abstract: A clean and sustainable alternative to fossil fuels is solar energy. For efficient use of solar energy to be realized, artificial systems that can effectively capture and convert sunlight into a usable form of energy have to be developed. In natural photosynthesis, antenna chlorophylls and carotenoids capture sunlight and transfer the resulting excitation energy to the photosynthetic reaction center (PRC). Small reorganization energy, λ and well-balanced electronic coupling between donors and acceptors in the PRC favor formation of a highly efficient charge-separated (CS) state. By covalently linking electron/energy donors to acceptors, organic molecular dyads and triads that mimic natural photosynthesis were synthesized and studied. Peripherally linked free base phthalocyanine (Pc)-fullerene (C60) and a zinc (Zn) phthalocyanine-C60 dyads were synthesized. Photoexcitation of the Pc moiety resulted in singlet-singlet energy transfer to the attached C60, followed by electron transfer. The lifetime of the CS state was 94 ps. Linking C60 axially to silicon (Si) Pc, a lifetime of the CS state of 4.5 ns was realized. The exceptionally long-lived CS state of the SiPc-C60 dyad qualifies it for applications in solar energy conversion devices. A secondary electron donor was linked to the dyad to obtain a carotenoid (Car)-SiPc-C60 triad and ferrocene (Fc)-SiPc-C60 triad. Excitation of the SiPc moiety resulted in fast electron transfer from the Car or Fc secondary electron donors to the C60. The lifetime of the CS state was 17 ps and 1.2 ps in Car-SiPc-C60 and Fc-SiPc-C60, respectively. In Chapter 3, an efficient synthetic route that yielded regioselective oxidative porphyrin dimerization is presented. Using Cu2+ as the oxidant, meso-β doubly-connected fused porphyrin dimers were obtained in very high yields. Removal of the copper from the macrocycle affords a free base porphyrin dimer. This allows for exchange of metals and provides a route to a wider range of metallporphyrin dimers. In Chapter 4, the development of an efficient and an expedient route to bacteriopurpurin synthesis is discussed. Meso-10,20- diformylation of porphyrin was achieved and one-pot porphyrin diacrylate synthesis and cyclization to afford bacteriopurpurin was realized. The bacteriopurpurin had a reduction potential of - 0.85 V vs SCE and λmax, 845 nm. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Chemistry 2014

O objetivo deste trabalho é discutir as principais ações para que iniciativas de recuperação e uso de biogás gerado por resíduos sejam bem sucedidas. A discussão se inicia com informações a respeito do aumento do efeito estufa e da escassez de recursos naturais. O Brasil, um país em desenvolvimento, deve promover melhorias sanitárias em todos os níveis: coleta e disposição de resíduos sólidos, esgotamento e tratamento dos esgotos domésticos e comerciais e contenção e tratamento de fluentes industriais. O país deve também otimizar o uso de seus recursos energéticos preservando a qualidade ambiental. Ao final da Rio 92, o Governo Brasileiro assumiu o compromisso de realizar inventários de emissões dos GEE. Nestes se inclui o inventário de emissões de metano gerado pela degradação anaeróbia de resíduos. Sabe-se que, pela degradação anaeróbia dos resíduos, em 1.990, o Brasil emitia cerca de 800Gg de metano ao ano e estima-se 900Gg para o ano de 2.000. Nesse total não se identifica nenhuma iniciativa de recuperação energética bem sucedida em andamento. A maior parte do biogás é gerada pela degradação dos resíduos sólidos. Para que se promova a recuperação do biogás nos locais de disposição de resíduos sólidos (LDRS) deve-se, em primeiro lugar, promover a correta disposição dos resíduos sólidos. Deve-se fazer ainda com que o correto manejo do aterro inclua a recuperação do biogás gerado. Lembrando que esta atividade, na maioria dos casos, é responsabilidade do poder público, deve-se incluir ao processo a garantia de continuidade da atividade de uma gestão administrativa para outra. Cerca de 11% do metano gerado pela degradação anaeróbia de resíduos vem de efluentes industriais. O processo anaeróbio tem uma intensidade energética bastante inferior à do processo convencional. Para que uma indústria opte pela tecnologia anaeróbia, esta deve ter um eficiente controle de processo industrial impedindo que o efluente seja contaminado por substâncias tóxicas aos organismos anaeróbios. A iniciativa privada, diante de uma oportunidade de negócio lucrativo, naturalmente cria iniciativas replicáveis. Há vários países desenvolvendo projetos de recuperação de biogás. No Brasil são identificados vestígios dessa atividade, ocorrida nas décadas de 1.970 e 1.980. O encolhimento da economia nacional, a diminuição dos preços internacionais de combustíveis fósseis e a falta de incentivos ambientais e tributários podem ser responsabilizados pelo fim dos projetos. Hoje, a possibilidade de obtenção de ganhos econômicos pela emissão evitada de GEE através dos certificados de redução de emissões (CER) associada a incentivos ambientais e fiscais pode criar expectativas favoráveis para essa atividade. / The objective of this thesis is to discuss the main actions to achieve the success of the recovery and use of biogás generated by wastes initiatives. The discussion begins with information regarding the increase of the greenhouse effect and the shortage of natural resources. Brazil, a developing country, should promote sanitary improvements in all levels: collection and disposal of solid wastes, domestic and commercial wastewater sewage and treatment, as well as industrial wastewater treatment. The country must also optimize the use of its energy resources preserving the environmental quality. At end of Rio 92, the Brazilian Government has assumed the commitment to conducting emission inventories of greenhouse gases. Among these is included the inventory of methane emissions generated by the anacrobic degradation of wastes. It is known that in 1.990 Brazil emitted approximately 800Gg of methane (CH4) and it is estimated that in the year 2.000 more or less 900Gg will be emitted. From this total there are not any identified initiative of energy recovery ongoing well succeeded. The majority of biogas emitted by wastes comes from solid waste degradation. To promote the biogas recovery in municipal solid waste disposal sites (MSWDS) it is necessary, first of all, to promote the correct solid waste disposal. It should also that the correct landfill management includes the recovery of the generated biogas. Reminding that this activity, in most of the cases, is duty of the public sector, should be included to the process the guaranteed continuity of the activity from an administration to the next. About 11% of the methane generated by anaerobic degradation of wastes come from industrial wastewater. The anaerobic process has energy intensity much lower than the conventional process. To an industry chose the anaerobic technology, is should have an efficient control of industrial process avoiding the effluent contamination by substances toxic to the anaerobic organisms. The private initiative, facing an opportunity of profitable business, naturally creates replicable initiatives. Internationally, there are several countries developing projects of biogas recovery. In Brazil are identified vestiges of this activity, occurred in the 1.970´s and 1.980´s. The contraction of the national economy, the decrease of international fossil fuel prices and the lack of environmental and tax incentives can be responsible for the end of such projects. Today, the possibility of obtaining economic gains for greenhouse gases emission reductions incentives through CER associated to environmental and fiscal incentives can create favorable expectations for this activity.

As estatísticas de produção e consumo de lenha e carvão vegetal existentes para o Brasil apresentam diferenças significativas entre si. Como não estão disponíveis os métodos utilizados, o que permitiria identificar os critérios utilizados, foram desenvolvidos métodos para estimar o consumo de lenha e carvão vegetal e elaborado um balanço oferta-demanda de madeira. Os métodos foram elaborados buscando simplicidade, robustez e disponibilidade de informações. Os métodos foram testados para o período 1996 - 2005 e comparados com os dados do Balanço Energético Nacional - BEN, elaborado pelo Ministério das Minas e Energia - MME. Os resultados mostram pequenas diferenças para o consumo total de lenha e carvão vegetal. Por outro lado, existem diferenças significativas no consumo setorial. Em 2005, quando comparado com o BEN, o consumo calculado de lenha no setor residencial é a metade, no setor agropecuário é o triplo, no setor de serviços e na industria é 26,5% e 14,6% menor, respectivamente. O consumo de carvão vegetal cai nos setores residencial e de serviços, 62,9% e 82,7%, respectivamente e cresce 10,0% e 812,3% nos setores industrial e agropecuário, respectivamente. No diagnóstico realizado sobre o uso de lenha e carvão vegetal no Brasil, foram identificadas regiões suscetíveis a problemas de oferta e que deverão ser alvo de estudos aprofundados para não comprometer a quantidade de madeira disponível de forma sustentável. O balanço é o resultado da diferença entre a oferta e a produção de madeira em nível municipal, que corresponde à menor unidade espacial com informação disponível para o Brasil. As regiões mais críticas no que se refere à produção de madeira para fins energéticos encontram-se nos Estados de Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e Bahia. É importante destacar que mesmo municípios com balanços positivos podem apresentar situações de déficit devido à exploração excessiva e pontual de madeira. / Fuelwood and charcoal statistics for Brazil present important differences between them. Once the methods used to estimate production and consumption of these woodfuels are not available, which would allow to identify the used criteria, methods were developed to estimate the fuelwood and charcoal consumption and it was also elaborated a supply-demand balance of woodfuels. The methods were prepared seeking simplicity, robustness and availability of information. The methods were tested for the 1996 - 2005 period and compared with data from Brazilian Energy Balance (BEB), produced by Mines and Energy Ministry. The results show little differences for total fuelwood and charcoal consumption. On the other hand, there are expressive differences in sector consumption. In 2005, the fuelwood consumption in residential sector estimated by this study is half of Brazilian Energy Balance data. In agriculture is triple and in services sector and industry is 26.5% and 14.6% less than BEB data, respectively. The charcoal consumption decreases in residential and services sectors in 62.9% and 82.7%, respectively and grows 10.0% and 812.3% in industrial and agriculture, respectively. In the spatial assessment of fuelwood and charcoal use in Brazil, hotspots were identified concerning supply problems, which should be studied in order not to endanger the availability of woodfuels. The balance is the difference between supply and demand of woodfuel in the municipal level, which corresponds to the minimum administrative unit with available information for Brazil. The more critical woodfuels production hotspots are located in Mato Grosso do Sul, Minas Gerais and Bahia States. It is important to highlight that even municipal districts with positive balances may present fuelwood deficits due to an excessive and punctual wood exploitation.

The production of energy alternative can provide economic development and employment opportunities, especially in agricultural areas. The work seeks as main objectives the rising and the statistical treatment of the data of winds of the State of Sergipe. As specific objectives still seek the simulation of the annual energy generated starting from an aerogenerating for rural use, and the simulation of the amount of water capable of being pumped through a low cost bomb and potency.The values of the meteorological variables were obtained in stations automatic meteorological and you stipulate distributed in the State. These elements served as base for rising of the medium speeds of wind, the schedules of better use of the system aeolian. The statistical treatment for determination of the behavior of the winds in the researched municipal districts was beacon in the calculation of averages, variances, distribution of frequencies and of the function of distribution of probability Rayleigh, case peculiar of the distribution Weibull, thoroughly diffused in studies of potential aeolian. These analyses allowed to extract all the information starting from the obtained gross data of the stations and they were simulate in the software Statistica 7.0. The period of the day in that were registered to largest medium speeds it is the period of the afternoon understood between 12:00 hours and 18:00 hours for all the researched municipal districts, being this period chosen for the simulations in software. As the use and simulations of the system aeolian to assist the needs of agricultural electric feeding were used as model for the tests a turbine aeolian with potency of 400 W, simulated in the Software EOLOSOFT of NUTEMA-PUCRS and all the municipal districts presented conditions of wind speed capable to supply the essential provisioning, mainly in what it tells respect the provisioning of water for consumption and irrigation. It was not white of this work the study of economic viability of the system aeolian in relation to the cost of the turbine and accessories of the system for maker. / A produção de energia alternativa pode prover desenvolvimento econômico e oportunidades de emprego, especialmente em áreas Rurais. O trabalho visa como objetivos principais o levantamento e o tratamento estatístico dos dados de ventos do Estado de Sergipe. Como objetivos específicos visa ainda a simulação da energia anual gerada a partir de um aerogerador para uso rural, e a simulação da quantidade de água capaz de ser bombeada através de uma bomba de baixo custo e potência. Os valores das variáveis meteorológicas foram obtidos em estações agrometeorológicas automáticas e convencionais distribuídas no Estado. Estes elementos serviram de base para levantamento das velocidades médias de vento, os horários de melhor aproveitamento do sistema eólico. O tratamento estatístico para determinação do comportamento dos ventos nos municípios pesquisados balizou-se no cálculo de médias, variâncias, distribuição de freqüências e da função de distribuição de probabilidade Rayleigh, caso particular da distribuição Weibull, amplamente difundida em estudos de potencial eólico. Estas análises permitiram extrair todas as informações a partir dos dados brutos obtidos das estações e foram simuladas no software Statistica 7.0. O período do dia em que foram registradas a maiores velocidades médias é o período da tarde compreendido entre 12:00 horas e 18:00 horas para todos os municípios pesquisados, sendo este período escolhido para as simulações em software. Quanto a utilização e simulações do sistema eólico para atender as necessidades de alimentação elétrica rural foi utilizado como modelo para os testes uma turbina eólica com potência de 400 W, simulada no Software EOLOSOFT do NUTEMA-PUCRS e todos os municípios apresentaram condições de velocidade de vento capaz de fornecer o abastecimento essencial, principalmente no que diz respeito a abastecimento de água para consumo e irrigação. Não foi alvo deste trabalho o estudo de viabilidade econômica do sistema eólico em relação ao custo da turbina e acessórios do sistema por fabricante.

The global warming caused by emission of greenhouse gases, especially CO2 (carbon dioxide) comes from fossil fuels and the destruction of forests through deforestation and burning, has generated major changes in the environment, getting to interfere with natural phenomena. Alternative energy and less polluting sources have been identified as one of the solutions to mitigate the problem. Brazil, to meet the commitment made in Kyoto Protocol and has advanced technology to produce ethanol from sugar cane, has increased its acreage, often replacing traditional cultures, in order to maintain the leadership in the international market. The present study aimed to point out other possible raw materials for production of ethanol in the Northeast region s biodiversity, particularly in Sergipe, with the utilization of waste and underexploited biomass in order to add value, while the folk traditions, as an alternative development for the region within the principles of sustainability. In Sergipe, estimated the potential for ethanol production from cassava wastewater, waste generated in the processing of cassava flourmills in the city of Campo do Brito, we determinated the number of possible micro-distilleries to be operating; verified the production possibility in a 10 years period. It was studied the potential to get ethanol from the waste of sisal fiber came from the most producers municipalities in the State of Bahia, where determinated the number of possible micro-distilleries and economic feasibility. It was estimated the production potential of ethanol from mesquite and the capability to roll out micro-distilleries in the Northeast. According to the results, was found the feasibility of ethanol production from these biomasses available in the Northeast as an alternative source of cleaner energy. / O Aquecimento Global causado pela emissão de Gases de Efeito Estufa, principalmente o CO2 (dióxido de carbono) oriundo dos combustíveis fósseis, e a destruição das florestas através de desmatamentos e queimadas, gerou grandes transformações no Meio Ambiente, chegando a interferir nos fenômenos naturais. Energias Alternativas menos poluentes e renováveis têm sido apontadas como uma das soluções para mitigar o problema. O Brasil, para atender o compromisso firmado no Protocolo de Kyoto e por possuir tecnologia avançada para a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar, vem ampliando sua área de plantio, muitas vezes substituindo culturas tradicionais, na tentativa de manter a liderança do mercado internacional. Assim, o presente trabalho objetivou apontar outras matérias-primas possíveis de obtenção de etanol dentro da biodiversidade da região Nordeste, em particular Sergipe, com aproveitamento de resíduos e biomassas subexploradas, no sentido de agregar valor, respeitando as tradições populares, como alternativa de Desenvolvimento para a região dentro dos princípios da sustentabilidade. Em Sergipe, levantou-se a potencialidade para produção de etanol a partir da manipueira, resíduo gerado no processamento da mandioca das casas de farinha do município de Campo do Brito; determinou-se o número de microdestilarias possíveis de serem implantadas; verificou-se a viabilidade econômica no período de 10 anos de produção. Fez-se um estudo voltado para a obtenção do etanol a partir do resíduo do sisal oriundo do beneficiamento da fibra nos municípios de maior produção localizados no Estado da Bahia, no qual determinou-se o número de microdestilarias possíveis de implantação e a viabilidade econômica. Levantou-se o potencial energético para produção de etanol a partir de algaroba e a capacidade de implantação de microdestilarias na região Nordeste. De acordo com os resultados, verificou-se a viabilidade para a produção de etanol a partir destas biomassas disponíveis na região Nordeste como fonte alternativa de energia menos poluente.

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No. of bitstreams: 1 Dissertação - Fabiane Fernandes Pinto.pdf: 603480 bytes, checksum: 079fb1f00e66e98f678b8e99101637fb (MD5) Previous issue date: 2008-12-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The lack of material for the generation of burning in the production process of ceramic industries, in general, presents itself as one of the biggest obstacles experienced by entrepreneurs in this sector. On the one hand have to environmental pressure by the use of native wood forests, and the other, lack of energy inputs to meet the need of business demand. In the State of Amazonas Polo Ceramic-Pottery, located in the municipalities of Manacapuru and Iranduba also experience this situation, which has driven some institutions to conduct research and propose alternative energy to mitigate this problem, given that the sector has a large representation in local economy and the state. In this sense, EMBRAPA has conducted experiments in the use of plantations of exotic species such as Acacia mangium, which could meet the needs of these companies. On the other hand, with the advent of Coari-Manaus lack of material for the generation of burning seems to tend toward a final settlement. However, the entrepreneurs of this sector are still afraid to show how to use this new technology, because of investments that are likely to be made in changing the energy matrix. Thus, this study tried to do a simulation of costs in the use of Natural Gas and Firewood Mangium Acacia reforestation in order to identify, from the standpoint of costs, energy alternative that appears more attractive to the entrepreneur. For that, go analysis steps that involve the production process in the manufacture of bricks, identifying costs and direct and indirect expenses, and costs and variable and fixed costs, which allowed later to perform an analysis of the optimal level production use of these two energy matrices. From the results it was found that the option for reforestation with Acacia mangium has to be an advantageous alternative to entrepreneurs who envision the short term as a guarantee of return on investment, unlike the natural gas that has a technology advantage in the long term. Therefore, the decision to change the energy matrix for reforestation acacia wood, or natural gas will depend on the profile of the entrepreneur in bold to show or not on the alternatives that the market offers. / A falta de material para a geração de queima no processo produtivo das indústrias de cerâmica, de um modo geral, se apresenta como um dos maiores entraves vivenciados pelos empresários deste setor. De um lado têm-se a pressão ambiental pelo uso de madeira nativa das florestas, e do outro, a falta de insumos energéticos para suprir a necessidade de demanda das empresas. No Estado do Amazonas o Polo Cerâmico-Oleiro, localizado nos municípios de Manacapuru e Iranduba, também vivenciam essa situação, o que tem direcionado algumas instituições a realizarem pesquisas e propor alternativas de energia para mitigar esse problema, visto que o setor possui grande representatividade na economia local e do Estado. Nesse sentido, a Embrapa tem realizado experimentos de plantios no uso de espécies, como Acacia mangium, que pudessem atender a necessidade dessas empresas. Por outro lado, com o advento do gasoduto Coari-Manaus a falta de material para a geração de queima parece tender a uma solução definitiva. No entanto, os empresários desse setor ainda se mostram receosos quanto ao uso dessa nova tecnologia, em virtude dos prováveis investimentos que terão de ser realizados na mudança da matriz energética. Dessa forma, o presente estudo buscou realizar uma simulação de custos no uso do Gás Natural e da Lenha de reflorestamento de acácia com vistas a identificar, do ponto de vista dos custos, a alternativa de energia que se mostra mais atrativa para o empresário. Para tanto, tomou-se como análise as etapas que envolvem o processo produtivo na fabricação de tijolos, identificando os custos e despesas diretas e indiretas e, os custos e despesas variáveis e fixos, o que possibilitou, posteriormente, realizar uma análise do nível ótimo de produção no uso dessas duas matrizes energéticas. Dos resultados obtidos verificou-se que, a opção pelo reflorestamento com a Acácia Mangium vem a ser uma alternativa vantajosa aos empresários que vislumbram o curto prazo como garantia de retorno do investimento, ao contrario do Gás Natural que se apresenta uma tecnologia vantajosa no longo prazo. Diante disso, a decisão em mudar a matriz energética para a lenha de reflorestamento acácia, ou para o gás natural vai depender do perfil do empresário em se mostrar audacioso ou não diante das alternativas que o mercado lhe oferece.

nÃo hà / The necessity to find alternative paths to the problem of non-renewable energy and harmful to the environment is a prerequisite for sustainable development. The state of Cearà has proven by studies, wide-ranging impact of alternative energy sources and solar wind to be used. The possibility of changing the profile of generation and consumption of the energy matrix with the largest share of these is possible and beneficial. In this surround this core profile change in tax collection of the ICMS - Tax on Goods and Services in the state of CearÃ, for the energy distribution of incidence is the same field. The main objectives will determine what impact this hypothetical tax revenues in the Electric Power Industry, specifically as to what is collected by the utility power distribution for consumption in our state, happen when there was the replacement / complement the energy used today by alternative wind and solar, with an increasing participation of those in the energy consumption in the State of CearÃ. Secondly, as this would imply the total costs, taxes and other charges, ie, the overheads involved in the sector. The econometric method used was simple linear regression to estimate the variation of the generation cost of wind energy compared to the year and the amount of wind power generated. On result was found then the gradual decrease of this cost. / A necessidade de encontrar caminhos alternativos para o problema das energias nÃo renovÃveis e prejudiciais ao meio ambiente à condiÃÃo essencial para um desenvolvimento sustentÃvel. O Estado do CearÃ, mostrou a partir de estudos comprovados, vasta incidÃncia das fontes de energias alternativas eÃlica e solar a serem aproveitadas. A possibilidade da mudanÃa do perfil de geraÃÃo e consumo da matriz energÃtica com a maior participaÃÃo destas à possÃvel e benÃfica. Neste cerne, enquadramos esta mudanÃa de perfil na arrecadaÃÃo tributÃria do ICMS - Imposto sobre CirculaÃÃo de Mercadorias e ServiÃos no Estado do CearÃ, pois a distribuiÃÃo de energia à campo de incidÃncia do mesmo. Como objetivo principal irà se verificar qual impacto hipotÃtico na arrecadaÃÃo deste imposto no setor de Energia ElÃtrica, mais especificamente quanto ao que à recolhido pela concessionÃria de distribuiÃÃo de energia para consumo em nosso estado, aconteceria caso ocorresse a substituiÃÃo/complementaÃÃo das energias hoje utilizadas pelas alternativas eÃlica e solar, com um aumento da participaÃÃo das mesmas na matriz energÃtica de consumo no Estado do CearÃ. Em segundo lugar, quanto isto implicaria nos custos totais, demais tributos e encargos, ou seja, nos gastos gerais envolvidos no setor. O mÃtodo economÃtrico utilizado foi o de regressÃo linear simples para estimar a variaÃÃo do custo de geraÃÃo da energia eÃlica com relaÃÃo ao ano e quantidade de energia eÃlica gerada. No resultado foi verificado entÃo o decrÃscimo gradativo deste custo.

A atual problemática ambiental provocada pela atividade humana tem ganhado destaque na sociedade, à medida que se busca o desenvolvimento mundial. Um fator de extrema relevância neste cenário é a produção de energia elétrica, responsável por uma grande parcela das emissões causadoras do efeito estufa. Por conta disso, é preciso pensar em um desenvolvimento sustentável, com fontes alternativas de energia atrativas para esse objetivo, principalmente em localidades não abastecidas pela rede convencional de eletricidade, como é o caso de muitas comunidades da região nordeste brasileira. Assim, esse trabalho tem por objetivos calcular o custo ambiental, na fase de geração de eletricidade, para as fontes alternativas de energia solar, eólica e biomassa e estimar a viabilidade econômica dessas fontes em pequenas comunidades da região Nordeste do Brasil, considerando os custos evitados. É preciso identificar as externalidades e valorá-las de forma adequada para que os custos ou benefícios possam ser internalizados e reflitam de forma correta a viabilidade ou inviabilidade econômica dessas fontes. Para os objetivos propostos, adotou-se o método dos custos evitados para o cálculo das externalidades. Essa variável foi incluída no equacionamento desenvolvido para todas as fontes de energia alternativas consideradas. Foram feitos os cálculos de viabilidade econômica, considerando as novas configurações adotadas, sendo que o novo equacionamento foi reprogramado no Programa de Cálculo de Custos de Energias Alternativas, Solar, Eólica e Biomassa (PEASEB). Os resultados demonstraram que a fonte mais viável e amplamente aplicável em pequenas comunidades da região nordeste brasileira é a energia solar fotovoltaica em sistemas isolados. / There has been an increasing concern about current environmental issues caused by human activity, as the world searches for development. The production of electricity is an extremely relevant factor in this scenario since it is responsible for a large portion of the emissions that cause the greenhouse effect. Due to this fact, a sustainable development with alternative energy sources, which are attractive for such purpose, must be proposed, especially in places that are not supplied by the conventional electricity grid such as many communities in the Northeast Brazil. This work aims to calculate the environmental cost for the alternative sources of energy solar, wind and biomass during electricity generation, and to estimate the economic feasibility of those sources in small communities of Northeast Brazil, considering the avoided costs. The externalities must be properly identified and valued so the costs or benefits can be internalized and reflect accurately the economic feasibility or infeasibility of those sources. For this, the method of avoided costs was adopted for the calculation of externalities. This variable was included in the equation developed for all considered alternative energy sources. The calculations of economic feasibility were performed taking the new configurations in consideration, and the new equation was reprogrammed in the Programa de Cálculo de Custos de Energias Alternativas, Solar, Eólica e Biomassa (PEASEB). The results demonstrated that the solar photovoltaic energy in isolated systems is the most feasible and broadly applicable source for small communities of Northeast Brazil.

Nesta tese investiga-se e avalia-se a combustão direta da glicerina bruta e loira, co-produto e derivado, respectivamente, do processo de fabricação do biodiesel como alternativa de aproveitamento energético sustentável. Focaliza-se especialmente nos aspectos ambiental, técnico e econômico considerando as emissões, a transferência de calor associada e os aspectos operacionais como o eixo principal do estudo. Visa aumentar o conhecimento atual a respeito e contribuir para a melhoria das perspectivas da indústria do biodiesel e de uma parte da população. Para a combustão de glicerina bruta proveniente do processo de fabricação de biodiesel de sebo bovino desenvolveu-se um queimador tipo vórtice para glicerina bruta, avaliaram-se e quantificaram-se as emissões de óxidos de enxofre e nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, hidrocarbonetos totais, formaldeído, acetaldeído e acroleína, sendo também avaliados os efeitos mutagênicos potenciais dos gases produzidos. Da mesma forma foi estudada a composição físico-química, poder calorífico, decomposição térmica e a transferência de calor associada, além dos parâmetros operacionais da combustão, entre eles, a relação ar-combustível, temperatura de chama adiabática e o desempenho geral do processo para diferentes coeficientes de excesso de ar. Os ensaios foram desenvolvidos utilizando-se uma fornalha flamo tubular dotada de 12 câmaras calorimétricas e totalmente instrumentada com sensores de temperatura e sondas para análise contínua de gases em analisadores automáticos, fornecimento e controle de água de resfriamento e sistema de captação de dados em tempo real. Adicionalmente aos requisitos do estudo, foi necessário o desenvolvimento de sistemas e equipamentos auxiliares como a unidade de acondicionamento e alimentação de glicerina bruta e métodos de filtragem. Paralelamente, os efeitos mutagênicos e tóxicos foram avaliados sobre o bio-sensor Tradescantia (Clone KU-20), adaptando câmaras de intoxicação e técnicas de análise biológica desenvolvidas previamente. Os resultados foram processados, avaliados e comparados com as emissões e comportamento observado durante a combustão direta do óleo diesel, constatando-se que a combustão direta de glicerina bruta é um processo viável e suas emissões de CO, NOx, \'SO IND.2\' e HCT foram em média 39%, 75%, 69% e 38% respectivamente menores do que as do óleo diesel, porém o material particulado emitido pela glicerina bruta, e ainda mais pela loira, foi várias vezes superior do que com óleo diesel. Do mesmo modo, o nível de acroleína detectado no gás de combustão de glicerina bruta (214 ppbv) aparentemente não representa perigo para a população. Igualmente a energia produzida a partir da glicerina bruta resultou 61% e 58% mais barata do que com óleo diesel e glicerina loira respectivamente em condições semelhantes. No entanto, certamente verificou-se que a combustão de glicerina bruta é um processo tecnicamente mais complexo quando comparado com a dos combustíveis convencionais e evidenciou-se a necessidade de fazer um controle adequado das partículas emitidas para avançar no desenvolvimento do processo. Desta forma o presente estudo constitui-se em uma fonte importante de informação sobre a glicerina bruta e outros combustíveis similares para autoridades ambientais, indústrias e pesquisadores. / This thesis investigated and evaluated on the assessment of the direct combustion of crude and technical glycerin, by-product and derivative respectively of Brazilian biodiesel manufacture process, as an alternative of sustainable energy use. The main axis of the study were the environmental, technical and economical aspects, focusing in emissions, heat transfer and the operational parameters associated with the combustion of crude and technical glycerin. It aims to increase the knowledge on the matter and contribute to the improvement of the economic and environmental perspective of biodiesel industry and isolated populations. It was evaluated the combustion of crude glycerin from bovine tallow biodiesel and technical glycerin from soy biodiesel process. Due to commercial unavailability of a capable burner for burning glycerin, a swirl burner was developed for crude and technical glycerin combustion, but it was also used successfully in other alternative fuels as raw bovine tallow and diesel. Emissions of sulphur and nitrogen oxides, total hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, acetaldehyde and acrolein were analyzed and quantified. Similarly, the mutagenic potential of gases was evaluated, as well as the calorific power, thermal decomposition behavior, the associated heat transfer and fundamentals operational parameters such as adiabatic flame temperature, air-fuel ratio and others. A experimental technique for mutagenic and toxicological effects assessment of combustion gases was analyzed and standardized, as well as the calorific power, the associate heat transfer and fundamentals operational parameters. The study was developed using a fully instrumented flame tube furnace, a swirl burner, continuous gas analyzers, a chromatograph, a thermogravimetric analyzer, automatic data acquisition systems and other auxiliary equipment. The mutagenic potential of the combustion gases was studied on biosensor Tradescantia clone KU-20 assay, using chambers of intoxication and biological analytical techniques previously developed and others specially adapted. The results were compared with the performance of diesel at similar conditions and finding that the direct combustion of crude glycerin is a feasible process. In addition, the emissions of CO, NOx, \'SO IND.2\' and THC were 39%, 75%, 69% and 38% correspondingly smaller than those of diesel. The particulate matter emitted by crude glycerin combustion and even more, by technical glycerin, was several times higher than those emitted by the diesel. Also, the emission of acrolein detected in flue gas from crude glycerin (214 ppbv), apparently have not represents danger to the population. Simultaneously was observed that the energy produced from crude glycerin was 61% and 58% cheaper than the energy from diesel and technical glycerin respectively under similar conditions. But certainly, it was found that the crude glycerin combustion is a more complex process compared with the combustion of conventional fuels.

In this research project, adsorption is considered in conjunction with the reverse water gas shift reaction in order to convert CO2 to CO for synthetic fuel production. If the CO2 for this process can be captured from high emitting industries it can be a very good alternative for reduced fossil fuel consumption and GHG emission mitigation. CO as an active gas could be used in Fischer-Tropsch process to produce conventional fuels. Literature review and process simulation were carried out in order to determine the best operating conditions for reverse water gas shift (RWGS) reaction. Increasing CO2 conversion to CO requires CO2/CO separation downstream of the reactor and recycling unreacted CO2 and H2 back into the reactor. Adsorption as a viable and cost effective process for gas separation was chosen for the CO2/CO separation. This was started by a series of adsorbent screening experiments to select the best adsorbent for the application. Screening study was performed by comparing pure gas isotherms for CO2 and CO at different temperatures and pressures. Then experimental isotherm data were modeled by the Temperature-Dependent Toth isotherm model which provided satisfactory fits for these isotherms. Henry law’s constant, isosteric heat of adsorption and binary mixture prediction were determined as well as selectivity for each adsorbent. Finally, the expected working capacity was calculated in order to find the best candidate in terms of adsorption and desorption. Zeolite NaY was selected as the best candidate for CO2/CO separation in adsorption process for this project. In the last step breakthrough experiments were performed to evaluate operating condition and adsorption capacity for real multi component mixture of CO2, CO, H2 in both cases of saturated with water and dry gas basis. In multi components experiments zeolite NaY has shown very good performance to separate CO2/CO at low adsorption pressure and ambient temperature. Also desorption experiment was carried out in order to evaluate the working capacity of the adsorbent for using in industrial scale and eventually temperature swing adsorption (TSA) process worked very well for the regeneration step. Integrated adsorption system downstream of RWGS reactor can enhance the conversion of CO2 to CO in this process significantly resulting to provide synthetic gas for synthetic fuel production as well as GHG emission mitigation.