The disposal of large amounts of waste still containing energetic value is a central challenge in the waste management of the Brazilian sugarcane industry. As a sustainable solution, the biogas process appears to be a suitable technology for treating sugarcane waste products and for providing valuable commodities such as energy-rich biogas and digestate with fertilizer properties. Additionally, the proper treatment of the four major waste types (straw, bagasse, filter cake and vinasse) would avoid greenhouse gas emissions, air pollution and environmental contamination of soil and water. In order to investigate the feasibility and reliability of biogas production from sugarcane wastes, the microbial community dynamics of laboratory-scale reactors were assessed under different start-up strategies. Despite the promising results of the methane potential for all the waste products, chemical and physical pre-treatments were applied successfully to increase the methane yield of straw, bagasse and filter cake. The microbial community dynamics observed during co-digestion of filter cake and bagasse showed, together with the process parameters, that cattle manure can be effectively used as an inoculum for the start-up of a biogas process in the remote-located sugarcane industry. Monitoring methanogenic community dynamics at high organic loading rate of filter cake and bagasse demonstrated that the genera Methanosarcina and Methanobacterium are the major methanogens that produce biogas, even under process imbalances. Moreover, the results obtained from the process parameters and methanogenic community analyses revealed that the stable isotope fingerprinting technique may be a potential monitoring tool for quickly identifying changes in the methanogenic pathway, which indicates process disturbances. In conclusion, these studies established techniques for the efficient substrate processing and start-up procedure of a biogas process designed for the anaerobic digestion of sugarcane wastes, and by these means provided a highly detailed profile of the microbial community in relation to process parameters.

O tema sustentabilidade tem sido mais valorizado à medida que a humanidade começa a perceber as consequências em desprezar as leis de equilíbrio natural dos recursos disponíveis. A partir daí, reorganizar as formas de produção em vistas do melhor aproveitamento de subprodutos, bem como focalizar os esforços e recursos em fontes renováveis de energia, são pontos cada vez mais importantes. A matriz elétrica brasileira é predominantemente de origem hidrelétrica; porém, outras fontes de energia, inclusive geradas a partir de resíduos, também têm recebido maior atenção no Brasil. Nesse contexto, o objetivo geral desta pesquisa é avaliar a viabilidade sócio-ambiental e econômica de alternativas de produção energética a partir de subprodutos do sistema sucroenergético. A presente pesquisa é do tipo qualiquantitativa, aplicada, envolvendo a caracterização e comparação das diversas alternativas, a partir de variáveis de custo, produção, logística, emissões, recolhimento de impostos, eficiência energética, dentre outras. Para a coleta de dados primários foram realizadas entrevistas com gestores e técnicos de usinas do setor sucroenergético, pesquisadores da área, bem como responsáveis por políticas públicas no tema de estudo. Para a coleta de dados quantitativos, foram utilizados formulários, a fim de levantar dados referentes a volume de resíduos produzido, produtividade energética das alternativas, custos de implantação e de outros processos e variáveis relacionados. As análises quantitativas dos dados foram realizadas a partir da aplicação de um modelo de Simulação de Monte Carlo e análises de sensibilidade, dentro do contexto da metodologia RBMCA (Risk-Based Multi Criteria Assessment). Para as análises econômicas de viabilidade do investimento, foram utilizadas técnicas de matemática financeira, como Coeficiente Benefício/Custo (B/C) e Valor Presente Líquido (VPL) das alternativas. Como resultado, a pesquisa permitiu trazer à realidade do setor sucroenergético brasileiro uma metodologia de análise de viabilidade que leva em consideração o risco envolvido nas variáveis consideradas, a RBMCA, aplicada sobre projetos envolvendo o bagaço, a vinhaça e o palhiço. Permitiu ainda verificar o direcionamento das pesquisas realizadas sobre alternativas de aproveitamento dos subprodutos sucroenergéticos e a disponibilidade de informações referentes a aspectos socioambientais dos projetos envolvidos nas análises. Ao final da aplicação da metodologia, foi possível verificar que há uma diferença de viabilidade dos projetos que torna necessário o aprofundamento das pesquisas dedicadas a levantar aspectos socioambientais e de viabilidade técnica de mais projetos que possam ser implantados. / Sustainability has been more valued as humanity begins to realize the consequences for disregarding laws of balance of natural resources. Then, rearranging production ways and processes in view of better utilization of by-products, as well as focusing efforts and resources on renewable energy sources are becoming increasingly important points. The Brazilian energy matrix is predominantly hydroelectric but other energy sources including the ones generated from wastes also have receives increasing attention in Brazil. In this context the objective of this research is to evaluate socioeconomic and environmentalfeasibility of alternativesfor energy production from sugarcane by-products. This type of research is qualitative and quantitative, applied, involving the characterization and comparison of various alternatives, as cost variables, production, logistics, emissions, tax payment, energy efficiency, among others. For primary data collection, interviews were conducted with managers and technicians of sugarcane industry, researchers and policy makers in the field of study. To collect quantitative data forms were used in order to collect data regarding the volume of waste produced, energy productivity of alternatives, implementation costs and other related processes and variables. Quantitative analyzes of data were performed by the application of a model of Monte Carlo simulation and sensitivity analyzes within the context of the methodology RBMCA (Risk-Based Multi Criteria Assessment). For economic feasibility analysis of investment were applied financial mathematic techniques, such as coefficient Benefit / Cost (B / C) and Net Present Value (NPV) of the alternatives. As a result, the research allowed bringing to Brazilian sugarcane industry reality a methodology of feasibility assessment that takes into account the risk involved in the variables considered, the RBMCA, applied to projects involving bagasse, vinasse and straw. Research also allowed to check the direction of researches dedicatedto analyses alternatives uses of sugar and ethanol byproducts and availability of information regarding the environmental aspects of the projects involved in the analyzes. At the end of methodology application, it was possible to verify that there is a difference in projects feasibility which makes necessary the research development dedicated to raising environmental aspects and technical feasibility of more projects that can be deployed.

O tema sustentabilidade tem sido mais valorizado à medida que a humanidade começa a perceber as consequências em desprezar as leis de equilíbrio natural dos recursos disponíveis. A partir daí, reorganizar as formas de produção em vistas do melhor aproveitamento de subprodutos, bem como focalizar os esforços e recursos em fontes renováveis de energia, são pontos cada vez mais importantes. A matriz elétrica brasileira é predominantemente de origem hidrelétrica; porém, outras fontes de energia, inclusive geradas a partir de resíduos, também têm recebido maior atenção no Brasil. Nesse contexto, o objetivo geral desta pesquisa é avaliar a viabilidade sócio-ambiental e econômica de alternativas de produção energética a partir de subprodutos do sistema sucroenergético. A presente pesquisa é do tipo qualiquantitativa, aplicada, envolvendo a caracterização e comparação das diversas alternativas, a partir de variáveis de custo, produção, logística, emissões, recolhimento de impostos, eficiência energética, dentre outras. Para a coleta de dados primários foram realizadas entrevistas com gestores e técnicos de usinas do setor sucroenergético, pesquisadores da área, bem como responsáveis por políticas públicas no tema de estudo. Para a coleta de dados quantitativos, foram utilizados formulários, a fim de levantar dados referentes a volume de resíduos produzido, produtividade energética das alternativas, custos de implantação e de outros processos e variáveis relacionados. As análises quantitativas dos dados foram realizadas a partir da aplicação de um modelo de Simulação de Monte Carlo e análises de sensibilidade, dentro do contexto da metodologia RBMCA (Risk-Based Multi Criteria Assessment). Para as análises econômicas de viabilidade do investimento, foram utilizadas técnicas de matemática financeira, como Coeficiente Benefício/Custo (B/C) e Valor Presente Líquido (VPL) das alternativas. Como resultado, a pesquisa permitiu trazer à realidade do setor sucroenergético brasileiro uma metodologia de análise de viabilidade que leva em consideração o risco envolvido nas variáveis consideradas, a RBMCA, aplicada sobre projetos envolvendo o bagaço, a vinhaça e o palhiço. Permitiu ainda verificar o direcionamento das pesquisas realizadas sobre alternativas de aproveitamento dos subprodutos sucroenergéticos e a disponibilidade de informações referentes a aspectos socioambientais dos projetos envolvidos nas análises. Ao final da aplicação da metodologia, foi possível verificar que há uma diferença de viabilidade dos projetos que torna necessário o aprofundamento das pesquisas dedicadas a levantar aspectos socioambientais e de viabilidade técnica de mais projetos que possam ser implantados. / Sustainability has been more valued as humanity begins to realize the consequences for disregarding laws of balance of natural resources. Then, rearranging production ways and processes in view of better utilization of by-products, as well as focusing efforts and resources on renewable energy sources are becoming increasingly important points. The Brazilian energy matrix is predominantly hydroelectric but other energy sources including the ones generated from wastes also have receives increasing attention in Brazil. In this context the objective of this research is to evaluate socioeconomic and environmentalfeasibility of alternativesfor energy production from sugarcane by-products. This type of research is qualitative and quantitative, applied, involving the characterization and comparison of various alternatives, as cost variables, production, logistics, emissions, tax payment, energy efficiency, among others. For primary data collection, interviews were conducted with managers and technicians of sugarcane industry, researchers and policy makers in the field of study. To collect quantitative data forms were used in order to collect data regarding the volume of waste produced, energy productivity of alternatives, implementation costs and other related processes and variables. Quantitative analyzes of data were performed by the application of a model of Monte Carlo simulation and sensitivity analyzes within the context of the methodology RBMCA (Risk-Based Multi Criteria Assessment). For economic feasibility analysis of investment were applied financial mathematic techniques, such as coefficient Benefit / Cost (B / C) and Net Present Value (NPV) of the alternatives. As a result, the research allowed bringing to Brazilian sugarcane industry reality a methodology of feasibility assessment that takes into account the risk involved in the variables considered, the RBMCA, applied to projects involving bagasse, vinasse and straw. Research also allowed to check the direction of researches dedicatedto analyses alternatives uses of sugar and ethanol byproducts and availability of information regarding the environmental aspects of the projects involved in the analyzes. At the end of methodology application, it was possible to verify that there is a difference in projects feasibility which makes necessary the research development dedicated to raising environmental aspects and technical feasibility of more projects that can be deployed.