Orientadores: Telma Teixeira Franco, Saartje Hernalsteens / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Xavier_MichelledaCunhaAbreu_M.pdf: 1925082 bytes, checksum: 338a42bb30c7bb7e769283f5557ba4e4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A produção do ácido lático vem recentemente aumentando devido à sua importância como precursor na fabricação de plásticos biodegradáveis, o polilactato (PLA). Devido à preocupação com a redução do custo da matéria-prima, o uso de materiais lignocelulósicos como fonte de carbono barata para a produção de ácido lático é bastante atraente. O bagaço de cana-de-açúcar, disponível em abundância no Brasil, representa grande potencial como matéria prima para fermentação, por ser fonte renovável de carbono para obtenção de blocos construtores de interesse industrial, tais como o ácido lático (AL). O Neste contexto, o presente trabalho foi delineado para estudar a produção de ácido lático a partir da xilose, principal constituinte da fração hemicelulósica presente no bagaço de cana-de-açúcar. Nosso estudo explorou o uso de duas preparações distintas de biomassa antes de seu uso no processo fermentativo: a água de lavagem de bagaço de cana (MRS) e do hidrolisado do bagaço de cana (MRSHBC). Para a bioconversão de interesse, foram selecionadas 9 cepas de Lactobacillus capazes de assimilar xilose, identificadas através de um teste screening para acidificação em placas de Agar sólido e ensaios de fermentação em incubador rotativo. O Lactobacillus pentosus ATCC 8041 foi a cepa que apresentou maior produtividade, sendo selecionado para estudos posteriores. As fermentações dos meios MRSxilose e MRS na ausência de xilose mostraram que o microrganismo produz ácido acético a partir dos componentes presentes no meio (tais como, peptona A, extrato de levedura e peptona de soja). Os resultados da fermentação em batelada em meio MRSALB indicaram que o Lactobacillus pentosus ATCC 8041 fermentou eficientemente pentoses (xilose e arabinose) também na presença de glicose, atingindo 2,37 g/L de ácido lático e 0,99 g/L de ácido acético, que representa um rendimento (YP/S) de 0,65 g/g e (YP/S) de 0,27 g/g, respectivamente. O B. coagulans 162 apresentou melhor rendimento de ácido lático (YP/S = 0,85 g/g) e produtividade (QP = 0,35 g/[L.h]) em relação ao L. pentosus ATCC 8041 quando o meio MRSALB foi utilizado como meio de fermentação. Resultados da fermentação em batelada em meio MRSHBC revelaram que a glicose foi o primeiro açúcar a ser esgotado, seguido de xilose. Nestas condições de fermentação, o L. pentosus ATCC 8041 produziu 28,99 g/L de ácido lático (YP/S = 0,78 g/g), enquanto que o ácido acético alcançou uma concentração final de 8,19 g/L (YP/S = 0,21 g/g). O D(-)-ácido lático foi a forma isomérica produzida, representando de 53 a 66% do ácido lático total sintetizado pelo L. pentosus ATCC 8041. A maior assimilação de xilose foi observada quando a peptona A foi substituída por uréia na fermentação do meio MRSxilose pelo L. pentosus ATCC 8041. Assim, a fração hemicelulósica do bagaço de cana-de-açúcar, mais difícil de ser metabolizada que a fração celulósica pode ser considerada matéria-prima promissora para processos de bioconversão, como a produção de ácido lático, representando uma fonte de menor custo, renovável e rica em açúcares fermentescíveis / Abstract: The demands for lactic acid production are increasing in the last few years due to its use as precursor for the synthesis of biodegradable plastics, also known as polylactic acid (PLA) bioplastics. In order to reduce the production costs, which are mainly dependent on the raw material employed for PLA synthesis, the use of lignocellulosic biomass as carbon source is a promising alternative, since it constitutes a large scale byproduct in several industrial sectors. Among the available biomass substrates, the sugarcane bagasse represents an attractive candidate to feed PLA demands, since it constitute a cheap and abundant raw material in Brazil. In this context, the present work was delineated to study the lactic acid production from xylose, the main constituent of the hemicellulose fraction present in sugarcane bagasse. Our study explored the use of two distinct preparations of the biomass prior its use in the fermentative process: the bagasse wash water (MRSALB) and the bagasse hydrolyzate (MRSHBC). For the bioconversion of interest, we selected 9 Lactobacillus strains ferment xylose were indentified for the acid production by screening tests for acidification on solid agar plates and fermentation assays in rotary incubator. Lactobacillus pentosus ATCC 8041 was the strain displaying the highest productivity, being selected for further studies. Fermentations using synthetic media (MRS) in the presence or absence of xylose revealed that Lactobacillus pentosus ATCC 8041 produces acetic acid from other carbon sources present in the media, such as peptone A, yeast extract and soy peptone. Results from batch fermentation in MRSALB media indicated that Lactobacillus pentosus ATCC 8041 fermented efficiently pentoses (xylose and arabinose) in the presence of glucose, reaching 2.37 gl-1 of lactic acid and 0.99 gl-1 of acetic acid, which represents a yield (YP/S) of 0.65 g/g and 0.27 g/g, respectively. This productivity was slightly minor than the observed for other lactic acid-producing strain, Bacillus coagulans 162, in similar fermentation conditions (YP/S = 0.85 g/g). Results from batch fermentation in MRSHBC media revealed that glucose was the first sugar to be depleted, followed by xylose. In this fermentation conditions, Lactobacillus pentosus ATCC 8041 produced 28.99 gl-1 of lactic acid, (YP/S = 0.78 g/g), whereas the acetic acid reached a final concentration of 8.19 gl-1 (YP/S= 0.22 g/g). D(-)- lactic acid was produced isomeric form, representing 53-66% of total lactic acid synthesized by Lactobacillus pentosus ATCC 8041, which is important since it presents the ideal characteristics for PLA production. The highest xylose assimilation was observed when the peptone A was replaced by urea. In summary, our study confirm that, despite the hemicellulose fraction of sugarcane bagasse be more difficult to be assimilated than the cellulosic fraction, it can be considered an adequate raw material for the production of polylactic acid bioplastics, representing a low cost, renewable and abundant source of fermentable sugars. The strain Lactobacillus pentosus ATCC 8041 displayed a good fermentative performance, being considered a very attractive candidate for the biosynthesis of lactic acid from sugarcane bagasse / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Resíduos celulósicos por erem ricos em celulose e hemicelulose estão sendo apontados como promissoras fontes para a produção de etanol. Com isso, este trabalho tem como objetivo hidrolisar e fermentar resíduos celulósicos visando a produção de etanol. Para estudo da hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar, foram isolados 22 fungos da cidade de Araras-SP e estes testados para produção de endoglucanases (EG). Foram testadas temperatura e pH ótimos, diferentes tampões, estabilidade do coquetel e influência de sais, EDTA e ?-mercaptoetanol para lacase, xilanase, endo-?-1,4-glucanase, celobiohidrolase I, ?-glucosidase e glucoamilase. As condições padronizadas para aplicação do coquetel enzimático foi 55ºC, tampão citrato de sódio 50 mM e pH 5,0. Para elaboração do coquetel enzimático foi realizado um Plackett-Burman seguido de um delineamento composto central rotacional, em que as condições padronizadas para aplicação foram (U/g de bagaço de cana-deaçúcar): 0,122 de lacase; 7 de xilanase; 5 de endoglucanase; 14 de celobiohidrolase e 9 de ?-glucosidase. Foram liberados 4,405 µmol de açúcares redutores por mL, após 48 horas de hidrólise do bagaço a 55ºC, em tampão citrato de sódio 50 mM (7 mL), pH 5,0, agitação de 110 rpm. O hidrolisado obtido foi fermentado pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae PE-2 e Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), separadamente e em cultivo misto, averiguando a necessidade de suplementação do meio, para a produção de etanol. Os resultados mostraram a necessidade de suplementação para aumento da viabilidade das leveduras. Observou-se que a suplementação manteve a viabilidade acima de 90%. A fermentação com Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), sem a necessidade de suplementação, possibilitou a produção de 12,66% de etanol; com a Saccharomyces cerevisiae a produção de etanol foi de 7,03%, quando o meio foi suplementado com 3 g/L de extrato de levedura. A fermentação com cultura mista produziu 0,53% e 1,18% de etanol em 24 e 48 horas de cultivo, respectivamente. Para aplicação enzimática na hidrólise do lodo branco foram utilizadas amilase de Aspergillus carbonarius e celulase comercial. Os produtos de hidrólise enzimática do lodo branco detectados HPLC mostraram a formação de glicose, xilose e traços de maltose. A viabilidade celular da levedura Saccharomyces cerevisiae durante a fermentação se manteve bastante elevada, acima de 95 %. A fermentação do lodo branco, quando o meio foi suplementado com 3g/L de extrato de levedura, foi considerada satisfatória, com 2,37 g/L de etanol. Foram realizadas análise de superfície por ion-tof e microscopia eletrônica de varredura nos resíduos celulósicos. Desta maneira, com este trabalho foi possível estudar a importância da aplicação de enzimas fúngicas para degradação de biomassa lignocelulósica para produção de etanol de segunda geração. / As cellulosic wastes are rich in cellulose and hemicellulose they have been pointed as promising sources for ethanol production. Thereby, this work aimed to hydrolyze and ferment cellulosic residues to produce ethanol. In order to study the hydrolyzes of sugar-cane bagasse and ferment the sugars obtained from this process, twenty-two fungi were isolated in the city of Araras-SP and tested for endoglucanase (EG) production. Aiming to optmize an enzyme cocktail, variables as temperature, optimum pH, different buffers, stability, salt influence, EDTA and ?-mercaptoethanol were tested for laccase, xylanase, endo- ?-1,4-glucanase, cellobiohydrolase I, ?-glucosidase and glucoamylase. The standard conditions for applying the enzyme cocktail were 55°C, sodium citrate buffer 50 mM pH 5.0. For the preparation of the enzyme cocktail a Plackett-Burman was made followed by a central composite design, in which the standard conditions for application were (U/g of sugarcane bagasse): 0.122 of laccase; 7 of xylanase; 5 of endoglucanase; 14 of cellobiohydrolase and 9 of ?-glucosidase per gram of sugarcane bagasse. After 48 hours of hydrolyzes in the following conditions, 55ºC, sodium citrate buffer 50 mM (7 mL), pH 7.0, 110 rpm, 4.405 µmol of reducing sugar per mL were released. The hydrolyzate obtained was separately fermented by the yeasts Saccharomyces cerevisiae PE-2, Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783) and with both yeasts in a mixed cultivation, in order to investigate the need of medium supplementation for ethanol production. The results showed the need of supplementation to increase the viability of the yeasts. It was observed that this procedure kept the viability over 90%. The fermentation with Meyerozyma guilliermondii 311 (CCT7783), without supplementation, allowed the production of 12.66% of ethanol and with Saccharomyces cerevisiae the production was 7.03% with a supplementation of 3 g/L of yeast extract. The fermentation with mixed cultivation produced 0.53% and 1.18% in 24 and 48 hours of cultivation, respectively. Another objective of this work was the hydrolysis of paper sludge which was obtained by using amylases from Aspergillus carbonarius and commercial cellulases. The products of enzymatic hydrolysis of the white sludge detected in HPLC showed the formation of glucose, xylose and maltose traits. Cell viability counting of the yeast, analyzes of pH, reducing sugar and alcohol content were carried out. Cellular viability of Saccharomyces cerevisiae along the fermentation was kept over 95%. Paper sludge fermentation using Saccharomyces cerevisiae, in medium supplemented with yeast extract 3 g/L, was considered satisfactory, showing 2.37 g/L of ethanol. Surface analysis was performed by Ion-tof and scanning electron microscopy in the cellulosic waste. Thus, this work made possible to study the importance of fungal enzymes application in lignocellulosic biomass degradation for the production of second generation ethanol.

Orientador: Caio Glauco Sánchez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T18:09:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bobroff-Maluf_Aristides_D.pdf: 7073975 bytes, checksum: aab700c765075939bd627ac33e00588a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia para a avaliação termoeconômica da cogeração no setor sucroenergético, com geração na entressafra. São feitos balanços de massa, energia e exergia das plantas, usando o simulador Cycle-Tempo. Em seguida é elaborada uma folha de balanço de energia (FBE) para fornecer a energia elétrica consumida e a exportada pela planta. O fluxo de caixa indica a viabilidade econômica ou não da planta, e o estudo da sensibilidade mostra a variação do custo específico da bioenergia produzida, devido às incertezas. Os biocombustíveis empregados são: bagaço, palha e biogás de vinhaça. O trabalho também simulou cenários para a queima da palha da cana. Elementos como potássio, sódio e cloro encontrados em maior quantidade na palha quando comparada ao bagaço, têm causado problemas de incrustação (depósito), fuligem e corrosão nas caldeiras (baixo ponto de fusão das cinzas). A melhor solução, apresentada neste trabalho, é o tratamento da palha através da trituração, lixiviação e secagem, antes da queima nas caldeiras. Com este tratamento, a palha se torna semelhante ao bagaço, minimizando os efeitos nocivos da queima. Com a diminuição das queimadas nos canaviais, tem-se aumentado a quantidade de palha disponível na indústria. Esse biocombustível é usado para aumentar a exportação da energia elétrica excedente. Como conclusões mais importantes, durante a safra, é a utilização conjunta do bagaço, 50% da palha (triturada, lixiviada e seca) produzida no campo e o biogás produzido pela biodigestão anaeróbica da vinhaça. Na entressafra, utilizando os equipamentos que ficariam ociosos, é produzido energia elétrica para exportação. O melhor biocombustível para este período é o eucalipto. A análise exergética e a otimização exergoeconômica serviram para complementar o trabalho / Abstract: In this work a metodology is developped for the thermoeconomic assessment of the cogeneration in the sugar mills, with generation in the off-season. Mass, energy and exergy balance were elaborated, using the software Cycle-Tempo. After that an energy balance sheet (FBE) was elaborated to establish the exported and consumed electric energy by the plant. The cash flow indicates the economic feasibility or not of the plant, and the sensibility study shows the variation of the specific cost of the produced bioenergy, due to the incertainties. The biofuels used are: bagasse, straw and vinasse biogas. This work also simulated scenarios for the burning of cane-straw. Elements like potassium, sodium and chlorine found in great quantities in the straw when compared to the bagasse, has caused problems of slagging, fouling and corrosion in the boilers (low melting point of the ashes). The best solution, as shown in this work, is the treatment of the cane straw through trituration, leaching and drying, before burning the material in the boilers. With that treatment, the straw becomes similar to the bagasse, minimizing the harmful efects of the burning. With the decreasing of the burnings in the sugar-cane plantations, the quantity of straw available in the industry has grown. This biofuel could be used to increase the exportation of surplus electricity. As more important conclusions, during the season, it is the joint utilization of bagasse, 50% of straw (triturated, leached and dried) produced in the fields and of the biogas produced by the anaerobic biodigestion of the vinasse. During the off-season, using the facilities that would otherwise stay idle, electricity for exportation should be produced. The best biofuel for that period is the eucalyptus. The exergetic analysis and optimization were useful to complete this work / Doutorado / Engenharia Mecanica / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: José Euclides Stipp Paterniani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:17:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zoratto_AnaCristina_D.pdf: 5806599 bytes, checksum: f38244534c21b9c49d6636c8f7b7e0c8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Aumento da produtividade e da área plantada de cana-de-açúcar no país tem sido acompanhada por uma utilização intensiva de herbicidas, que representam os produtos mais amplamente encontrados em recursos hídricos em todo o mundo. Por isso, a preocupação com a contaminação dos recursos hídricos ea necessidade de tratamento abrange não só os grandes centros urbanos, mas também pequenas comunidades e nas zonas rurais, que na maioria das vezes usam a água para fins de abastecimento sem qualquer forma de treatment.For esta razão, o presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência na redução herbicidas: atrazine, hexazinone e tebuthiuron em água Sistema de Tratamento através de filtragem em várias fases - FiME, seguido por colunas (filtros) de babaçu carvão ativado granular com taxas de filtração diferentes, acrescentando que a produção de carvões activados de agrícolas pelos produtos; bagaço de cana-de-açúcar e casca de pod MoringaOleifera, com área de superfície elevada e micro porosidade, tornando-se uma alternativa de tratamento de água em comunidades rurais. A avaliação herbicida de redução em FiME foi realizada através de três tratamentos, com diferentes filtros de revascularização miocárdica instalados na extremidade do sistema de filtragem. As taxas de filtração nesta etapa variou entre 10,8 e 220,6 m3.m-2.d-1. Os valores obtidos nas etapas de PF e PL, mostram que não existe uma redução significativa na concentração de herbicida, e que FCAGB com HDT mais elevada e mais baixa taxa de filtração exibem as mais altas eficiências em reduzir a herbicidas atrazina, hexazinona e tebutiuron. A produtividade resuIncreased ea área plantada de cana-de-açúcar no país tem sido acompanhada por uma utilização intensiva de herbicidas, que representam os produtos mais amplamente encontrados em recursos hídricos em todo o mundo. Por isso, a preocupação com a contaminação dos recursos hídricos ea necessidade de tratamento abrange não só os grandes centros urbanos, mas também pequenas comunidades e nas zonas rurais, que na maioria das vezes usam a água para fins de abastecimento sem qualquer forma de treatment.For esta razão, o presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência na redução herbicidas: atrazine, hexazinone e tebuthiuron em água Sistema de Tratamento através de filtragem em várias fases - FiME, seguido por colunas (filtros) de babaçu carvão ativado granular com taxas de filtração diferentes, acrescentando que a produção de carvões activados de agrícolas pelos produtos; bagaço de cana-de-açúcar e casca de pod MoringaOleifera, com área de superfície elevada e micro porosidade, tornando-se uma alternativa de tratamento de água em comunidades rurais. A avaliação herbicida de redução em FiME foi realizada através de três tratamentos, com diferentes filtros de revascularização miocárdica instalados na extremidade do sistema de filtragem. As taxas de filtração nesta etapa variou entre 10,8 e 220,6 m3.m-2.d-1. Os valores obtidos nas etapas de PF e PL, mostram que não existe uma redução significativa na concentração de herbicida, e que FCAGB com HDT mais elevada e mais baixa taxa de filtração exibem as mais altas eficiências em reduzir a herbicidas atrazina, hexazinona e tebutiuron. Os resultados mostram que a adição de área de superfície desenvolvida do carbono activado, outros factores que influenciam o processo de adsorção, tais como a solubilidade do adsorbato, carga de superfície CA, pH e temperatura da solução. Por ter uma maior solubilidade e menor carácter hidrofóbico, herbicida atrazina era o herbicida mais adsorvido pela A revascularização miocárdica durante os treatments.lts mostram que a adição de área de superfície desenvolvida do carbono activado, outros factores que influenciam o processo de adsorção, tais como a solubilidade do adsorbato , carga de superfície CA, pH e temperatura da solução. Por ter baixa solubilidade e maior caráter hidrofóbico, herbicida atrazina foi o herbicida mais adsorvido pela revascularização miocárdica durante os tratamentos / Abstract: Abstract: Increased productivity and the acreage of cane sugar in the country has been accompanied by intensive use of herbicides, which represent the most widely products found in water resources worldwide. Therefore, the concern about contamination of water resources and the need for treatment not only covers major urban centers, but also small communities and rural areas, which most often use water for supply purposes without any form of treatment.For this reason, the present study aimed to evaluate the efficiency in reducing herbicides: atrazine, hexazinone and tebuthiuron in Water Treatment System through multi-stage filtration - FiME, followed by columns (filters) of babassu granular activated carbon with different filtration rates, adding the production of activated carbons of agricultural by products; bagasse from sugar cane and pod shell of MoringaOleifera, with high surface area and micro porosity, becoming an alternative water treatment in rural communities. The evaluation of herbicidal reduction into FiME was performed through three treatments, with different filters of CAGB installed at the end of the filtration system. The filtration rates in this step varied between 10.8 and 220.6 m3.m-2.d-1. The values obtained on the steps of PF and PL, show that there is no significant reduction in herbicide concentration, and that FCAGB with higher HDT and lower filtration rate exhibit the highest efficiencies in reducing the herbicides atrazine, hexazinone and tebuthiuron. The results show that addition of the developed surface area of the activated carbon, other factors influence the adsorption process, such as solubility of the adsorbate, CA surface charge, pH and temperature of the solution. By having lower solubility and greater hydrophobic character, atrazine herbicide was the most adsorbed herbicide by the CAGB during the treatments / Doutorado / Saneamento e Ambiente / Doutora em Engenharia Civil

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laura Plazas Tovar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T00:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_EmiliaSavioli_M.pdf: 7245588 bytes, checksum: 930b1984893789276ff0e09268cf77af (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O bagaço da cana-de-açúcar é uma das principais fontes renováveis como alternativa econômica para a produção de biocombustível de segunda geração (2G) e para a geração de eletricidade (cogeração). Neste processo, várias etapas são necessárias, dentre elas, a deslignificação se torna fundamental já que as cadeias celulósicas presentes na lignina dificultam o acesso das enzimas hidrolíticas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento, avaliação e o estudo cinético do processo de deslignificação alcalino do bagaço da cana-de-açúcar proveniente da corrente de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído. Foi realizado um pré-tratamento inicial com ácido sulfúrico diluído, seguido de um estudo detalhado da deslignificação com variações de temperatura entre 80 e 120 °C, concentração de NaOH entre 0,5 e 1,5 % m/v e tempo de reação entre 30 e 90 min, estimando os parâmetros cinéticos. Posteriormente, realizou-se a hidrólise enzimática e, em sequência, a fermentação. Os resultados mostram que, com a aplicação do pré-tratamento catalisado com ácido sulfúrico diluído, há uma eficiente conversão das hemiceluloses de 76,31 ± 3,77 % e que temperaturas entre 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C, e tempos de reação de 90 min, mostram-se os mais indicados para o processo de deslignificação, este tendo a maior remoção de lignina encontrada no ponto de 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min atingindo 75,41 ± 0,73 %. A partir dos dados experimentais, foi possível estimar as constantes de velocidade (kb) constatando-se que estas diminuem com o aumento da temperatura no processo de deslignificação. Com a realização da hidrólise enzimática, foi possível afirmar que após decorridas 24 h ocorreu a liberação máxima dos açúcares, 47,95 g/L no ponto 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min, decorridas 72 h atingiu-se uma concentração de açúcares liberados de 50,08 g/L e um rendimento global de 53,47 %. Com a realização da fermentação, foram obtidos valores de YP/GLC para o bagaço de cana-de-açúcar PCA e para o seguido de deslignificação de 0,51 kgetanol/kgGLC e 0,47 kgetanol/kgGLC, respectivamente, com seus rendimentos de 100 % e 91,59 %. Vale ressaltar que as fermentações foram realizadas em um reator (PCA) e em um shaker (deslignificado), fator que pode ter levado a obter importantes diferenças nos valores de rendimento / Abstract: Sugarcane bagasse is an important renewable resource with cost-effective alternative for the production of second generation (2G) biofuel and electricity generation (cogeneration). In this process, some steps are required. However, delignification becomes essential due to the cellulose chains present in lignin hinder access of hydrolytic enzymes. Therefore, the goal of this work was the development, evaluation and the kinetic study of alkaline delignification process of sugarcane bagasse from acid pretreatment with dilute sulfuric acid. Firstly, it was carried out the acid pretreatment with dilute sulfuric acid. After, it was developed the detailed study of delignification process. Temperature ranged from 80 to 120 °C, NaOH concentration ranged from 0,5 to 1,5 % m/v and reaction time ranged from 30 to 90 min. Experimental results allowed to estimed the kinetic parameters. Moreover, enzymatic hydrolysis and fermentation processes were carried out. The results show that catalysed pretreatment using dilute sulfuric acid leads an efficient conversion of hemicellulose of 76,31 ± 3,77 % and temperatures between 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C and 90 min establishes the most suitable operating conditions for the delignification process reaching a 75,41 ± 0,73 % of lignin removal at 80 °C/0,5 % w/v NaOH/90 min. Kinetic data were estimated from experimental data. In this sense, the kinetic constants (kb) decrease as the temperature in the delignification process rise. Results from enzymatic hydrolysis showed that the maximum release of sugars occurred after 24 h, 47,95 g/L at 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min and, at 72 h of enzymatic hydrolysis, the released sugar achieved a concentration of 50,08 g/L and a mass yield of 53,47 %. Results from fermentation process showed that YP/GLC for the PCA sugarcane bagasse and for the followed by delignification of 0,51 kgetanol/kgGLC and 0,47 kgetanol/kgGLC, respectively, attained a process yield of 100 % and 91,59 %, respectively. It is noteworthy that these were carried out in a reactor (PCA) and in a shaker (delignificated), a factor that may have led to obtain important differences in yield values / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JaimesFigueroa_JaiverEfren_D.pdf: 4291833 bytes, checksum: dc5592f8288a01f2f792aac9bf02f01b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os processos termoquímicos permitem a conversão da biomassa em outros produtos de maior interesse e valor agregado. Dentre os processos termoquímicos destacam-se a pirólise e a gaseificação, sendo o alcatrão e gases, os principais produtos resultantes. Estes produtos possuem um grande potencial como intermediários químicos, combustíveis, lubrificantes e energia, tornando os processos termoquímicos muito atrativos. Este trabalho teve como objetivo avaliar experimentalmente dois processos termoquímicos: pirólise e gaseificação, usando bagaço de cana-de-açúcar como matéria-prima. Foram avaliados dois tipos de reatores: leito fixo e leito fluidizado. Inicialmente, foi realizada uma revisão bibliográfica para a obtenção das propriedades físico-químicas da matéria-prima, valores típicos sobre dimensionamento de reatores, cinéticas de reação e características dos produtos obtidos pela via termoquímica, com a finalidade de estudar o comportamento fluidodinâmico do sistema. Posteriormente, foi realizada uma simulação no software comercial ANSYS-FLUENT V12TM, obtendo-se pequenos desvios entre os valores preditos e os encontrados na literatura, o que gerou uma ferramenta computacional com potencial para avaliação dos processos termoquímicos utilizando material lignocelulósico. Após o estudo computacional, foram realizados dois estudos experimentais: um do processo de pirólise e outro de gaseificação. Os estudos experimentais foram realizados usando dois tipos de reatores com características diferentes, quando comparados aos reatores encontrados na literatura. A pirólise lenta a altas temperaturas do bagaço foi desenvolvida em reator de leito fixo em batelada, contendo uma mistura de bagaço e alumina/sílica (carga máxima de bagaço 4 g). Foram testadas várias temperaturas, superiores a 500 °C, e encontrado que um aumento nesta variável significou em um aumento da quantidade de gases e diminuição de carvão produzido. O alcatrão obtido foi independente da temperatura (20 % mássico). Utilizando o mesmo reator, foi realizada uma reação de gaseificação de bagaço de cana-de-açúcar a 900 °C e relação mássica vapor/bagaço igual a 2,0, obtendo-se maior rendimento de gases e menor de carvão. Além disso, o gás produzido continha porcentagem maior de hidrogênio quando comparado ao gás obtido por pirólise empregando a mesma temperatura. A gaseificação do bagaço foi realizada em um reator de leito fluidizado (elaborado e desenvolvido pelo grupo de pesquisa LOPCA/BIOEN/FEQ/UNICAMP para esta tese). Este reator foi instalado, testado e colocado em funcionamento com uma vazão de bagaço de até 3 kg/h. As reações foram feitas usando diferentes relações ER (razão mássica entre as relações (ar/bagaço) e (ar necessário para combustão completa/bagaço). Cada relação ER testada proporcionava uma temperatura de reação diferente, obtendo-se uma distribuição de produtos com características diferentes entre si. Os produtos da gaseificação foram caracterizados. Valores de ER mais elevados ofereceram maiores temperaturas de reação e, consequentemente, maiores rendimentos de gases e porcentagens de H2 e CO / Abstract: The thermochemical processes allow the biomass conversion in others products, producing simpler structures, which are more interesting. Two main thermochemical processes are the pyrolysis and gasification, which produce tar and gases. These products have an enormous potential as intermediate chemical compounds, fuels, lubricants and energy, making the thermochemical processes very relevant. In this work, both processes aforementioned were object of experimental study, using sugarcane bagasse as raw material. Two different reactors were analyzed: fixed bed and fluidized bed. A bibliographic research was made as a starting point, collecting enough information about the properties of the raw material, typical dimensions of the reactors, reaction kinetics and characteristics of the products. In order to study the fluid-dynamic behavior of the system some simulations were performed, using the ANSYS-FLUENT V12TM software. The simulation results presented small deviation compared to the experimental results reported on the literature, which indicates that the simulated system is a powerful tool to validate thermochemical processes that involve lignocellulosic materials. Subsequently, two experimental studies were developed: one for pyrolysis and other for gasification. For each process mentioned before, we used two types of reactors that differ from the reactors found on the literature. Bagasse pyrolysis was made on a fixed bed batch reactor, using a mixture of bagasse and alumina-silica (the bagasse does not exceed 4 grams). Different temperatures above 500 ºC were used, showing that the quantity of obtained gases were proportional to the temperature, while the quantity of carbon was inversely proportional. On the other hand, the tar produced in the reaction does not depend on the temperature (20 % mass). The same reactor was used to do the gasification of sugarcane bagasse at 900 ºC and a steam/bagasse mass ratio of 2.0, obtaining a bigger production of gas and smaller production of carbon. Additionally, the obtained gas contains a bigger proportion of hydrogen than the gas produced with pyrolysis, using the same temperature. Finally, other gasification were performed, using a fluidized bed reactor acquired by the LOPCA/BIOEN/FEQ/UNICAMP research group, which produces a bagasse output up to 3 kg/h. All reactions were made using different ER relations (air/bagasse mass ratio). Each ER relation produced a different reaction temperature, obtaining a product distribution with different characteristics between them. The products obtained were characterized. The higher ER values offered bigger temperatures of reaction and consequently, higher yield of gas and percentages of H2 and CO proportions / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_LuizaHelenadaSilva_D.pdf: 5727888 bytes, checksum: 3fc2a39cd00a52ce751d2f8d545dce8c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A indústria sucroalcooleira é uma atividade de grande importância para o Brasil, e tem o bagaço de cana-de-açúcar como o principal subproduto, o qual pode ser utilizado para a produção de etanol de 2ª geração. Nesse contexto, são cada vez maiores os estudos relacionados com as tecnologias de pré-tratamento, etapa fundamental para a eficiente produção deste tipo de combustível. Entretanto, o custo de reagentes e gastos com tratamento de águas residuais ainda é um obstáculo para este tipo de tecnologia. Assim, o presente trabalho teve como objetivo estudar 3 tipos de pré-tratamentos do bagaço de cana-de-açúcar: H2SO4 diluído, Peróxido de hidrogênio alcalino (PHA) e hipoclorito-hidrogênio peróxido (Ox-B), com a utilização de elevadas cargas de sólidos, tanto na etapa de pré-tratamento quanto na de hidrólise enzimática, visando a redução do uso de reagente e do consumo de água. Para todos os pré-tratamentos foram realizados planejamentos experimentais de 3 níveis (3²). O material pré-tratado com H2SO4 diluído, PHA e Ox-B foi submetido a hidrólise enzimática com 10% (m/v) de sólidos, com carga enzimática de 15 FPU/g e 25 CBU/g de bagaço. Para a melhor condição do pré-tratamento realizado com PHA foi estudada a substituição do uso do NaOH por KOH e Mg(OH)2 para ajuste do pH em 11,5. Um estudo do aumento da carga de sólidos na hidrólise enzimática também foi realizado (batelada simples e alimentada) para os materiais pré-tratados com os três reagentes estudados, sendo os hidrolisados submetidos a fermentação com S. cerevisiae. As maiores conversões obtidas na hidrólise enzimática para carga de sólidos de 10% (m/v) foram: 60,80% para o H2SO4, 76,00% para o PHA, 66,9% para o Ox-B. O aumento da carga de sólidos na hidrólise enzimática teve efeito negativo na conversão. O material pré-tratado com PHA foi o que mostrou melhores resultados tanto para a hidrólise enzimática como para a fermentação, que atingiu rendimento máximo de 84,48% de etanol a 34ºC a 20% (m/v) de sólidos no pré-tratamento e 10% (m/v) de sólidos na hidrólise enzimática / Abstract: The sugar industry is a very important activity for Brazil, and has the bagasse sugarcane as the main by-product, which can be used for the 2nd generation ethanol production. In this context, there are increasing studies related to pretreatment technologies, essential step for efficient production of this type of fuel. However, the cost of reagents and treatment costs of waste waters are still an obstacle for this type of technology. Thus, this study aimed to evaluate three types of pretreatments of sugarcane bagasse: diluted H2SO4 , alkaline hydrogen peroxide (APH) and hypochlorite-hydrogen peroxide (Ox-B), using high solid loadings, both in the pretreatment and the enzymatic hydrolysis step in order to reduce reagent usage and consumption of water. For all pre-treatments were carried out experimental design of three levels (3²). The pretreated material with dilute H2SO4, APH and Ox-B was subjected to enzymatic hydrolysis with 10% (w/v) solids, with enzyme load of 15 FPU/g and 25 CBU/g of residue. To the best condition pretreatment was performed with PHA studied substitution of KOH for the NaOH and Mg(OH)2 for pH adjustment to 11.5. A study of increased solids loading in the enzymatic hydrolysis was also performed (simple and fed batch) for pretreated material with the three reagents studied, and the hydrolysates subjected to fermentation with S. cerevisiae. The highest conversions obtained in the enzymatic hydrolysis to solids loading of 10% (w/v) were 60.80% for the H2SO4 76.00% for the APH, 66.9% for Ox-B. The increased of solids loading on enzymatic hydrolysis had a negative effect on conversion. The pre-treated material showed that the PHA was the best results for both the enzymatic hydrolysis and also for fermentation, reaching a maximum yield of 84.48% ethanol at 34 ° C with 20% (w/v) solids in the pre-treatment and 10% (w/v) solids in the enzymatic hydrolysis / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica

Neste trabalho investigamos a porosidade nanométrica de materiais lignocelulósicos derivados do bagaço de cana-de-açúcar que foram submetidos à compressão úmida. A produção dos materiais estudados a partir do bagaço de cana-de-açúcar utilizou processos de tratamento hidrotérmico seguido de processos de deslignificação organossolve (etanol-água) e soda (hidróxido de sódio). Os tratamentos hidrotérmicos utilizaram a fração fibra do bagaço de cana-de-açúcar, no estado bruto e moído, seguindo planejamento experimental fatorial de 2² com ponto central mais configuração estrela. O tratamento hidrotérmico ocorreu em temperaturas de 150-190°C com tempos de 20-60 minutos. Os processos de deslignificação utilizaram temperaturas de 160°C e 190°C para o processo soda e organossolve respectivamente, com tempos de 20, 40, 60, 80 e 100 minutos de tratamento. Os ensaios de compressão úmida foram realizados com cargas de 5, 10, 15, 20 e 25 toneladas e mostraram que materiais mais homogêneos e com menor granulometria, como o material moído e as polpas, são mais fáceis de comprimir. No entanto, os ensaios mostraram que os materiais comprimidos não são homogêneos, apresentando uma variação no teor de humidade do material comprimido (o centro da pastilha é mais seco que a periferia). O adensamento dos materiais também não é homogêneo, sendo o centro mais denso que a periferia das pastilhas. A perda de água durante a compressão foi de 74-85% para o material tratado hidrotermicamente, 66-85% para as polpas obtidas no processo soda e 81-94% para as polpas obtidas no processo organossolve. As análises de termoporometria mostraram que fração apreciável da porosidade nanométrica dos materiais deslignificados é colapsada com as menores pressões aplicadas (21 MPa). Incrementos de pressão (até carga de 107 MPa) promovem reduções comparativamente muito menores na porosidade nanométrica. / In this work we investigate the nanometric porosity of lignocellulosic materials derived from sugarcane bagasse and tested for wet pressing. The production of the studied materials from sugarcane bagasse employed hydrothermal treatments followed by organosolv (ethanol-water) and soda (sodium hydroxide) delignifications. For the hydrothermal treatments, we used bagasse fiber fractions in crude and milled states, following the factorial experimental design of 2² with central point plus star configuration. Hydrothermal treatment used temperatures of 150-190°C and times of 20-60 minutes. The delignification processes used temperatures of 160°C and 190°C for the soda and organosolv, respectively, with treatment times of 20, 40, 60, 80 and 100 minutes. Wet pressing was carried out with loads of 5, 10, 15, 20 and 25 tons and showed that materials with small and homogeneous particles such as the ground materials and the pulps are easier to compress and form a mass of material. However, the tests showed that the compressed materials are not homogeneous, presenting variations in the moisture content of the compressed materials (the center of the tablets were dryer than the periphery). Densification of the materials is also not uniform, the center being denser than the periphery. Water loss during compression was 74-85% for hydrothermally treated material, 66-85% for soda pulps and 81-94% for organosolv pulps. Thermoporometry analysis showed that appreciable fraction of the nanoscale porosity of the delignified materials collapse with the lowest applied pressures (21 MPa). Pressure increments (up to 107 MPa) promotes comparatively much lower reduction on nanoscale porosity.

A busca de segurança energética nos principais centros de consumo vem se estabelecendo como alta prioridade no contexto mundial dado o crescimento da população e da demanda por alimentos e energia. Nacionalmente a matriz energética vincula-se majoritariamente à fonte hídrica fazendo com que, em períodos de escassez pluvial, a segurança energética seja comprometida. Nesse contexto, a energia termelétrica, em especial, a produzida por meio de biomassa de cana-de-açúcar, mostra-se como uma alternativa sustentável ao abastecimento e segurança energética do país. Com isso, o estudo tem por objetivo identificar qualitativa e quantitativamente o potencial e disponibilidade de biomassas de canade- açúcar, bagaço e palha, para uso energético na operação de cogeração e como matéria-prima, a produção de etanol de segunda geração na região Centro-Sul. Para isso foi realizado um levantamento de dados para a safra 2013/14 com 77 usinas visando o desenvolvimento de indicadores agronômicos (quantificação da oferta de bagaço e palha de cana-de-açúcar), tecnológicos (potencial de cogeração do setor) e mercadológicos (preços de energia elétrica, participação nos diferentes ambientes de comercialização). A partir dessas informações foi proposto um modelo matemático visando a maximização do lucro do setor canavieiro avaliado em 4 cenários: 1. Cenário A: base relativa às informações levantadas na pesquisa; 2. Cenário B: considerando-se o aumento do limite de exportação à rede e dos preços de energia aos níveis registrados na safra 2014/15; 3. Cenário C: solicitando a entrada dos principais municípios candidatos das mesorregiões potenciais a instalação de unidades stand alone e; Cenário D: considerando-se parâmetros secundários de investimento e de custos em E2G no curto e médio prazo. Os resultados da pesquisa foram divulgados de forma média para o Brasil e mesorregiões localizadas na região Centro-Sul. De modo geral, os indicadores agronômicos para uma usina típica no Brasil apresentam moagem média de 3 milhões de toneladas de cana, 12% de impureza vegetal e 88% de colheita mecanizada. Tais indicadores proporcionam uma oferta de bagaço e palha ao sistema de aproximadamente 1 milhão de toneladas de biomassa por unidade industrial. Os indicadores tecnológicos no Brasil evidenciaram que 39% das caldeiras amostradas apresentaram tecnologia de baixa pressão de vapor (21 bar), 22% (até 48 bar), 5% (até 65 bar) e 34% (acima de 65 bar). Os turbogeradores amostrados foram de 69% contrapressão simples, 14% contrapressão com extração e 17% condensação. Já para os indicadores mercadológicos verificou-se, para as usinas que exportaram energia, a participação 53% no mercado livre a preços médios de R$ 230,00/MWh e 47% no mercado regulado com precificação de R$ 191,00 MWh. Relativamente aos resultados verificados na modelagem proposta, foi possível avaliar a alocação ótima de biomassa nas mesorregiões e potencial de exportação de energia, etanol celulósico e investimentos de expansão. A partir de tais resultados possibilita-se o direcionamento mais assertivo do planejamento estratégico, de investimentos e de políticas públicas para o aumento da sustentabilidade do setor canavieiro. / The search for energy security in major consumption centers has established itself as a high priority in the global context, given the population growth and the demand for food and energy. Nationally the energy matrix is mainly linked to the water source so that, in periods of rain shortage, energy security is compromised. In this context, the thermoelectric power, in particular, produced by sugarcane biomass, shows up as a sustainable alternative promoting energy security. Thus, the study aims to identify qualitatively and quantitatively the potential and availability of biomass from sugarcane, bagasse and straw for energy use in cogeneration operation and as raw material for second generation ethanol production in South- Center region. For this, it was conducted a data collection for the 2013/14 season with 77 sugarcane mills in order to develop agronomic indicators (measurement of bagasse and straw sugarcane supply), technological indicators (industry cogeneration potential) and market indicators (electricity prices and participation in different marketing environments). From this information it was proposed a mathematical model aimed at maximizing the profit of the sugarcane industry valued at four scenarios: 1. Scenario A: based on the information gathered in the survey; 2. Scenario B: considering increasing the export limit for the network and energy prices to levels recorded in 2014/15 crop; 3. Scenario C: requesting the input of the main potential mesoregions installing stand alone units and; Scenario D: considering other parameters of investment and costs in E2G on the short and medium periods. The survey results were released to Brazil and mesoregions located in the Center-South region. In general, agronomic indicators for a typical sugarcane mill in Brazil have medium crush of 3 million tons of sugarcane, 12% of plant impurity and 88% of mechanized harvesting. These indicators provide a supply of bagasse and straw to the system of approximately 1 million tons of biomass. Technological indicators in Brazil showed that 39% of sampled boiler had a low vapor pressure technology (21 bar), 22% (up to 48 bar), 5% (up to 65 bar) and 34% (over 65 bar). The sampled turbogenerators were 69% simple counter, counter with 14% and 17% extraction condensation. As for the market indicators, for energy exported mills, the share was 53% in the open market at an average price of R$ 230.00 / MWh and it was 47% in the regulated market with pricing R$ 191.00 MWh. In relation to results obtained in the proposed model, it was possible to evaluate the optimal allocation of biomass in mesoregions and energy export potential, cellulosic ethanol and expansion investments. From these results it is possible to propose a more assertive targeting of strategic planning, investment and public policy to increase the sustainability of the sugarcane industry.

Made available in DSpace on 2016-01-26T18:56:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Vinicius Sedano.pdf: 443485 bytes, checksum: 533bdf2626f62477d172c8a37bb17fa9 (MD5) Previous issue date: 2012-12-18 / The use of microwave in sugar mill has the purpose to raise the temperature of the material by irradiation. The central hypothesis of this work is that the elevation of temperature, collaborates on improving sugarcane disintegrated in the extraction process. We use two types of sugar cane, disintegrated rubber mat and shutt-donelly of the fifth suit. In a first test were applied the potencies 0W, 125W, 156W, 188W, 218W and 250W. In the second test were applied to maximum power by varying the time of 312W 30s, 40s, 50s, 60s, 70s, 80s and 90s. Both trials were conducted with four replications. The randomized factorial, being a factor was the origin of sugar cane (rubber mat or shutt donelly of the fifth suit) and another factor to power in the first test and the exposure time in the second test. Microwave radiation extraction rates increases, reducing the weight of the cake moist (PBU). There is a correlation between rates of extraction and heating power. / A utilização de micro-ondas nas agroindústrias tem como um dos objetivos elevar a temperatura do material pela irradiação. A hipótese central deste trabalho é que a elevação da temperatura da cana desintegrada, colabora na melhoria do processo de extração do caldo. Foram utilizados dois tipos de cana-de-açúcar: desintegrada da esteira de borracha, e do shutt-donelly do quinto terno. Num primeiro ensaio foram aplicadas as potências 0W, 125W, 156W, 188W, 218W e 250W. No segundo ensaio foram aplicadas a potência máxima de 312W variando o tempo de 30s, 40s, 50s, 60s, 70s, 80s e 90s. Ambos ensaios foram realizados com quatro repetições. O delineamento estatístico foi fatorial, sendo um fator a origem da cana (esteira de borracha ou shutt donelly do quinto terno) e outro fator a potência no primeiro ensaio e o tempo de exposição no segundo ensaio. A radiação micro-ondas aumenta os índices de extrações, reduzindo o peso do bolo úmido (PBU). Há uma correlação entre índices de extração e potência de aquecimento.