Doctor of Philosophy / Department of Industrial and Manufacturing Systems Engineering / Zhijian Pei / Donghai Wang / The U.S. economy has been depending on petroleum-based liquid transportation fuels (such as gasoline, diesel, and jet fuels). Currently, about 50% of petroleum used in the U.S. is imported. Petroleum is a finite and non-renewable energy source and its use emits greenhouse gases. Therefore, it is extremely important to develop domestic sustainable alternatives for petroleum-based liquid transportation fuels. Ethanol produced from cellulosic biomass can be such an alternative. However, several technical barriers have hindered large-scale, cost-effective manufacturing of cellulosic ethanol. One such barrier is related to the low density of cellulosic feedstocks, causing high cost in their transportation and storage. Another barrier is low efficiency in conversion of cellulose to fermentable sugar (pretreatment and enzymatic hydrolysis are two major conversion processes), causing high cost in pretreatment and enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass. Ultrasonic vibration-assisted (UV-A) pelleting increases both density and sugar yield of cellulosic feedstocks. Incorporating UV-A pelleting into cellulosic ethanol manufacturing may help realize cost-effective manufacturing of cellulosic ethanol. This PhD dissertation consists of 13 chapters. An introduction is given in Chapter 1. Chapter 2 presents a literature review on related topics. Experimental studies regarding effects of input parameters (such as particle size, pressure, and ultrasonic power) on output parameters (density, durability, stability, and sugar yield) are presented in Chapters 3–4. In Chapters 5–6, comparisons are made between UV-A pelleting and ring-die pelleting (a traditional pelleting method) in terms of pellet properties (density and durability), power consumption, and sugar yield under different conditions. Next, effects of input parameters (such as biomass type, particle size, moisture content, pelleting pressure, and ultrasonic power) on power consumption are studied in Chapters 7–9. Chapter 10 presents an investigation on biomass temperature in UV-A pelleting. Chapter 11 presents an investigation on effects of UV-A pelleting on sugar yield and chemical composition of cellulosic biomass. Chapter 12 presents an investigation on influence of UV-A pelleting on biomass characteristics (such as crystallinity index, thermal properties, and morphological structure). Finally, conclusions are presented in Chapter 13.

Tecnologias que permitam explorar o potencial genético das variedades de cana-de-açúcar nos diversos ambientes de produção e possibilitem o planejamento da colheita são fundamentais para aumentar a rentabilidade do setor sucroenergético. Dentre estas tecnologias, o emprego de indutores de maturação destaca-se por possibilitar o manejo da cultura em seu sistema de produção e proporcionar melhorias na qualidade da matéria-prima. A utilização conjunta de maturadores e nutrientes em pré-colheita pode fornecer a indústria matéria prima de melhor qualidade tecnológica. Entretanto, questões relacionadas a épocas de utilização e a associação de maturadores com nutrientes não estão totalmente esclarecidas. Neste sentido, o propósito deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de maturadores e nutrientes, em diferentes épocas de manejo, sobre parâmetros tecnológicos da cana-de-açúcar em início de safra. Foram conduzidos, em cana planta variedade RB 85 5453, dois experimentos compostos por 14 tratamentos: Controle, Orthosulfamuron, Etil-Trinexapac, Sulfometuron metil, Sulfometuron metil/ Boro 150 g/ha, Nitrato de Potássio, Boro 50 g/ha, Boro 150 g/ha, Boro 250 g/ha, Nitrato de Potássio + Boro 50 g/ha, Complexo de micronutrientes, Complexo de Micronutrientes + Biorregulador, Sulfometuron metil + Complexo de Micronutrientes, Sulfometuron metil + Complexo de Micronutrientes + Biorregulador; em delineamento de blocos casualizados, com 4 repetições. Foram realizadas 2 aplicações com intervalo de 33 dias entre aplicação. Os parâmetros Brix%, Fibra, Pol do caldo, Pol da cana), Pureza, Açúcares Redutores do Caldo, Açúcares Redutores da Cana e Açúcar Total Recuperável foram avaliados em intervalos quinzenais, aos 0, 15, 30, 45 e 60 dias após a aplicação dos produtos. Verificou-se que a utilização dos maturadores promoveu melhorias na qualidade da cana-de-açúcar e que a associação de nutrientes ao maturador não potencializou a ação dos maturadores. Diferentes épocas de aplicação dos produtos em pré-colheita resultaram em diferentes respostas da cana-de-açúcar. / Technologies to exploit the genetic potential of the varieties of sugarcane in different production environments and enable the planning of crop are essential to increase the profitability of the sugarcane industry. Among these technologies, the use of ripeners stands out by enabling the management of culture in its production system and provide improvements in the quality of the raw material. The joint use of ripeners and nutrients before the harvest can supply the raw material of better quality technology industry, however, issues related to the use of times and the ripeners of association with nutrients are not fully clarified. In this sense, the purpose of this study was to evaluate the effect of applying ripeners and nutrients at different times of management on technological parameters of sugarcane in early harvest. Were conducted, in sugarcane plant, variety RB 85 5453, two experiments consist of 14 treatments: Control, Orthosulfamuron, Ethyl-trinexapac, Sulfomethuron methyl, Sulfomethuron methyl + Boron 150 g/ha, Potassium Nitrate, Boron 50 g/ha, Boron 150 g/Ha, Boron 250 g/ha, Potassium Nitrate + Boro 50 g/ha, Complex micronutrients, Complex micronutrients + plant growth regulator, Sulfomethuron methyl + Complex micronutrients, Sulfomethuron methyl + Complex Micronutrients + Plant growth regulator; in a randomized block design with four replications. The applications were made on 28 March and 30 April. The parameters Brix%, fiber, Pol broth, Pol cane, Purity, reducing sugars, and recoverable total sugar were assessed at fortnightly intervals at 0, 15, 30, 45 and 60 days after application of the products. The use of ripeners promoted improvements in the quality of sugarcane and that the combination of nutrients to the ripeners didn\'t potentiate the action of ripeners. Different times of application of the products before the harvest resulted in different responses of sugarcane.

Tecnologias que permitam explorar o potencial genético das variedades de cana-de-açúcar nos diversos ambientes de produção e possibilitem o planejamento da colheita são fundamentais para aumentar a rentabilidade do setor sucroenergético. Dentre estas tecnologias, o emprego de indutores de maturação destaca-se por possibilitar o manejo da cultura em seu sistema de produção e proporcionar melhorias na qualidade da matéria-prima. A utilização conjunta de maturadores e nutrientes em pré-colheita pode fornecer a indústria matéria prima de melhor qualidade tecnológica. Entretanto, questões relacionadas a épocas de utilização e a associação de maturadores com nutrientes não estão totalmente esclarecidas. Neste sentido, o propósito deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de maturadores e nutrientes, em diferentes épocas de manejo, sobre parâmetros tecnológicos da cana-de-açúcar em início de safra. Foram conduzidos, em cana planta variedade RB 85 5453, dois experimentos compostos por 14 tratamentos: Controle, Orthosulfamuron, Etil-Trinexapac, Sulfometuron metil, Sulfometuron metil/ Boro 150 g/ha, Nitrato de Potássio, Boro 50 g/ha, Boro 150 g/ha, Boro 250 g/ha, Nitrato de Potássio + Boro 50 g/ha, Complexo de micronutrientes, Complexo de Micronutrientes + Biorregulador, Sulfometuron metil + Complexo de Micronutrientes, Sulfometuron metil + Complexo de Micronutrientes + Biorregulador; em delineamento de blocos casualizados, com 4 repetições. Foram realizadas 2 aplicações com intervalo de 33 dias entre aplicação. Os parâmetros Brix%, Fibra, Pol do caldo, Pol da cana), Pureza, Açúcares Redutores do Caldo, Açúcares Redutores da Cana e Açúcar Total Recuperável foram avaliados em intervalos quinzenais, aos 0, 15, 30, 45 e 60 dias após a aplicação dos produtos. Verificou-se que a utilização dos maturadores promoveu melhorias na qualidade da cana-de-açúcar e que a associação de nutrientes ao maturador não potencializou a ação dos maturadores. Diferentes épocas de aplicação dos produtos em pré-colheita resultaram em diferentes respostas da cana-de-açúcar. / Technologies to exploit the genetic potential of the varieties of sugarcane in different production environments and enable the planning of crop are essential to increase the profitability of the sugarcane industry. Among these technologies, the use of ripeners stands out by enabling the management of culture in its production system and provide improvements in the quality of the raw material. The joint use of ripeners and nutrients before the harvest can supply the raw material of better quality technology industry, however, issues related to the use of times and the ripeners of association with nutrients are not fully clarified. In this sense, the purpose of this study was to evaluate the effect of applying ripeners and nutrients at different times of management on technological parameters of sugarcane in early harvest. Were conducted, in sugarcane plant, variety RB 85 5453, two experiments consist of 14 treatments: Control, Orthosulfamuron, Ethyl-trinexapac, Sulfomethuron methyl, Sulfomethuron methyl + Boron 150 g/ha, Potassium Nitrate, Boron 50 g/ha, Boron 150 g/Ha, Boron 250 g/ha, Potassium Nitrate + Boro 50 g/ha, Complex micronutrients, Complex micronutrients + plant growth regulator, Sulfomethuron methyl + Complex micronutrients, Sulfomethuron methyl + Complex Micronutrients + Plant growth regulator; in a randomized block design with four replications. The applications were made on 28 March and 30 April. The parameters Brix%, fiber, Pol broth, Pol cane, Purity, reducing sugars, and recoverable total sugar were assessed at fortnightly intervals at 0, 15, 30, 45 and 60 days after application of the products. The use of ripeners promoted improvements in the quality of sugarcane and that the combination of nutrients to the ripeners didn\'t potentiate the action of ripeners. Different times of application of the products before the harvest resulted in different responses of sugarcane.

Orientador: Carlos Alexandre Costa Crusciol / Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, sendo esta uma das principais culturas agrícolas cultivadas no país e de extrema importância para o cenário econômico nacional. Entretanto, ao longo das últimas safras, observou-se uma estagnação na produtividade média brasileira, consolidando-se muito abaixo do potencial genético produtivo das variedades aqui cultivadas. Diante disso, houve a necessidade de se desenvolver novas técnicas de manejo, visando aumentar os patamares de produtividade. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da nutrição via foliar no final do ciclo vegetativo, precedendo o estádio de maturação da cana-de-açúcar, bem como os efeitos dessa aplicação associada com reguladores vegetais visando aumento do teor de sacarose por tonelada de cana no início de safra. Para tanto, dois estudos foram conduzidos: i) aplicação de nutrientes associados ou não ao maturador no final do ciclo vegetativo e em pré-maturação; ii) associação entre hormônios vegetais, nutrientes e maturador aplicados em fase antecedente à maturação da cana-de-açúcar. Os experimentos foram instalados em quatro locais diferentes, situados nos municípios de Indiaporã, Luis Antônio, Pontal e Santa Maria da Serra, todos localizados no estado de São Paulo, no período de fevereiro a maio de 2017, sendo repetidos nas mesmas localidades e época no ano de 2018. Foram avaliadas as variáveis biométricas, tecnológicas e teor nutricional foliar. O delineamento experimental utilizado ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

La filière betteravière française cherche à gagner en productivité afin d'obtenir des rendements en sucre économiquement satisfaisants. La fertilisation azotée est l'un des principaux facteurs influençant le rendement de la betterave sucrière. De nombreux modèles ont pour but de simuler le rendement en sucre de la betterave mais peu prennent en compte l'effet des conditions de nutrition azotée. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail étaient: (i) de mener une réflexion conduisant au choix du type de modélisation, (ii) d'identifier les caractéristiques de la plante en réponse à la nutrition azotée pour le paramétrage du modèle, et (iii) d'évaluer notre modèle. La démarche de modélisation s'est concentrée sur l'intégration des effets de la nutrition azotée sur l'élaboration de la surface foliaire, et sur les relations source-puits au sein de la plante. Des expérimentations au champ sur deux années nous ont permis d'acquérir les données nécessaires à l'étude des réponses de la betterave à des conditions contrastées de nutrition azotée et au paramétrage du modèle. Un travail de compilation de données de validation disponibles à l'ITB a permis de prendre en compte la variabilité des paramètres. Nous avons constaté que la betterave répondait à la nutrition azotée comme les autres plantes en C3. Le modèle simule les différences de rendement en sucre en fonction de l'état de nutrition azotée comme annoncé dans la bibliographie. Le modèle permet de retrouver sans les imposer les stades de croissance de la betterave. Couplé au module de fourniture d'azote du modèle STICS, le modèle permet de simuler les grandes tendances des rendements depuis les trente dernières années. / The French sugar beet industry seeks to increase productivity in order to obtain sugar yields economically satisfactory. Nitrogen fertilization is one of the main factors influencing yield of sugar beet. Many models are designed to simulate the yield of sugar beet but few take into account the effect of nitrogen nutrition conditions. In this context, the objectives of this work were: (i) to reflect leading to the choice of the type of modeling, (ii) to identify the plant characteristics in response to nitrogen nutrition for parameterization of the model and (iii) evaluate our model.The modeling approach has focused on the integration of the nitrogen nutrition effects on the leaf area development, and source-sink relationships within the plant. Two years field experiments have enabled us to acquire data necessary for the study of the sugar beet responses under contrasting nitrogen nutrition conditions and parameterization of the model. A compilation of a data set validation at the ITB makes it possible to take into account parameters variability. We found that sugar beet responded to nitrogen nutrition as the other C3 plants. The model simulates the differences in sugar yield based on nitrogen nutrition status as reported in the literature. The model can find growth stages of sugar beet without force them. Coupled to the supply nitrogen module of the STICS crop model, the model simulates the major trends in yields over the past thirty years.

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