No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Ameaças na sustentabilidade do desenvolvimento mundial em consideração ao aquecimento global, a dependência energética e a demanda exponencial pela produção de alimentos têm levado ao crescente interesse por fontes alternativas renováveis de energia como a biomassa vegetal. Neste cenário, a viabilização do etanol sem competição por terra cultivável a partir do bagaço de cana-de-açúcar (BC) pela rota enzimática é peça chave para a produção integrada e sustentável dos biocombustíveis visando otimização de recursos, redução de resíduos e minimização de impactos ambientais negativos. Entretanto, a sua comercialização precisa ser ainda consolidada através da economicidade nos insumos de hidrólise (enzimas celulases) e de uma maior eficiência na etapa de pré-tratamento da lignocelulose. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo contribuir na redução dos custos de produção celulases utilizando um resíduo característico da indústria brasileira, o BC, para produção de celulases específicas através da tecnologia de fermentação em estado sólido com o microorganismo Aspergillus niger. A proposta desenvolvida consiste em bioprocesso com pré-tratamento hidrotérmico do BC condizente a seu uso como substrato fermentativo, complementação deste substrato com 35% de farelo de soja e meio de suplementação com acréscimo de protéicas, umidade de fermentação de 80% e uso de circulação forçada em bioreator de coluna instrumentado visando o balanço hídrico e térmico do processo. As celulases específicas assim produzidas exibiram atividades de FPase: 0,045; CMCase: 1,10; xilanase: 9,17 e \'beta\'-glicosidase:0,33 UI/mL, e sua ação sinérgica sobre o BC explodido resultou na conversão em açúcares redutores de 15% após 22 horas de hidrólise. A direta aplicabilidade e especificidade do coquetel enzimático produzido mostram a proposta do bioprocesso como uma tecnologia de elevado potencial de integração no modelo de produção de etanol celulósico, anexo a uma usina convencional. Esta alternativa de desenvolvimento a maior escala indica uma oportunidade nacional para o crescimento sustentável na produção de bioetanol e a expansão das vantagens associadas com o uso de biocombustíveis no âmbito mundial. / Threats to sustainability of world development in regards to global warming, energy dependence and the exponential demand for food production have led to growing interest in alternative renewable sources of energy such as biomass. In this context, the viability of ethanol from sugar cane bagasse cane (SCB) by enzymatic pathway, without competition for farmland, is the key for sustainable and integrated biofuels production aiming to optimize resources, waste reduction and negative environmental impacts minimization. However, its commercialization needs to be further consolidated through the economy of hydrolysis enzymes (cellulases) and efficiency improvements in lignocellulosic pre-treatment. Thus, this study aimed to contribute for the reduction of costs in cellulases production using a traditional brazilian industrial waste, the SCB, in order to obtain specific cellulases with the microorganism Aspergillus niger by solid state fermentation. The proposal of bioprocess developed consists of SCB hydrothermal pre-treatment towards to its use as fermentation substrate, complementation of this substrate with 35% of soybean bran and supplementation medium with protein sources addition, moisture fermentation of 80% and use of a column bioreactor instrumented with forced aeration aiming suitable control of water and thermal balance of the process. Thus, specific cellulases produced exhibited activities of FPase = 0.045; CMCase = 1.10; xylanase = 9.17 and -glucosidase = 0.33 IU/mL, and their synergy action over exploded SCB resulted in 15% of reducing sugar conversion after 22 hours of hydrolysis. The direct applicability and specificity of the enzymatic cocktail produced shows the proposed bioprocess as a high potential technology for integration into the production model of cellulosic ethanol, joint to a conventional power plant. This development alternative to larger scale indicates a national opportunity for sustainable growth in bioethanol production and associated benefits expansion with the worldwide use of biofuels.

Este trabalho teve como objetivo o estudo de parâmetros experimentais do fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar, tais como o tipo de ácido (H3PO4 1,5 % m/v e H3SO4 1,0 % m/v) empregado como catalisador na etapa de pré-tratamento em reator piloto (350 L) a 120 ºC por 20 min. Avaliou-se também os efeitos de temperatura, tempo, concentração de hidróxido de sódio e relação sólido-líquido, de acordo com um planejamento fatorial completo 24 com três repetições no ponto central, para a etapa de deslignificação alcalina em reator de bancada (2 L) do bagaço de cana-de-açúcar previamente pré-tratado de forma a obter uma fração celulósica com elevadas taxas de conversão enzimática e maior recuperação de lignina no licor negro. As melhores condições experimentais obtidas em reator de bancada para o processo de deslignificação alcalina foram reproduzidas em reator piloto de 350 L, como forma de escalonamento deste processo. As ligninas obtidas foram caracterizadas e a fração celulósica da polpa bruta do bagaço pré-tratado com ácido fosfórico foi submetida à hidrólise enzimática de forma a obter quantidade de hidrolisado suficiente para a realização de um ensaio de fermentação alcoólica, com Saccharomyces cerevisiae Pe-2, em biorreator de 700 mL de volume de trabalho, empregando a tecnologia de reciclo de células. Os resultados mostraram que o pré-tratamento com H3PO4 1,5 % (m/v) removeu 45,5 % de hemicelulose, contra 75,6 % pelo pré-tratamento com H3SO4 1,0 % (m/v). Os fatores concentração de NaOH e relação sólido-líquido apresentaram maior influência do que os fatores tempo e temperatura, no processo de deslignificação alcalina dos bagaços pré-tratados, sendo reproduzidas em escala piloto as condições 120 ºC, 30 min, NaOH 1,5 % (m/v) e relação sólido-líquido 1:15. Estas condições de reação proporcionaram a obtenção de polpas celulósicas com conversão enzimática próxima a 80 %. Análises das polpas celulósicas por difração de raios X comprovam um aumento de cristalinidade da celulose, proporcionada pela remoção de hemicelulose e lignina. Já a análise de termoporometria mostrou um aumento do tamanho dos poros na estrutura da celulose, ao longo do seu processamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram uma maior exposição das fibras celulósicas no bagaço de cana após a deslignificação alcalina. O ensaio de fermentabilidade mostrou que o hidrolisado celulósico foi bem assimilado pela levedura Saccharomyces cerevisiae Pe-2, com a possibilidade da realização de 5 bateladas sucessivas, sendo obtidos valores de 0,45 g/g para YP/S e 5,81 g L-1h-1 para produtividade. As ligninas obtidas apresentaram características muito parecidas entre si com pureza (lignina total) entre 95-97 %, massa molar média entre 9500 e 10200 g mol-1, ponto de transição vítrea entre 140 e 160 ºC, poder calorífico na ordem de 25 MJ/kg, sendo atribuída a razão H:G:S de 1:0,9:1,1 para a lignina (ácido fosfórico) e 1:1,4:1,7 para a lignina (ácido sulfúrico). Pelos resultados de caracterização foram também propostas as fórmulas C9H8,57O2,64 (OCH3)1,00 para a lignina (ácido fosfórico) e C9H9,05O3,19 (OCH3)0,92 para a lignina (ácido sulfúrico). Palavras-chave: Fracionamento do bagaço de cana-de-açúcar. Etanol. Saccharomyces cerevisiae Pe-2. Reciclo de células. Caracterização de ligninas. / This work aimed to the study of experimental parameters of sugarcane bagasse fractionation, such as, the type of acid (H3PO4 1.5 % w/v and H2SO4 1.0 % w/v) employed as catalyst in the pretreatment step carried out in a 350 L pilot reactor at 120 ºC for 20 min. Temperature, time, NaOH concentration and solid to liquid ratio effects were also evaluated according to a 24 full factorial design with three replications in the central point, for the alkaline delignification of pretreated bagasse, carried out in a 2 L reactor, aiming to get cellulosic fraction with high enzymatic conversion rates and greater lignin recovery in black liquor. Scaling up the alkaline delignification process, the best experimental conditions obtained from 2 L reactor were reproduced in 350 L reactor. Lignins obtained were characterized and the cellulosic fraction from bagasse pulp pretreated with H3PO4 was subjected to enzymatic hydrolysis in order to obtain sufficient amount of hydrolysate to conduct an alcoholic fermentation assay with Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast in a bioreactor with 700 mL working volume, employing the cell recycle technology. The results showed that 45.5 % of hemicellulosic fraction were solubilised by H3PO4 1.5 % w/v pretreatment, versus 75.6 % of hemicellulose that was solubilised by H2SO4 1.0 % w/v. In the alkaline delignification process of pretreated sugarcane bagasse, NaOH concentration and solid to liquid ratio factors had higher influence than the time and temperature factors, with 120 ºC, 30 min, NaOH 1.5 % (w/v) and 1:15 solid to liquid ratio conditions performed in pilot scale. Enzymatic conversion near to 80 % was achieved for cellulosic pulps obtained in these alkaline delignification conditions. X-ray diffraction of cellulosic pulps confirms an increase of cellulose crystallinity, proportioned by hemicellulose and lignin removal. In relation to thermoporometry analysis, an increasing of pore large in cellulose structure was observed, throughout its processing. Scanning electronic microscopy images showed more exposed cellulosic fibers after alkaline delignification. The cellulosic hydrolysate was well assimilated by the Saccharomyces cerevisiae Pe-2 yeast, with the possibility of performing five successive batches, with 0.45 g/g for YP/S and 5.81 g L-1h-1 for productivity, as resulted of fermentation assay. Lignin obtained showed very similar characteristics each other with purity (total lignin) between 95-97 %, average molecular weight between 9500 and 10200 g mol-1, glass transition point between 140 and 160 ºC, calorific value of 25 MJ/kg being attributed H:G:S ratio of 1:0.9:1.1 for lignin (phosphoric acid) and 1:1.4:1.7 ratio for lignin (sulfuric acid). Lignin formulas C9H8.57O2.64 (OCH3)1.00 to lignin (phosphoric acid) and C9H9.05O3.19 (OCH3)0.92 to lignin (sulfuric acid) were also proposed by the characterization results.

No Brasil, vários grupos de pesquisa vêm se empenhando em desenvolver estratégias que visam ao aproveitamento da biomassa vegetal, principalmente biomassa de cana-de-açúcar, para a produção de etanol de segunda geração (2G), o que coloca o País numa posição de destaque no cenário internacional, na busca por alternativas para a produção de energia de forma sustentável e economicamente competitiva. Dentro deste contexto, este trabalho avaliou a obtenção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar pela levedura Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, pela determinação das melhores condições de suplementação do meio de cultivo e das condições operacionais em processo descontínuo e descontínuo alimentado. Na etapa de estabelecimento da suplementação do meio de cultivo foi empregado um planejamento experimental fracionado 29-5 com três repetições no ponto central e um planejamento de mistura. As melhores condições foram (2,0 g/L) extrato de levedura, (0,5 g/L) fosfato de potássio, (0,5 g/L) peptona, (0,5 g/L) sulfato de magnésio e (0,01 g/L) sulfato de zinco. Quanto ao estabelecimento das condições operacionais pHinicial, agitação e vazão de ar em biorreator, utilizou-se um planejamento central composto rotacional com três repetições no ponto central. As melhores condições encontradas foram pHinicial 6,0, agitação 225 rpm e aeração 0,45 vvm obtendo-se um fator de conversão em etanol (YP/S) de 0,23 g/g e produtividade (QP) de 0,18 g/L/h. Posteriormente foram realizados processos de fermentação descontínua e descontínua alimentada empregando-se as melhores condições definidas. No processo descontínuo, observou-se a produção de 9,94 g/L de etanol, correspondendo a valores de QP de 0,28 g/L/h, enquanto a utilização do processo descontínuo alimentado resultou em favorecimento de 37,3%, 75% nos valores de etanol formado (13,75 g/L), QP (0,49 g/L/h), respectivamente. Os resultados indicaram que um meio de cultivo suplementado com adição de poucos nutrientes aliado ao emprego de fermentação em modo descontínuo alimentado é uma estratégia promissora para a produção de etanol 2G a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana. / In Brazil, research groups have been striving to develop strategies aimed at the use of plant biomass, and second generation ethanol has made the country a leader in this area. Energy and sustainability solutions are key to making this technology more competitive to meet the growing demand for biofuels. In this work, the acquisition of 2G ethanol from sugarcane hemicellulose hydrolyzate in culture medium optimized by Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124 yeast residue was evaluated. Simple batch and fed batch operational conditions were evaluated for use in bioprocesses. Experiments were performed in Erlenmeyer flasks with medium containing sugarcane bagasse hemicellulose hydrolyzate, which was detoxified using the yeast Scheffersomyces stipitis NRRL Y-7124, in order to optimize the culture medium according to a fractional factorial design of 29-5, with three repetitions at the midpoint, and a mix plan. The best optimized conditions were yeast extract (2.0 g/L), potassium phosphate (0.5 g/L), peptone (0.5 g/L), magnesium sulfate (0.5 g/L) and zinc sulfate (0.01 g/L). Soon after, pHinicial variables, agitation, and air flow rate were optimized in the bioreactor using a central composite rotational design with three repetitions at the midpoint. The best conditions were found with pHinicial at 6.0, agitation at 225 rpm and aeration at 0.45 vvm, which obtained a YP/S of 0.23 g/g and a QP of 0.18 g/L/h. The performance of Scheffersomyces stipitis yeast in a discontinuous fed-batch process with optimized conditions were also evaluated. In the process, the simple batch reached a 9.94 g/L ethanol production a QP of 0.28 g/L/h. While yeast performance in the fed-batch process was resulted in improvement 37.3%, 75% ethanol formed values (13.75 g/L), and productivity (0.49 g/L/h), respectively. The results indicated that the culture medium supplemented with addition of a few nutrients together with the use of fermentation in fed-batch is a promising for the production of 2G ethanol from sugarcane bagasse hemicellulose hydrolysate.

Orientador: Jorge Luis Akasaki / Resumo: Com a vigente expansão dos canaviais brasileiros, um estudo direcionado para os resíduos provenientes da cana-de-açúcar torna-se imprescindível no cenário atual. Neste sentido, pesquisas estão sendo desenvolvidas para a utilização de cinza do bagaço da cana-de-açúcar (CBC) em compósitos cimentícios, sendo que esta cinza é obtida a partir da queima do bagaço que é utilizado como combustível em processos de cogeração de energia. A CBC é predominantemente constituída de dióxido de silício, e esta característica tem conduzido à avaliação da potencialidade pozolânica do material, principalmente em substituição ao cimento Portland. Nos últimos anos, tem havido um crescente interesse em se determinar o que é conhecido como Fator k de Eficácia Cimentante, que corresponde a um número que caracteriza o material pozolânico e determina a equivalência entre este e o cimento, do ponto de vista das características aglomerantes, e o seu consequente resultado no desenvolvimento das resistências mecânicas. O coeficiente de eficácia não é único para cada tipo de material, isto é, depende de algumas variáveis como por exemplo a relação água/cimento, proporção entre cimento e pozolana, idade de cura, entre outros parâmetros. Sendo assim, o objetivo principal deste trabalho é determinar o fator de eficácia cimentante da cinza do bagaço de cana-de-açúcar, em termos de resistência mecânica à compressão de microconcretos e concretos. O estudo do fator k se deu a partir da substituição de cimento Port... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A specific study related to the reusing of wastes from sugarcane industry is essential nowadays, mainly due to the increasing on the brazilian sugar cane plantations. On this way, several studies have been performed using sugarcane bagasse ash (SCBA) in cementitious composites, where the SCBA was obtained from the energy cogeneration process. Due to the chemical composition of SCBA, mainly silicon, studies related to its use as pozzolanic material in Portland cement binder have been reported. In the last years, the knowledge about factor k, that corresponds to a number characterize a pozzolanic material and determines its equivalence with Portland cement (OPC) from mechanical strength point of view, is increasing. Factor k depends on some variables used in mortars or concretes mixtures such as water/OPC ratio, proportion between OPC and pozzolanic material, curing time, among other parameters. The aim of this work is to assess the factor k of SCBA from mechanical point of view micro-concretes and concretes. The assessment of factor k was performed replacing OPC by SCBA and adding SCBA to the control mixture (without SCBA) for a fixed water/OPC ratio. Phisico-chemical characterization of SCBA and its reactivity on calcium hydroxide/SCBA and OPC/SCBA were assessed on pastes. Conductivity/resistivity and electrical impedance measurements were performed on mortar samples. Pozzolanic reactivity of SCBA could be detected by modifications on the conductivity/resistivity and electric... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

[pt] O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo, produzindo a maior quantidade de resíduo em forma de bagaço, que atualmente é queimado na indústria para geração de energia elétrica, apesar de ainda possuir potencial para produzir outros compostos de maior valor agregado, como etanol de segunda geração, ácido lático, butanodiol e etc. Neste trabalho, foi avaliado o desempenho do pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar utilizando peróxido de hidrogênio em meio alcalino. Com o intuito de retirar a lignina para liberar os carboidratos no meio, foram realizados experimentos variando a temperatura (25 graus Celsius – 45 graus Celsius) e concentração de peróxido de hidrogênio (1,5 por cento - 7,5 por cento) a pH 11,5 por 1 h em um shaker orbital a 100 rpm. O desempenho do pré-tratamento foi medido utilizando o método gravimétrico de Klason para quantificar a lignina, o HPLC para determinar as concentrações de xilose e glicose e o infravermelho para determinar mudanças na estrutura da biomassa. A análise de Klason indicou 45 graus Celsius /7,5 por cento como melhor condição de solubilização, com 75,4 por cento de solubilização, as análises de HPLC indicaram 45 graus Celsius/7,5 por cento como melhor condição para a obtenção de glicose com concentração de 1,66 g/L e 25 graus Celsius/7,5 por cento para obtenção de xilose com concentração de 0,82 g/L e as análises de FT-IR indicaram 25 graus Celsius /1,5 por cento como melhor condição de oxidação, com 66,9 por cento de oxidação de lignina. Para cada análise, foi proposto um modelo de rede neural artificial. A rede das análises de Klason teve a topologia trainlm/logsig/4 com SSE 0,00723 e R2 0,995, a rede das análises de glicose teve topologia trainlm/logsig/4 com SSE 0,0328 e R2 0,97384, a rede das análises de xilose teve topologia trainlm/logsig/5 com SSE 0,289 e R2 0,87441 e a rede das análises de FT-IR teve topologia trainlm/logsig/5 com SSE 0,0316 e R2 0,98414. / [en] Brazil leads the world in sugarcane production, consequently produces also the greatest amount of sugarcane bagasse. Currently, this sugarcane bagasse is leveraged for power generation in the mills, but this biomass still has a potential for production of others value-added compounds such as the second-generation ethanol, lactic acid, butanediol and etc. The present work was carried out in order to study the efficiency of the delignification process of sugarcane bagasse with alkaline hydrogen peroxide. Two variable were assessed experimentally: temperature (25 Celsius degrees - 45 Celsius degrees) and H2O2 concentration (1.5 percent -7.5 percent) at pH 11.5 for 1 h in an orbital shaker at 100 rpm. The Klason Method was used to measure concentration of extracted lignin, HPLC was used to measure the concentration of glucose and xylose and FT-IR analysis was applied to identify lignin structure in the samples. The Klason analysis indicated the 45 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with 75,4 percent of the lignin solubilidized, the glucose analysis indicated 45 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with a concentration of 1,66 g/L, the xylose analysis indicated 25 Celsius degrees/7,5 percent as the optimum condition with a concentration of 0,82 g/L, and the FT-IR analysis indicated 25 Celsius degrees/1,5 percent as the optimum condition with 66,9 percent of the lignin oxidized. For each analysis, an ANN model was proposed. The network of the Klason analysis had a trainlm/logsig/4 topology with SSE 0,00723 and R2 0,995, the network of the glucose analysis had a trainlm/logsig/4 topology with SSE 0,0328 and R2 0,97384, the network of the xylose analysis had a trainlm/logsig/5 topology with SSE 0,289 and R2 0,87441, the network of the FT-IR analysis had a trainlm/logsig/5 topology with SSE 0,0316 and R2 0,98414.

Brazil occupies a place of prominence in the productive sector, as well as in the exploitation of agricultural waste, from sugar cane. This use is a fairly widespread practice, both for effluents, mainly vinasse, but also for solid residues, such as filter-cake and bagasse from sugar cane. Thus, at the start of the 2005/06 harvest, samples were collected from residual waters of the S.T.E. (Station for the treatment of effluents), bagasse and from the filtrate liquid (percolate) from bagasse that was accumulated since the 2004/05 harvest, from the industrial processing of sugar cane in S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool . The target was the isolation of microorganisms that produce extracellular enzymes able to degrade cellulose, hemicellulose, and lignin phenols. There were originally 42 microorganisms isolated, of which 31 were screened for the verification of the production of these and other enzymes, as well as for their morphobiochemistry identification. From these, 29 were identified, with the predominance of the genera Flavobacterium, Chromobaterium and Achromobacter. The other bacterial isolates belong to the genus Corynebacterium, Aeromonas., Bacillus, Clostridium, Citrobacter, Nocardia, Kurthia, Mycobacterium, Serratia, Pseudomonas, e Actinomyces. Among the fungal isolates, the genera detected were: Penicillium, Rhodotorula, Gonatobotrys and Gliocladium. The actynomicete Nocardia (PB4), isolated from the percolate of bagasse, presented a broad spectrum of enzymatic activities, being selected for evaluation of its cellulolitic activity in liquid medium containing carboxymethylcellulose and bagasse from sugar cane as a source of carbon. The production of cellulase in these substrates was evaluated according to the concentration of reducing sugars and of total protein, and the content of total phenols has also been determined. In addition to this isolated, another 5 microorganisms were chosen - because of their cellulolytic, xylanolytic, and phenolytic activities in a solid medium, and used for implementing a process of composting of the sugar cane bagasse (from 2005/06 and 2006/07 harvests) with filter-cake (2006/07 crop), in scale of the greenhouse for 48 days. These were divided into 2 consortia (CM1 and CM2), formed by 3 microorganisms each. Factors such as temperature, moisture, organic matter content, nitrate, nitrite, phosphate and organic carbon were evaluated in order to monitor the process of composting substrates, without the addition of other macro and micronutrients. From the physico-chemical analyses, it was found that there were not wide variations in the performance of both consortia, and that both led to a reduction of the concentration of organic matter and contents of nitrate and phosphate. Besides this, in period (48 days) and in the conditions (trays with large diameter and small height, which favors changes of temperature of the substrate with the environment; non addition of other sources of nitrogen and phosphorus) of this study, the substrates do not reached stabilization. However, the microorganisms presented here, have broad potential for exploitation in cases of composting the solid and liquid agri-industrial residues, provided that relations C:N be corrected, and also in bioremediation, because of its broad spectrum of enzymatic activities. It is suggested to combine the solid waste with a percentage of vinasse, because this is rich in nutrients that influence the action of microorganisms studied. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / O Brasil ocupa um lugar de destaque tanto no setor produtivo quanto no aproveitamento agrícola dos resíduos da cana-de-açúcar. Este aproveitamento constitui-se numa prática bastante generalizada, tanto para os efluentes, principalmente a vinhaça, como também para os descartes sólidos, como a torta de filtro e o bagaço de cana. Deste modo, no início da safra 2005/06, foram coletadas amostras de águas resíduárias da E.T.E. (estação de tratamento de efluentes), bagaço de cana e percolado desse bagaço (acumulado desde a safra 2004/05) oriundos do processamento industrial da cana-deaçúcar na S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool, visando o isolamento de microrganismos produtores de enzimas extracelulares capazes de degradar celulose, hemicelulose, lignina e fenóis. Foram inicialmente isolados 42 microrganismos, dos quais 31 foram triados para a verificação da produção dessas e outras enzimas, bem como para sua identificação morfo-bioquímica. Destes, 29 microrganismos foram identificados, havendo a predominância dos gêneros Flavobacterium, Chromobaterium e Achromobacter. Os demais isolados bacterianos pertencem aos gêneros Corynebacterium, Aeromonas, Bacillus, Clostridium, Citrobacter, Nocardia, Kurthia, Mycobacterium, Serratia, Pseudomonas, e Actinomyces. Entre os isolados fúngicos, os gêneros detectados foram: Penicillium, Rhodotorula, Gonatobotrys e Gliocladium. O actinomiceto Nocardia (PB4), oriundo do percolado do bagaço, apresentou um amplo espectro de atividades enzimáticas, sendo selecionado para avaliação de sua atividade celulolítica em meios líquidos contendo carboximetilcelulose e bagaço de cana como fonte de carbono. Avaliou-se a produção de celulase a partir destes substratos, bem como a liberação de glicídios redutores, proteínas totais e fenóis totais. Além deste isolado, outros 5 microrganismos foram escolhidos, devido ao seu potencial em degradar celulose, xilana, lignina e fenóis em meio sólido, para execução de um processo de compostagem de bagaço de cana (oriundo da moagem das safras 2005/06 e 2006/07) e torta de filtro (safra 2006/07), em escala de casa de vegetação, durante 48 dias. Estes foram distribuídos em 2 consórcios (CM1 e CM2) compostos por 3 microrganismos cada. Fatores como temperatura, umidade, teor de matéria orgânica, nitrato, nitrito, carbono orgânico e fosfato foram avaliados a fim de acompanhar o processo de compostagem desses substratos sem adição de outros macro ou micronutrientes. A partir das análises físico-químicas, verificou-se que não ocorreram grandes variações no desempenho de ambos os consórcios, e que ambos conduziram a uma redução da concentração de matéria orgânica e disponibilização de nitrato e fosfato. Constatou-se que nas condições e período do estudo (48 dias, bandejas largas com uma superfície de exposição do volume de substrato utilizado suscetível a trocas de temperatura com o ambiente, e não adição de outras fontes de nitrogênio e fósforo), o material não atingiu a estabilização. Contudo, os microrganismos aqui apresentados, apresentam amplo potencial para exploração em processos de compostagem de resíduos agroindustriais sólidos/líquidos, desde que se corrijam as relações C:N, e biorremediativos, devido ao seu amplo espectro de atividades enzimáticas. Sugere-se uma combinação dos resíduos sólidos com um percentual de vinhaça, visto esta ser rica nos nutrientes que influenciaram a ação dos microrganismos estudados.

[pt] O bagaço da cana-de-açúcar é uma biomassa vegetal que possui muito potencial de uso devido aos seus três elementos estruturais: celulose, hemicelulose e lignina. Para servir como matéria prima na produção de insumos, o bagaço da cana-de-açúcar precisa passar por um processo de pré-tratamento. Nesse estudo, duas metodologias para o processo de pré-tratamento do bagaço da cana-de-açúcar foram utilizadas: a deslignização via peróxido de hidrogênio (H2O2) e via dióxido de carbono supercrítico (ScCO2). Para o estudo utilizando H2O2, foram desenvolvidos modelos a partir de planejamento experimental, Algoritmos Genéticos (GA, do inglês Genetic Algorithms), Redes Neurais Artificiais (RNA) e Neuro-Fuzzy (ANFIS). As variáveis independentes foram temperatura (25 – 60 graus Celsius), concentração de H2O2 (2 – 15 por cento m/v) e pH (10 – 13), tendo como resposta os teores de lignina residual e oxidada no processo, através de análises de FT-IR e análise pelo método de Klason. Para o estudo utilizando ScCO2 foram construídos modelos a partir de RNA e ANFIS. As variáveis estudadas no processo foram: temperatura (35 – 100 graus Celsius), pressão (75- 300 bar) e teor de etanol na solução de co-solvente (0 – 100 graus Celsius). De modo geral, para os dois processos, os modelos desenvolvidos consideram as variáveis independentes como sendo neurônios na camada de entrada e as variáveis dependentes como sendo neurônios na camada de saída. Todos os modelos neurais e ANFIS desenvolvidos neste trabalho foram avaliados pelo coeficiente de correlação e índices de erro (SSE, MSE e RMSE), além do número de parâmetros. Os resultados mostraram que, dentre estas estratégias estudadas, os modelos neurais se mostraram mais satisfatórios para predição das respostas do pré-tratamento com H2O2, já que se encaixa nos índices de performance estipulados. O mesmo ocorreu no modelo neural para predição do teor de lignina residual no pré-tratamento com ScCO2. Para cada modelo polinomial e neural desenvolvido, foi realizada a investigação das superfícies de respostas e das curvas de contorno. Com esse recurso, foi possível a identificação dos melhores pontos operacionais para os processos, visando a minimização dos teores de lignina residual e oxidada na biomassa. / [en] Sugarcane bagasse is a plant biomass that has a great potential for use due to its three structural elements: cellulose, hemicellulose and lignin. To serve as raw material in the production of other products, sugarcane bagasse needs to undergo a pre-treatment process. In this study, two methodologies for the sugarcane bagasse pretreatment process were used: delignification via hydrogen peroxide (H2O2) and via supercritical carbon dioxide (ScCO2). The models for study the process with H2O2 were developed from experimental planning, Genetic Algorithms (GA), Artificial Neural Networks (ANN) and Neuro-Fuzzy (ANFIS). The independent variables were: temperature (25- 60 degrees Celsius), H2O2 concentration (2 - 15 percent m/v) and pH (10-13). The residual and oxidized lignin contents in the process were evaluated from FT-IR and Klason method analysis. The models for study the process with ScCO2 were developed from RNA and ANFIS. The variables studied in the process were: temperature (35-100 degrees Celsius), pressure (75-300 bar) and ethanol content in the aqueous solution of co-solvent (0-100 percent). In general, for the two processes, the developed models consider the independent variables to be neurons in the input layer and the dependent variables to be neurons in the output layer. All the neural and ANFIS models developed in this study were evaluated by the correlation coefficient and error indexes (SSE, MSE and RMSE), as well as the number of parameters. From the stipulated indices of performance, among the results obtained by the different strategies, the neural models were the most satisfactory for the prediction of pretreatment responses with H2O2. The same occurred in the neural model for prediction of the residual lignin content in the pre-treatment with ScCO2. Response surfaces and the contour curves were investigated for each polynomial and neural model developed. With this resource, it was possible to identify the best operational points for the processes, pointing at minimizing the residual and oxidized lignin contents in the biomass.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4934.pdf: 6976486 bytes, checksum: c340cf221926ec58e76bb12981626d19 (MD5) Previous issue date: 2013-01-25 / Financiadora de Estudos e Projetos / Brazil is the world's largest producer of sugarcane and the leading exporter of its derivatives (sugar, alcohol, energy etc.). One of the main waste generated in the manufacturing process of this sector is the sugarcane bagasse ash sand (SBAS), produced from the burning of bagasse into boilers to produce electricity (cogeneration). This ash sand is composed of a high amount of silica and it is also currently discarded in cane plantations as organic fertilizer, despite the fact that it is poor in nutrients. This research proposes to provide an alternative application of SBAS in concrete as a replacement material for fine aggregate. Furthermore, the durability of concrete with alternative materials demands a special attention, especially regarding reinforcement corrosion. This is a major concern of the use of wastes on the degradation of concrete structures. The process begins with the despassivation of steel reinforcement, and it propagates in a suitable environment. The aim of this study was to evaluate the potential occurrence of reinforcement corrosion in concrete made with SBAS as a partial replacement material for fine aggregate. The ash sand samples were collected in a plant in the State of São Paulo, and standardized through a sieving and grinding. The SBAS was subjected to physical and chemical characterization, by its chemical composition, sieve analysis, powdery material, absorption, bulk density and true density. Mortars and concretes were produced with levels of substitution of 0% (reference), 30% and 50% of SBAS. In mortars, tests of compressive strength, porosity (void index and pores analysis by optical microscopy), water absorption, accelerated carbonation, chloride penetration and electrical conductivity of the aqueous solution were performed. The concretes were submitted to tests of compressive strength, void index, absorption, chloride penetration, potential and rate of reinforcement corrosion. Thus, the results indicated that substitution of 30% and 50% by SBAS can increase the compressive strength of concrete and the resistance to attack by chlorides, and decrease the despassivation probability of reinforcement. However, with the content of 50% of SBAS, the corrosion rate was significantly higher in comparison to other samples, and it was similar between the concretes with 30% of SBAS and reference. Thus, it was possible to conclude that the concrete with 30% of SBAS as a substitute of fine aggregate may be applied in conventional structural elements without loss of mechanical and durability performance. / O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e o principal exportador de seus derivados (açúcar, álcool, energia etc.). Um dos principais resíduos gerados no processo industrial do setor sucroalcooleiro é a areia de cinza do bagaço da cana-de-açúcar (ACBC), derivada da queima do bagaço da cana nas caldeiras para a produção de energia elétrica (cogeração) para o abastecimento das próprias usinas. Esse material, com elevada quantidade de sílica, é geralmente descartado no solo como adubo nas lavouras de canade- açúcar, mesmo sendo pobre em nutrientes. Essa pesquisa vem oferecer uma alternativa para aplicação da ACBC em matrizes cimentícias de concretos como agregado miúdo, em substituição à areia natural. Além disso, a durabilidade de concretos utilizando materiais alternativos demanda uma atenção especial, principalmente quanto à corrosão de armaduras. Esta é uma das principais preocupações na utilização de resíduos quanto à degradação de estruturas de concreto. O processo corrosivo se inicia quando ocorre a despassivação da armadura e se propaga na presença de um meio propício. Este trabalho busca, portanto, estudar e avaliar a potencialidade da ocorrência de corrosão de armaduras em concretos produzidos com a ACBC em substituição parcial ao agregado miúdo. As amostras de areia de cinza foram coletadas em usina do Estado de São Paulo, e padronizadas através de um peneiramento manual e moagem. A ACBC utilizada foi caracterizada quanto a sua composição química, granulometria, material pulverulento, massas específica e unitária e absorção. Foram produzidos argamassas e concretos com teores de substituição de 0% (referência), 30% e 50% de ACBC. Nas argamassas, foram realizados testes de resistência à compressão, porosidade (índice de vazios e análise dos poros por microscopia óptica), absorção de água, carbonatação acelerada, penetração de cloretos e condutividade elétrica da solução aquosa dos poros. Os concretos foram submetidos a ensaios de resistência mecânica, índice de vazios, absorção, penetração de cloretos, potencial e taxa de corrosão das armaduras. Desta forma, os resultados indicaram que a substituição em 30% e 50% de areia natural pela ACBC pode aumentar a resistência à compressão dos concretos e a resistência ao ataque de cloretos, e diminuir a probabilidade de despassivação da armadura. Entretanto, com o teor de 50% de ACBC, a taxa de corrosão foi significativamente maior em relação às demais amostras e manteve-se similar entre o concreto com 30% de ACBC e o de referência. Com isso, foi possível concluir que os concretos com 30% de substituição ao agregado miúdo convencional pela ACBC podem ser aplicados em elementos estruturais sem perda de desempenho mecânico e de durabilidade.

Orientador: Jorge Luís Akasaki / Resumo: A indústria cimenteira tem passado por pressões cada vez mais constantes, referentes aos impactos ambientais causados pela emissão de gases na produção de cimento Portland e, atualmente, pela crise econômica que o setor da construção civil vem passando. Estes acontecimentos têm levado pesquisadores a investigarem novas formas de se obter aglomerantes alternativos, de maneira mais sustentável e econômica. Aliada a este problema, está a geração de resíduos de biomassa provenientes da atividade agroindustrial. Uma das alternativas criadas para a redução da emissão de CO2 e do consumo de cimento Portland é a produção de novos aglomerantes à base de argilas calcinadas. Além de reduzir significativamente o teor de cimento em matrizes cimentantes, a utilização destes aglomerantes proporciona economia de energia e menor temperatura de queima, liberando menos CO2 que o cimento durante sua produção. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir e caracterizar um novo aglomerante formado pela mistura da cinza do bagaço da cana-de-açúcar e argila calcinada, denominada de CBA. A proporções entre bagaço, argila e água foram de 1,000:0,150:0,125, em massa, respectivamente. Após a calcinação, a cinza passou por processo de peneiramento e moagem. O estudo foi divido em três principais etapas: produção e caracterização da CBA; estudo da reatividade da CBA em pastas e; análise do comportamento mecânico de argamassas produzidas com substituição parcial de cimento por CBA. Inicialmente, a cinza p... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Cement industry has been suffering pressure increasing, related to environments impacts due gas emission promoted by Portland cement production and, furthermore, due the currently crisis in civil construction sector that has been passing through. These events have lad researchers to investigate new forms of obtaining alternative binders more sustainable and economic. Allied to this problem, there is to biomass residues generation from agro-industry activity. One of the alternatives created to reduce the CO2 emissions and Portland cement consumption is the manufacturing of new binders based on thermally calcined clay. Besides it to reduce significantly cement content in cementitious matrix, these binders provides energy saving and lower calcination temperature, realizing less CO2 than Portland cement related to its production. Thus, the main of this objective of this study was to produce and characterize a new binder, composed by sugar-cane bagasse ash and calcined clay (SCA). The content of sugarcane bagasse, clay and water in mixture was 1/0.15/0.125, by mass, respectively. After calcination procedure, SCA passed through sieving and mill process. The study was separated in three stages: characterization of SCA; SCA reactivity study in pastes and; mechanical behavior analysis in cement mortars produced with partial cement replacement by SCA. Initially, SCA was characterized by physicochemical tests, being X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron micros... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre