The rising price of oil is hurting consumers all over the world. There is growing interest in producing biofuels from non-food crops, such as sugarcane trash. Lignocellulosic biomass (e.g., sugarcane trash) is an abundant, inexpensive, and renewable resource. The patented MixAlco process is a cost-effective solution, which does not require sterility or the addition of expensive enzymes to convert lignocellulosic biomass to transportation fuels and valuable chemicals. In this study, the MixAlco process was used to convert sugarcane trash to carboxylic acids under thermophilic conditions. Lime-treated sugarcane trash (80%) and chicken manure (20%) was used as the feedstock in rotary 1-L fermentors. Ammonium bicarbonate buffer was used to mitigate the effects of product (carboxylic acid) inhibition. Marine inoculum was used because of the high adaptability of the mixed culture of microorganisms present. Iodoform solution was added to inhibit methanogenesis. Preliminary batch studies over a 20-day period produced 19.7 g/L of carboxylic acids. Sugarcane trash had the highest average yield (0.31 g total acid/g VS fed) and highest average conversion (0.70 g VS digested/g VS fed) among the three substrates compared. Countercurrent fermentations were performed at various volatile solid loading rates (VSLR) and liquid residence times (LRT). The highest acid productivity of 1.40 g/(L�d) was at a total acid concentration of 29.9 g/L. The highest conversion and yield were 0.64 g VS digested/g VS fed and 0.36 g total acid/g VS fed, respectively. The continuum particle distribution model (CPDM) was used to predict acid concentration at various VSLR and LRT. The average error in between the predicted and experimental acid concentration and conversion were 4.62% and 1.42%, respectively. The effectiveness of several pretreatment methods was evaluated using the CPDM method. The best-performing method was short-term, no-wash, oxidative lime pretreatment with ball milling. At an industrial-scale solids loading of 300 g VS/L liquid, the CPDM ?map? predicts a total acid concentration of 64.0 g/L at LRT of 30 days, VSLR of 7 g/(L�d), and conversion of 57%. Also high conversion of 76% and high acid concentration of 52 g/L are achieved at a VSLR of 4 g/(L�d) and LRT of 30 days.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-06-21Bitstream added on 2014-06-13T20:37:33Z : No. of bitstreams: 1 teixeira_lg_me_jabo.pdf: 3324980 bytes, checksum: c588c0fe971e863b13d299ae775c6afb (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Usina São Martinho / O preparo do solo tem sido apontado como uma das práticas que causam perda adicional de carbono do solo para a atmosfera na forma de CO2, o principal gás do efeito estufa ampliado. Neste trabalho são estudados alguns aspectos da emissão de CO2 do solo de áreas agrícolas na região de Jaboticabal, SP, Brasil. Os experimentos foram realizados em duas áreas onde estudou-se o efeito do preparo do solo com arado de disco seguido de grade niveladora (convencional), escarificador de arrasto conjugado com rolo destorroador (reduzido) e enxada rotativa sobre as emissões de CO2 do solo. No experimento conduzido com a enxada rotativa, foi considerada sua aplicação sobre parcela com e sem palha de cana-de-açúcar, sendo o efeito da presença ou não de palha na superfície do solo sobre as emissões de CO2 também investigada. Já no experimento que contemplou o preparo convencional e reduzido as emissões totais indicaram que o sistema de preparo arado de disco seguido de grande niveladora foi o mais impactante, resultando em uma perda de carbono do solo próxima a 71 g m-2 (260 g CO2 m-2) em 2 semanas. Com relação à influência da palha sobre as emissões após preparo, essas foram significativas aumentando a emissão em 36% acima daquela da parcela após preparo sem palha. Os resultados apresentaram, invariavelmente, uma queda da emissão de CO2 do solo ao longo do tempo após preparo, que foi melhor modelada em um dos experimentos a partir de uma função exponencial decrescente no tempo somente, enquanto no outro experimento por uma função combinada, exponencial decrescente no tempo e dependência linear com temperatura e umidade do solo, foi a que melhor ajustou-se as variações temporais da emissão após preparo / Soil tillage has been presented as one of the practices responsible for the additional release of carbon from soil to atmosphere as CO2, the major gas of the enhanced greenhouse effect. This work investigates several aspects of soil CO2 emission in agricultural areas in Jaboticabal region, São Paulo State, Brazil. The experiments were conducted in two fields, where the effect on soil CO2 emissions was studied for tillage employing disk plow followed by offset disk harrow, chisel plow followed by clod break roller and rotary tillage. In the rotary tillage experiment, plots with and without sugarcane trash on the surface were considered, being the effect of the presence of crop residues on soil CO2 emission also evaluated. In the experiment comparing conventional and reduced tillage, total emissions indicated that the conventional tillage (disk plow followed by offset disk harrow) was the most impacting tillage system, resulting in a total carbon emission of 71 grams m-2 (260 g CO2 m-2) in 2 weeks after tillage. Concerning the influence of sugarcane trash on emissions after tillage, emissions were significant, increasing 36% over the plot without residues of the crop. In all cases, results consistently showed a decrease in soil CO2 emission in time after tillage, which was best modeled by an exponential decay in time after tillage only, for one of the experiments, while a combined function of exponential decay in time and linear dependence on temperature and soil moisture, in the other experiment, was the best for fitting the temporal variation of emission after tillage

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T18:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4773.pdf: 2663058 bytes, checksum: bffabf5b19b85ded64c108c783beee0e (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / The increasing demand for alternative energy sources for replacing fossil fuels has attracted investments for Brazilian sugarcane industry, which has been widely reconized as a model of renewable energy producer. To ensure financial security is necessary that production of sugarcane provide the socioeconomic and agri-enviromental needs, with emphasis on the relationship between the production of electricity from the burning of biomass and ethanol by new ways of obtaining such as cellulose hydrolysis and the maintenance of sugarcane trash under the soil. Process based crop models based, such as APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), are useful tools for planing the production system and to identify the bottlenecks influencing the profitability of the sector. The objective was to model the growth and productivity of green and burnt sugarcane harvesting systems, under several nitrogen fertilizer levels (60, 120 and 180 kg ha-1). The study was based on two experiments located in Piracicaba-SP and Salinas-MG caried on with cultivar SP80-1842. The evaluation of the model showed that the APSIM-Sugarcane is able to drescribe adequately the growth and productivity of cane sugar production in these environments, once the modeling eficiency (E) was greater than 0.9 for stlak dry mass (MS). Simulations also showed that the amount of trash on the soil would affect the crop yield and the remotion of trash for using in the mills would ultimately decrease the sugarcane yield along the time. However, in these simulations, the crop did not respond to nitrogen fertilization. / A demanda crescente por fontes energéticas alternativas, em detrimento dos combustiveis fósseis, tem dado destaque ao Brasil no cenário inernacional como modelo de produção de energia renovável e atraído investimentos massivos ao setor sucroenergético brasileiro nacional. Para garantir a segurança financeira do negócio, é necessário que a produção de cana-de-açúcar supra as necessidades socioeconômicas e agroambientais, com ênfase na relação entre a produção de energia elétrica, a partir da queima dos resíduos vegetais e do etanol por novas vias de obtenção, como a hidrólise de celulose, e a manutenção da palha sob o solo. Modelos de simulação de culturas baseados em processos biofísicos, como o APSIM (Agricultural Productions Systems Simulator), são ferramentas úteis para o planejamento da produção e na determinação dos pontos de estrangulamento que influenciam a lucratividade do setor. O objetivo do trabalho foi modelar o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em sistemas de colheita mecanizada, avaliando o efeito da remoção da palhada remanescente em combinação com doses de adubação nitrogenada de 60, 120 e 180 kg.ha-1. Os estudos foram realizados com base em dois experimentos localizados em Piracicaba-SP e Salinas-MG, conduzidos com a variedade SP80-1842. A avaliação do modelo revelou que o APSIM-Sugarcane é capaz de descrever adequadamente o crescimento e a produtividade da cana-de-açúcar em diferentes ambientes produtivos com eficiência da modelagem (E) maior que 0,9 para massa seca de colmos (MS). As simulações também mostraram que a quantidade de palha no solo pode afetar a produtividade da cultura, que a remoção da palha, para utilização na indústria, acarretaria em redução da produtividade no longo prazo. Entretanto, nas simulações feitas a cultura não respondeu significativamente à adubação nitrogenada.

Resumo: O preparo do solo tem sido apontado como uma das práticas que causam perda adicional de carbono do solo para a atmosfera na forma de CO2, o principal gás do efeito estufa ampliado. Neste trabalho são estudados alguns aspectos da emissão de CO2 do solo de áreas agrícolas na região de Jaboticabal, SP, Brasil. Os experimentos foram realizados em duas áreas onde estudou-se o efeito do preparo do solo com arado de disco seguido de grade niveladora (convencional), escarificador de arrasto conjugado com rolo destorroador (reduzido) e enxada rotativa sobre as emissões de CO2 do solo. No experimento conduzido com a enxada rotativa, foi considerada sua aplicação sobre parcela com e sem palha de cana-de-açúcar, sendo o efeito da presença ou não de palha na superfície do solo sobre as emissões de CO2 também investigada. Já no experimento que contemplou o preparo convencional e reduzido as emissões totais indicaram que o sistema de preparo arado de disco seguido de grande niveladora foi o mais impactante, resultando em uma perda de carbono do solo próxima a 71 g m-2 (260 g CO2 m-2) em 2 semanas. Com relação à influência da palha sobre as emissões após preparo, essas foram significativas aumentando a emissão em 36% acima daquela da parcela após preparo sem palha. Os resultados apresentaram, invariavelmente, uma queda da emissão de CO2 do solo ao longo do tempo após preparo, que foi melhor modelada em um dos experimentos a partir de uma função exponencial decrescente no tempo somente, enquanto no outro experimento por uma função combinada, exponencial decrescente no tempo e dependência linear com temperatura e umidade do solo, foi a que melhor ajustou-se as variações temporais da emissão após preparo / Abstract: Soil tillage has been presented as one of the practices responsible for the additional release of carbon from soil to atmosphere as CO2, the major gas of the enhanced greenhouse effect. This work investigates several aspects of soil CO2 emission in agricultural areas in Jaboticabal region, São Paulo State, Brazil. The experiments were conducted in two fields, where the effect on soil CO2 emissions was studied for tillage employing disk plow followed by offset disk harrow, chisel plow followed by clod break roller and rotary tillage. In the rotary tillage experiment, plots with and without sugarcane trash on the surface were considered, being the effect of the presence of crop residues on soil CO2 emission also evaluated. In the experiment comparing conventional and reduced tillage, total emissions indicated that the conventional tillage (disk plow followed by offset disk harrow) was the most impacting tillage system, resulting in a total carbon emission of 71 grams m-2 (260 g CO2 m-2) in 2 weeks after tillage. Concerning the influence of sugarcane trash on emissions after tillage, emissions were significant, increasing 36% over the plot without residues of the crop. In all cases, results consistently showed a decrease in soil CO2 emission in time after tillage, which was best modeled by an exponential decay in time after tillage only, for one of the experiments, while a combined function of exponential decay in time and linear dependence on temperature and soil moisture, in the other experiment, was the best for fitting the temporal variation of emission after tillage / Orientador: Newton La Scala Júnior / Coorientador: Afonso Lopes / Banca: José Marques Júnior / Banca: Maurício dos Santos Simões / Mestre