straw and straw 50% / 50% bagasse and these mixtures were pretreated in the optimized condition. At all stages, the enzymatic hydrolysis was carried out. It was observed that the higher sugar recovery was found in the sample 50% bagasse / 50% straw. Interestingly, when compared with a treated biomass separately, all three blends exhibit a greater sugar recovery.

Orientadores: Rubens Augusto Camargo Lamparelli, Jansle Vieira Rocha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-21T10:18:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AriadinyMonteiroda_M.pdf: 9434848 bytes, checksum: d30404263245bbdf2d47047fdf5f0d26 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A palha é um dos principais subprodutos gerado no final do ciclo vegetativo da cana-deaçúcar. Ela tem um significado importante no contexto brasileiro dado que a partir dela podese gerar álcool e energia limpa, beneficiando o meio ambiente e a matriz energética. Assim é imprescindível aprofundar os estudos em torno da palha da cana e estimar a quantidade de resíduos produzidos ao final da colheita com o intuito de otimizar o processo de reaproveitamento desta. A lignina, celulose e hemicelulose, presentes na palha em grandes quantidades, são responsáveis pela estrutura fibrosa da cana-de-açúcar e é a partir deles que são dimensionados os processos de geração de energia (álcool e eletricidade). Neste contexto este trabalho teve o objetivo de utilizar o sensoriamento remoto para identificar estes componentes na cana-de-açúcar para subsidiar futuros levantamentos de estimativa de palha para fins energéticos e ambientais. Foram caracterizadas espectralmente 384 amostras de folhas de cana-de-açúcar, nas condições úmidas e secas, utilizando o espectroradiômetro FieldSpec Pro* com o intuito de identificar possíveis feições de absorções associadas aos componentes lignina, celulose e hemicelulose. Verificou-se que houve melhor discriminação das feições de absorção nas folhas secas, sendo que estas apresentaram valores de CAI e LCA superiores às folhas úmidas, pois 100% das amostras secas apresentaram valores de CAI positivos. O CAI foi o melhor estimador dos componentes se comparado ao LCA. As correlações entre CAI, LCA e NDVI permitiram a segregação/distinção entre as folhas nas condições úmidas e secas. E o CAI das palhas foi significativamente maior que o CAI do restante das folhas. Os resultados mostraram que nas feições visíveis próximo a 1730, 1780, 2100, 2270 e 2330 nm foram encontradas feições ligadas à lignina, hemicelulose e celulose e este estudo estudo permite concluir que as ferramentas do sensoriamento remoto podem ajudar como indicador de teores de lignina e celulose utilizando-se de índices de vegetação apropriados a estas finalidades, neste caso LCA e CAI, à luz dos novos programas espaciais de sensoriamento remoto hiperespectrais / Abstract: The straw is one of the main by-products generated at the end of the sugarcane vegetative cycle. It is significantly important in the Brazilian context, as alcohol and clean energy can be generated, thus benefiting the environment and the energy matrix. It is therefore essential to deepen the studies on the sugarcane straw and to estimate the amount of waste produced at the end of the harvest, in order to optimize its reuse process. Lignin, cellulose and hemicelluloses, present in the straw in large quantities, are responsible for the sugarcane fibrous structure; they enable to dimension the processes of energy generation (alcohol and electricity). The paper aimed to use remote sensing to identify these components in sugarcane in order to give support to future surveys on the use of straw for energy and environmental purposes. 384 samples of sugarcane leaf were characterized spectrally, in both wet and dry conditions, with the use of FieldSpec Pro* spectroradiometer, so as to identify possible absorption features associated with lignin, cellulose and hemicelluloses. There was better discrimination of the absorption features in the dried leaves, which showed higher values of LCA and CAI than the wet leaves, as 100% of the dried samples showed positive values of CAI. CAI was the best estimator of the components when compared to LCA. The correlations between CAI, LCA and NDVI allowed the segregation / distinction between the leaves in wet and dry conditions. The CAI of the straw was significantly higher than the CAI of the other leaves. The results showed that the visible features near 1730, 1780, 2100, 2270 and 2330 nm were found features linked to lignin, hemicellulose and cellulose and this study shows that remote sensing tools can help as an indicator of lignin and cellulose using vegetation index appropriate for these purposes, in which case LCA and CAI, the light of new space programs of hyperspectral remote sensing / Mestrado / Planejamento e Desenvolvimento Rural Sustentável / Mestra em Engenharia Agrícola

Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:11:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_RenataTorresGomesde_M.pdf: 3951716 bytes, checksum: bd5e04dc6012cdb85e0ddd68057c1917 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Atualmente uma série de países está promovendo ações para que as energias alternativas renováveis tenham participação significativa em suas matrizes energéticas, sendo a cana-de-açúcar apontada como uma das principais fontes para o estado de São Paulo. Contribuindo para aumentar ainda mais o potencial da cana, o palhiço vem despertando interesse dos usineiros, uma vez que possui um importante equivalente energético quando comparado ao barril de petróleo. O reaproveitamento do palhiço dependerá em linhas gerais da rota tecnológica utilizada para converter a energia bruta em energia disponível (cogeração de energia é a rota mais difundida nas usinas); da viabilidade técnica do seu recolhimento (colheita integral é considerada de mais curto prazo); da viabilidade técnica do seu processamento; da viabilidade econômica considerando todos os custos, investimentos necessários e receitas provenientes da conversão do palhiço em energia. Portanto, esta pesquisa teve como objetivo contribuir com a criação de um modelo que permita determinar qual é o limite técnico para o processamento do palhiço adicional recolhido via colheita integral, respeitando o limite agronômico e considerando uma usina que queira melhor utilizar a sua capacidade instalada na recepção (01 hillo e 01 mesa alimentadora) e decida investir em uma estação de limpeza à seco. Além disso, o modelo se propôs a avaliar a rentabilidade do investimento necessário para recuperação e processamento do palhiço adicional para fins de cogeração de energia, considerando todos os investimentos agrícolas e industriais para a rota via colheita integral, tendo como base de comparação o cenário atual de recebimento de palhiço por esta mesma rota. Os resultados apresentados para os dados simulados demonstram que a máxima quantidade de palha que uma Usina preparada com 01 hillo + 01 mesa alimentadora e 01 sistema de limpeza à seco pode receber é 7% (base mássica) do total da biomassa de entrada. Já respeitando o limite agronômico, o máximo de palha contida na biomassa de entrada da usina é de 5,26%. Portanto o cenário limite considerado de quantidade de palha contida na biomassa de entrada foi de 5,26%. A análise econômica indicou que o cenário de 5,26% foi o de maior rentabilidade (TIR,VPL, PAYBACK) quando comparado ao cenário com quantidade atual de recebimento de palha (1,56% base mássica) e ao cenário intermediário (3% base mássica), sendo que a existência do picador de palha inviabiliza qualquer cenário. Considerando uma distância lavoura usina de 25 km, nenhum cenário é considerado viável economicamente para uma remuneração de cogeração de energia inferior a R$150/ MWh. Vale ressaltar que os dados de entrada variam com a realidade de cada usina e que o modelo computacional está preparado para receber quaisquer dados / Abstract: Currently a lot of countries are promoting actions so that the renewable energy alternatives have significant participation in its energy mix, and the sugarcane is considered the main available source for Sao Paulo state. Contributing to further increase the sugarcane potential, sugarcane trash (tops, green and dry leaves) has become attractive for the owners, since it has as important energy equivalent when compared to the American oil barrel. The sugarcane trash reuse depends on the technological route used to convert the raw energy in available energy (cogeneration is the most widespread in mills), the technical feasibility of its recover (collected by mechanized unburned cane harvest is considered shorter-term) the technical feasibility of its processing; economic viability considering all costs, required investments and income from the conversion of sugarcane trash into energy. The objective of this work was to create one model to determine what is the technical limit to the additional processing of sugarcane trash collected by mechanized unburned cane harvest, respecting the agronomic limit, considering mill that wants to better use its capacity in reception (01 hillo and 01 cane feed table) and decides to invest in a dry factory trash separation plant. Furthermore, the model proposed to evaluate the investment profitability needed for recovery and processing of additional sugarcane trash for cogeneration of energy, considering all agricultural and industrial investments for collecting system of the sugarcane trash by mechanized unburned cane harvest, based on comparison of the current scenario receipt of sugarcane trash by the same route. The results presented for the simulated data show that the maximum straw amount which a plant prepared with 01 hillo, 01 cane feed table and 01 and the dry factory trash separations plant can receive is 7% (w / w) of total biomass input. Already within the limit agronomic maximum straw contained in biomass input of the plant is 5.26%. Therefore the scene considered to limit the amount of straw input contained in biomass was 5.26%. The economic analysis indicated that the scenario of 5.26% was the highest return (IRR, VPL, PAYBACK) when compared to the scenario with the current number of receiving straw (1.56% w / w) and the intermediate scenario (3 % w / w), and the existence of the straw chopper prevents any scenario. Considering a crop plant 25 km away, no scenario is economically viable for a considerable fee cogeneration power less than $ 150 / MWh. Note that the input data vary with the reality of each plant and that the computational model is ready to receive any data / Mestrado / Construções Rurais e Ambiencia / Mestra em Engenharia Agrícola

In no-tillage system the application of animal wastes is made on the soil surface, without incorporation. As such, a common practice is the application of the wastes on oat residues which vary in their C/N ratio, depending on which stage the crop is managed. Few studies have been carried out to assess the effect of applying ammonia-rich pig slurry over the decomposition of crop residues differing in their C/N ratio. The evaluation of this aspect, varying the location of the carbon (oat residue) and nitrogen (pig slurry) sources in soil was the objective of this study, which was conducted during 123 days under laboratory conditions at 25 °C. We evaluated twelve treatments with four replications in a completely randomized design. One treatment (control) contained only the soil while the other eleven treatments contained the soil plus pig slurry and oats straw, either alone or together, varying the soil location (with or without incorporation) of both organic residues and the C/N ratio of the oats straw (31/1 and 61/1). The pig slurry and straw decomposition were measured by the C-CO2 release. The incorporation into the soil not favored the C straw mineralization, regardless the C/N ratio of straw. The cumulated C straw mineralization at the end of the experiment was not affected by the pig slurry addition, regardless the location of straw and slurry in soil and the C/N ratio of straw. The incorporation of the mixture of straw and slurry into the soil promoted a reduction of C straw mineralization, and the magnitude of this reduction was similar between the straw with C/N of 31/1 and 61/1. The application of pig slurry on the soil surface favored the C-CO2 emission in relation to the incorporation of slurry into the soil. / No sistema de plantio direto a aplicação dos dejetos de animais é feita na superfície do solo, sem incorporação. Nessa condição, é comum aplicar os dejetos sobre resíduos culturais de aveia, os quais variam quanto a sua relação C/N, em função do estádio em que a cultura é manejada. Poucos estudos foram conduzidos até o momento para avaliar o efeito da aplicação dos dejetos líquidos de suínos, ricos em N amoniacal, sobre a decomposição de resíduos culturais com diferenças na sua relação C/N. A avaliação desse aspecto, variando-se a localização no solo das fontes de carbono (resíduos culturais de aveia) e de nitrogênio (dejetos de suínos) constituiu o objetivo do presente trabalho, o qual foi conduzido durante 123 dias, em condições de laboratório, a uma temperatura de 25ºC. Foram avaliados doze tratamentos com quatro repetições. Um tratamento (testemunha) continha apenas o solo enquanto os outros onze tratamentos eram constituídos pela aplicação ao solo dos dejetos líquidos de suínos e da palha de aveia, isoladamente ou em conjunto, variando a localização no solo (com e sem incorporação) dos dois resíduos orgânicos e a relação C/N da palha (31/1 e 61/1). A decomposição dos dejetos e da palha foi avaliada através da liberação de C-CO2. A incorporação ao solo não favoreceu a mineralização do C da palha de aveia, independentemente da sua relação C/N. A mineralização acumulada do C da palha ao final do experimento não foi afetada pela aplicação dos dejetos líquidos de suínos, independentemente da localização da palha e dos dejetos no solo e da relação C/N da palha. Com a incorporação conjunta dos dejetos e da palha no solo houve redução na mineralização do C da palha, em relação à manutenção de ambos na superfície, sendo que a magnitude da redução foi semelhante entre as palhas com C/N de 31/1 e 61/1. A aplicação dos dejetos na superfície do solo favoreceu a emissão de C-CO2 em relação à incorporação dos dejetos no solo.

Orientador: Luís Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:42:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BaldassinJunior_Ricardo_D.pdf: 7640744 bytes, checksum: d5dd82917b9ece7e8fac5e0eaf729326 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A transformação eficiente e sustentável de materiais lignocelulósicos em bioenergéticos e bioquímicos modernos é um dos grandes anseios da sociedade moderna, haja vista as vantagens competitivas, os potenciais de redução da expansão da fronteira agrícola e a redução da dependência do petróleo que somente as culturas bioenergéticas podem proporcionar. Neste contexto, o Brasil apresenta um cenário propício para o desenvolvimento de uma indústria inovadora e moderna de produção de biocombustíveis e bioquímicos verdes, por ser um dos maiores produtores mundiais de alimentos, florestas plantadas e biocombustíveis. Visando promover a conversão eficiente de materiais lignocelulósicos, resíduos estes abundantes no Brazil, este trabalho apresenta os primeiros resultados da experimentação de pirólise rápida de cana-de-açúcar (cana integral, palha e bagaço) em uma unidade experimental da Feagri/Unicamp. Este estudo teve por objetivo avaliar as características químicas das biomassas empregadas e quantificar e qualificar os produtos da pirólise obtidos (bio-óleo e carvão). As análises químicas das biomassas (imediata, elementar e fibras/lignina) apontaram que não há diferenças significativas entre as diferentes biomassas analisadas. Os processos de pré-tratamento (picagem e trituração) foram conduzidos de forma satisfatória usando tecnologias comerciais e processo de secagem ao sol mostrou ser eficiente na redução da umidade das biomassas. Após a realização de ajustes e adequações em alguns componentes da planta, os experimentos de pirólise foram conduzidos satisfatoriamente e os rendimentos mássicos de produção de bio-óleo e carvão observados estiveram entre 12% e 17% e entre 25% e 27%, respectivamente, que em termos energéticos, representaram conversões variando entre 42% e 67%. As análises químicas dos bio-óleos e dos carvões mostraram não haver diferenças significativas entre os produtos obtidos. Entretanto, as análises cromatográficas dos bio-óleo sinalizaram haver diferenças nas composições orgânicas do bio-óleo, mas com as predominâncias de ácidos carboxílicos e fenóis. Em vista da baixa recuperação de bio-óleo, elevada produção de carvão e a elevada presença de voláteis no carvão (entre 20% e 25%) verificaram-se necessidades de melhorias e as realizações de novos estudos na unidade experimental desenvolvida / Abstract: The efficient and sustainable conversion of lignocellulosic feedstocks in modern biofuels and biochemicals is one of the great desires of the whole world, in view of the competitive advantages, potential of reduction of frontier agriculture expansion and reduction of oil dependence that only the bioenergy cultures may provide. In this context, Brazil shows an attractive scenery to develop an innovative and modern industry for biofuels and biochemical production, since it is one of the most important food, planted forest and biofuels world producer. Aiming to provide a better use and conversion of lignocellulosic feedstocks (largely available in Brazil), this work shows the first experimental results of the fast pyrolysis of sugarcane (whole sugarcane, trash and bagasse) conducted in a small scale fast pyrolysis plant from Feagri/Unicamp. The main objectives of this work were to evaluate the chemicals compositions of the biomasses and to quantify and to qualify the main fast pyrolysis products (charcoals and bio-oils). The biomasses analysis (proximate, ultimate and fiber/lignin analysis) showed there were no significant differences between the biomasses. The pretreatment process (chopping and grinding process) were conducted well using conventional technologies, and the sun drying process was able reducing the biomasses water contents to the level needed. After some adjustments and improvements, the fast pyrolysis were conducted well, with bio-oil yield productions between 12% and 17%, charcoal yield productions between 25% and 27%, and energy conversions between 42% and 67%. The bio-oils and charcoals proximate and ultimate analysis showed that there were no relevant differences among the products. However, the chromatography analysis demonstrated there were differences in the bio-oils organic compositions (distribution percentages of chemical groups), but with prevalence of carboxilic acids and phenols. In view of low bio-oils production, high charcoals productions and the high volatiles presences in the charcoals (between 20% e 25% in %wt), it was demonstrated that improvements and new studies are needed / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola