Orientadores: Luis Augusto Barbosa Cortez, Marcelo Pereira da Cunha / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola / Made available in DSpace on 2018-08-25T21:19:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_TerezinhadeFatima_D.pdf: 3738702 bytes, checksum: e368bb547a1651b00f2e7c3133f1f8aa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A colheita de cana crua, sem queima, tem sido imposta principalmente por questões ambientais e com vistas ao aproveitamento integral da cana-de-açúcar. Questões econômicas, ambientais e sociais induzem à mecanização da colheita, o que pode proporcionar melhores condições de trabalho e o aproveitamento da palha, com a eliminação da queima prévia. Parte da palha pode ser utilizada para cobertura do solo, melhorando o reciclo de nutrientes, a retenção de água e redução da erosão. Outra parte da palha poderá ser recolhida, enviada para a indústria e utilizada para geração de eletricidade e/ou para produção de etanol de 2ª geração. Este trabalho, com auxílio da Biorrefinaria Virtual de Cana-de-açúcar (BVC/CTBE), empregou as metodologias de insumo-produto e análise de ciclo de vida (ACV) para analisar os impactos socioeconômicos e ambientais do recolhimento e aproveitamento da palha de cana-de-açúcar no setor sucroenergético, considerando (i) a tecnologia de colheita existente (colhedora Convencional) e em desenvolvimento (Estrutura de Tráfego Controlado ¿ ETC, proposta de mecanização com redução e controle do tráfego), (ii) a parcela de palha recolhida, (iii) a forma de recolhimento e transporte e (iv) seu uso. Avaliou-se, também, a viabilidade econômica de cada rota tecnológica considerada. Verificou-se que a colheita integral é economicamente vantajosa na fase agrícola e que a redução da densidade de carga pode ser compensada com menor perda de colmos, devido à redução de potência dos extratores da colhedora. O enfardamento apresenta custos elevados para pequenas frações de recolhimento devido à redução na capacidade operacional das máquinas. A análise do modelo verticalizado de produção (fase agrícola e industrial) mostrou que a baixa eficiência da estação de limpeza a seco interfere diretamente nos rendimentos da indústria, diminuindo a vantagem da colheita integral. A proposta de recolher palha através de colheita integral com palha repicada apresentou bons resultados nas simulações, reduzindo o custo de transporte e melhorando a eficiência de separação da palha na indústria. Considerando o modelo verticalizado de produção, fardos 7,5 t/ha (com colhedora convencional) e Integral sem ponteiro repicada (ETC) apresentam maiores valores para TIR, 12,0% e 14,2%, respectivamente. A fase agrícola responde por 80% a 90% dos impactos ambientais, variando de acordo com o cenário e a categoria de impacto analisada. O uso e produção de fertilizantes e corretivos são os itens que mais ocasionam os impactos ambientais, seguidos de uso de óleo diesel. Em termos socioeconômicos, a colheita integral apresenta maior valor de produção e PIB; já os cenários com fardos apresentam maior remuneração mensal média por emprego e número de empregos gerados em função do maior número de operações mecanizadas demandando mais mão de obra. O resultado principal do estudo mostra que os cenários com ETC apresentam maior eficiência econômica e a proposta de recolhimento através de colheita integral com palha sem ponteiro e repicada apresentou maior atratividade econômica com menores impactos ambientais. Esta pesquisa demonstra a importância de desenvolvimento de tecnologias que permitam melhor aproveitamento da biomassa / Abstract: Harvesting of green sugarcane, without burning, has been imposed mainly by environmental issues and aiming to take full advantage of sugarcane. Economic, environmental and social issues induce mechanical harvesting, which can provide better working conditions and the use of straw, with the elimination of the previous burning. Part of the straw can be used for soil coverage, enhancing the recycling of nutrients, water retention and reducing erosion. Another part of the straw can be collected, sent to the industry and used for bioelectricity generation or production of 2nd generation ethanol. This paper, with the support of Virtual Sugarcane Biorefinery (VSB), applied input-output and life cycle analysis methodologies to analyze the socioeconomic and environmental impacts of collection and utilization of straw sugarcane, considering (i) harvesting of sugarcane existing (conventional harvester) and developing (ETC - Controlled Traffic Structure ¿ proposed mechanization of reduction and traffic control) technologies, (ii) fraction of gathered straw, (iii) form of collection and transportation and (iv) use of straw. It was also evaluated economic viability of each technological route considered. It was found that the integral harvest system is economically advantageous in the agricultural phase, and that the load density reduction is almost matched with lower loss of stalks due to the reduced power of the harvesters¿ exhauster. The baling system shows higher costs of small fractions straw recovery due to reduction of the machines operational capacity. The verticalized production model analysis (agricultural and industry fases) showed that the low efficiency of dry cleaning station directly interferes with the industry output, reducing the advantage of the integral harvest system. The proposal to collect straw through integral harvest with chopping presented good results in simulations, reducing the cost of transport of straw and improving industrial productivity with better separation of straw. Considering the verticalized production model, 7,5 ton/ha baling (with conventional harvester) and integral harvest system chopped without tops (ETC) present higher values of IRR, 12,0% and 14,2%, respectively. Regarding environmental impacts, it was found that agricultural phase represents 80% ¿ 90% of the environmental impacts, varying according to the analyzed scene and the impact category. The use and production of fertilizers and soil correctors are the items that cause the most environmental impacts followed by the use of diesel. In socioeconomic terms the integral harvest system presents higher production value and GDP (Gross Domestic Product); the baling scenes present higher average monthly income per job and number of generated jobs due to higher number of mechanized operations requiring more manpower. The main result of this study shows that ETC scenes present higher economic efficiency and the recovery proposal of integral harvest system chopped without tops presented higher economic prospects with lower environmental impacts. This paper shows the importance of technology development which permits better use of biomass / Doutorado / Maquinas Agricolas / Doutora em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Mazzafera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T18:25:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bottcher_Alexandra_D.pdf: 30998147 bytes, checksum: 7d9f9859e04ecf96cad92e49ea9b403f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A lignina é um heteropolímero aromático, cuja formação é mediada por oxidases da parede celular que convertem os monolignóis (os álcoois p-coumaril, coniferil e sinapil) em radicais livres, que espontaneamente se polimerizam para formar a lignina. Essa reação produz um heteropolímero opticamente inativo e hidrofóbico, composto pelas unidades p-hidroxifenil (H), guaiacil (G) e siringil (S), respectivamente. O nitrogênio (N) é um componente essencial, constituinte de importantes moléculas, e os efeitos da suplementação com N na lignificação têm sido melhor documentados em gramíneas forrageiras, e na maioria dos casos, há um aumento no conteúdo de lignina com a fertilização com N, o que é atribuído a um estimulo na síntese do aminoácido Phe. Entretanto, dependendo da espécie, altas concentrações de N também podem promover queda no conteúdo de lignina. A luz é outro fator ambiental essencial para a sobrevivência das plantas, entretanto, dependendo da intensidade e tempo de exposição, ela também pode causar estresse oxidativo, resultando em inativação das funções fotossintéticas e produção de espécies reativas de oxigênio (EROs). Evidências indicam que a alta incidência luminosa ativa a expressão dos genes da via de biossíntese de lignina, promovendo lignificação e enrijecimento de parede. Sendo assim, esse dois fatores podem interferir na taxa de crescimento e deposição de biomassa. Os objetivos desse estudo foram analisar sistematicamente a deposição de lignina durante o desenvolvimento do colmo em duas variedades de cana-de-açúcar crescidas no campo, IACSP04-529 e IACSP04-683, com alto e baixo conteúdo de lignina, respectivamente, assim como a interferência da fertilização com N e baixa luminosidade em outras duas variedades de cana-de-açúcar, IACSP04-627 e IACSP04-065, também com alto e baixo teor de lignina, respectivamente. O conteúdo de lignina aumentou com o amadurecimento do colmo e sua distribuição foi diferente entre a casca (região externa) e o miolo (região interna), e os tratamentos afetaram diferentemente seu acúmulo. Nas plantas do campo, as diferentes regiões anatômicas também mostraram diferenças na composição da lignina (razão S/G) e nas análises histoquímicas, no colmo em desenvolvimento. O banco de EST da cana-de-açúcar foi extensivamente analisado e foram recuperados 4 ortólogos da enzima PAL, 2 C4Hs, 3 4CLs, 2 HCTs, 3 C3Hs, 3 CCoAOMTs, 2 CCRs, 1 COMT, 1 F5H, e 4 CADs, e o padrão de expressão de todos os genes foi obtido por qPCR no material de campo; e os genes que apresentaram os maiores níveis de expressão foram analisados no material submetido aos tratamentos. O perfil dos compostos fenólicos foi realizado com o material proveniente do campo e 35 compostos relacionados com a via dos fenilpropanóides e biossíntese de lignina foram identificados; para as plantas submetidas aos tratamentos foi obtido o perfil dos metabólitos primários e 49 compostos foram identificados. Resumidamente, as informações obtidas com as plantas submetidas aos tratamentos com N e redução da intensidade luminosa, somadas aos dados fisiológicos, bioquímicos, histológicos e transcricionais podem contribuir com importantes informações sobre o metabolismo da lignina em cana-de-açúcar, que podem ser úteis, em longo prazo, para o melhoramento da cana-de-açúcar como matéria-prima para produção de bioenergia / Abstract: Lignins are complex aromatic heteropolymers, covalently cross-linked with cell wall polysaccharides and deposited mainly in fibers, xylem vessels, tracheids, and sclereids. Lignin is produced by cell wall oxidases which convert the monolignols (p-coumaryl, coniferyl, and sinapyl alcohols) in free radicals that spontaneously couple to form lignin. The reaction results in a heteropolymer optically inactive and hydrophobic, composed by the monomers referred to as p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G), and syringyl (S) units, respectively. Nitrogen (N) is an essential component of many key macromolecules and the impact of increased N supply on lignification has been mainly documented in forage grasses and in most cases, the lignin content is increased by N fertilization, which is attributed to the stimulation of phenylalanine (Phe) biosynthesis. However, depending on the plant species, high N supply may also promote decrease in lignin content. Light is other essential factor for plants survival, but depending on the light intensity and the time of exposure, it can also cause oxidative stress. The exposition of plants to high light intensity may result in the inactivation of photosynthetic functions and the production of reactive oxygen species (ROS). Some evidence suggests that high light irradiation stimulates the expression of many genes involved in lignin synthesis, promoting lignification and cell wall stiffening. Thus, both factors may interfere in sugarcane growth rates and biomass accumulation. The aims of the present study were to perform a systematic analysis of lignin deposition during stem development in two sugarcane cultivars grown in the field, IACSP04-529 and IACSP04-683, with high and low lignin content respectively, and to analyze the influence of N fertilization and the reduction of light intensity in two other sugarcane cultivars grown in greenhouse, IACSP04-627 and IACSP04-065, with high and low lignin content respectively. Lignin content increased with maturity and its distribution was differential between rind (outer) and pith (inner) tissues, and the treatments affected its accumulation. For the field plants, these distinct anatomical regions also differed in lignin composition (S/G ratio) and histochemical analysis during sugarcane stem development. Sugarcane EST Database was extensively surveyed and 4 PALs, 2 C4Hs, 3 4CLs, 2 HCTs, 3 C3Hs, 3 CCoAOMTs, 2 CCRs, 1 COMT, 1 F5H, and 4 CADs were identified and the expression pattern of all genes during the stem development was determined by qPCR in field plants; the most expressed genes were also analysed in plants under experimental treatments. The phenolic profiling was analyzed in field plants, and allowed the identification of 35 compounds related to phenylpropanoid pathway and lignin biosynthesis; the primary metabolic profiling was analyzed in greenhouse plants and 49 compounds were identified. To sum up, the information obtained with the plants under different N levels and light reduction treatments, integrated with the physiological, biochemical, histological, and transcriptional data may contribute to unveil significant information regarding the lignin metabolism in sugarcane and might be useful in the long term for the breeding of sugarcane feedstock for bioenergy purposes / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutora em Biologia Vegetal

Orientador: Andre Felipe Simões / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:03:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Galbieri_Rodrigo_M.pdf: 3308453 bytes, checksum: dd1bd5b8a88bb0667b4287d45ba0959b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O presente Estudo possui como objetivo principal realizar uma análise quantitativa dos impactos sobre o consumo de combustíveis e das emissões de CO2 de medidas de eficiência energética e aumento no uso de biocombustíveis para o setor de transportes rodoviário brasileiro de passageiros (veículos leves, motocicletas e ônibus) - de forma isolada e conjunta - entre os anos 2010 a 2030. Concomitantemente, visa oferecer uma "cesta" de opções para os tomadores de decisões (esferas políticas) para o setor de transportes brasileiro de passageiros nas áreas de eficiência energética, combustíveis alternativos e medidas de gestão da demanda. A citada "cesta" de opções envolve aspectos qualitativos e quantitativos dessas medidas de mitigação. Para se atingir o objetivo proposto realizou-se uma análise do potencial técnico-econômico de tecnologias relacionadas à mitigação do consumo de combustíveis e das emissões de CO2, no horizonte de tempo 2010 a 2030. Já a metodologia utilizada na análise quantitativa estima a frota de veículos circulantes no Brasil, o consumo de combustíveis e as emissões de CO2 do setor de transportes rodoviário de passageiros adotando uma abordagem bottom-up. Adotou-se, como premissa, que o ano de início da implementação das medidas mitigatórios para os Cenários Alternativos seria 2015. Foi criado um Cenário Tendencial (denominado BAU - Business-as-Usual) e mais 3 grupos de cenários alternativos - modelados com diferentes padrões de aumento de eficiência energética e/ou uso de biocombustíveis (etanol anidro, etanol hidratado e biodiesel), incluindo a conversão da frota de ônibus a óleo Diesel para etanol aditivado. De acordo com os resultados apresentados pelas projeções desse Estudo, mantidas as tendências atuais até o ano de 2030, o crescimento projetado das emissões de CO2 no Cenário BAU, entre os anos de 2010 e 2030, foi de expressivos 120%. Contudo, os resultados das simulações, revelam possibilidades de mitigações das emissões de CO2 entre 5% a 48% para o caso dos cenários propostos, em relação ao Cenário BAU. Os resultados do presente Trabalho permitem intuir que as atuais políticas para promoção do uso de biocombustíveis de primeira geração no Brasil, combinadas com programas de eficiência energética veicular, incluindo hibridização, formam uma estratégia robusta de mitigação. Tais estratégias se mostram factíveis às questões envolvendo a problemática e tênue relação entre ("produção" e uso de) energia e meio ambiente, principalmente no que se refere ao uso do solo (desmatamentos e produção de alimentos). Apesar de não ter sido quantificado, em virtude das limitações do modelo escolhido, medidas de gerenciamento da demanda por transporte devem fazer parte das políticas públicas na área de transporte, pois o potencial de mitigação dessas medidas, conforme os exemplos analisados são substanciais / Abstract: The present thesis has, as the mains goal, to provide a quantitative analysis of the impacts on fuel consumption and CO2 emissions of energy efficiency measures and increased use of biofuels for the Brazilian road transport passenger sector (light vehicles, motorcycles and buses) - separately and together - between the years 2010 and 2030. Concomitantly, it aims to provide a "basket" of options to policymakers in the areas of energy efficiency, alternative fuels and demand management measures. The aforementioned "basket" of options involves qualitative and quantitative aspects of these mitigation measures. To achieve the proposed objectives, it was performed an analysis of the technical and economic potential for the mitigation technologies related to fuel consumption and CO2 emissions, considering the timeline from 2010 to 2030. It's opportune to mention that the methodology used in the quantitative analysis estimates the fleet of vehicles circulating in Brazil, fuel consumption and CO2 emissions from the transportation sector by road by adopting a bottom-up approach, as recommended by the Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC The results of this work indicate that current policies for promoting the use of first generation biofuels in Brazil, combined with vehicular energy efficiency programs, including hybridization, form a robust mitigation strategy. Such strategies appeared feasible to issues involving the problematic and tenuous relationship between ("production" and use of) energy and the environment, particularly with regard to land use (deforestation and food production, mainly). Despite not being quantified, due to limitations of the choose model, demand management measures should be part of public policies in the area of transportation. After all, the potential for mitigation measures, such as the analyzed examples, are substantial. In fact, the results of the simulations reveal possibilities of CO2 emission mitigation among 5% to 48% for the case of the proposed sceneries, in relation to the business as usual scenario / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Gonçalo Amarante Guimarães Pereira, Juan Lucas Argueso Gomes de Almeida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T04:49:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sampaio_NadiaMariaVieira_M.pdf: 5240623 bytes, checksum: 83a8fd832d725a15f52ace4fb49f9106 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nos últimos anos, a busca por fontes renováveis de energia tem sido intensificada em todo o mundo e, atualmente, o processo fermentativo de produção de bioetanol destaca-se como uma alternativa energética economicamente viável e menos poluente do que os combustíveis fósseis. Diferentes etapas do processo de produção desse biocombustível vêm sendo aprimoradas e, recentemente, o melhoramento genético de linhagens da levedura Saccharomyces cerevisiae é apontado como um ponto chave para tornar a produção do bioetanol ainda mais rentável. No Brasil, a linhagem JAY270/PE-2 é amplamente utilizada pelo setor industrial devido a sua elevada produtividade e robustez, consideravelmente superiores em relação à linhagem padrão de laboratório S288c. Em busca da compreensão das características genéticas associadas ao fenótipo da linhagem JAY270/PE-2, nosso grupo de pesquisa realizou o sequenciamento de um isolado haploide dessa linhagem, denominado JAY291, o qual revelou um total de 21 genes preditos não identificados no genoma da linhagem S288c. As significativas diferenças fenotípicas observadas entre essas linhagens motivou a investigação do envolvimento destes genes nas características de interesse industrial da linhagem JAY270/PE-2. Para isso, foi realizada uma investigação funcional de 4 desses genes, por meio da avaliação fenotípica de linhagens knockout, testadas quanto às suas principais características de interesse industrial. A partir dos testes realizados, não foi possível correlacionar estes genes a uma função específica. Apesar disso, a anotação dessas sequências, a conservação desses genes em outras linhagens industriais e, adicionalmente, a observação de que alguns deles apresentam-se diferencialmente expressos ao longo de uma fermentação industrial forneceram fortes indícios de que os mesmos apresentam um papel importante para a fisiologia da linhagem em condições industriais. Dessa forma, os dados gerados por este trabalho deverão servir como base para futuros estudos focados na elucidação do papel desses genes, a qual é de fundamental importância, tanto para a geração de conhecimento básico acerca da biologia dessa espécie, como para a identificação de potenciais alvos para o melhoramento genético da linhagem JAY270/PE-2 / Abstract: In the past years, the search for renewable energy sources has increased worldwide and, recently, the bioethanol fermentation process rises as an economically viable and less pollutant alternative supply. Several steps of the production process have been enhanced and the genetic improvement of Saccharomyces cerevisiae strains plays a key role on that effort. In Brazil, the yeast strain JAY270/PE-2 is widely used in the industrial sector due to its high productivity and robustness, being remarkably superior to the reference laboratory strain S288c. In order to shed light to the genetic characteristics underlying these traits, our group sequenced the genome of the derivative haploid JAY291, which unveiled a total of 21 predicted genes absent in the S288c reference genome. The substantial differences observed between these strains motivated us to investigate the relationship between these predicted genes and the industrially relevant phenotype of JAY270/PE-2 strain. Thus, we accomplished the functional investigation of 4 putative genes through phenotypic evaluation of knockout strains. It was not possible to correlate those genes to a specific function. Although, considering their functional annotation, their conservation between industrial strains and also their differential expression during an industrial fermentation strengthens their potential to be related to these industrially valuable traits. Therefore, this study might work as a backbone for the future functional characterization of these genes. This knowledge is of cardinal importance for a comprehensive understanding of the biology of this specie and could possibly provide new targets for the genetic manipulation of the industrial strain JAY270/PE-2 / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestra em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Célia Maria Araujo Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:00:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiazRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9406412 bytes, checksum: 058e7e7265334c352367c3bfe1533910 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi otimizar a produção de celulases, a partir de substratos alternativos, entre eles o bagaço de cana de açúcar, no processo de fermentação em estado sólido, utilizando o microrganismo Aspergillus niger. Na primeira etapa do trabalho foi realizada a identificação dos componentes do meio de cultura que mais favorecem o aumento da produtividade das celulases, entre eles foram avaliados: substrato (bagaço de cana in natura ou pré-tratado por explosão a vapor); fonte de carbono (lactose e extrato de soja) e a fonte de nitrogênio (peptona e extrato de levedura). Na segunda etapa do trabalho, a partir destas variáveis foi realizada a otimização da produção de celulases de acordo com um delineamento composto central rotacional (DCCR). Para isso foi utilizado um planejamento fatorial completo 2 , incluindo 6 pontos axiais e 4 repetições no ponto central. Finalmente, utilizando a técnica de regressão linear múltipla foi realizada a modelagem matemática para produção de celulases. A produção de celulases foi determinada baseada na atividade enzimática do complexo produzido nos ensaios: celulase total (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. Os resultados mostraram que a máxima produção de celulaces, para um período de fermentação de 4 dias foi: 0,774 UI/g.s.s de FPAse; 14,41 UI/g.s.s de CMCase e 26,37 UI/g.s.s de p-glucosidase. As condições nas quais a máxima produção foi atingida foram: concentração de extrato de soja de 11 g/L; concentração de extrato de levedura de 1,5 g/L e porcentagem de umidade 80%. Esses resultados são bastante promissores levando em conta a identificação do extrato de soja como indutor da produção de celulases e do extrato de levedura, componentes que seriam de fácil e baixo custo de disponibilização no Brasil, que impactariam na redução global do custo de produção de celulases / Abstract: The objective of this work was the optimization of cellulases production, from alternatives substrates, such as sugarcane bagasse, in a process of solid state fermentation by Aspergillus niger. In the first project stage was identified the main components of culture medium: substrate (sugarcane bagasse in natura or pretreated by steam explosion); carbon source (lactose and soybean extract) and the source of nitrogen (peptone and yeast extract). In the second stage of the work, from that variables was optimized cellulases production, according to a central composite rotational design (DCCR). It used a full factorial 2 , including six axial points and 4 replications at the central point. Finally, it using the multiple linear regression was carried out the mathematical models for cellulases production. Thus, we evaluated the influence of selected variables on the production of cellulases quantified as three types of enzymatic activity: total cellulase (FPAse); carboximetilcelulase (CMCase) e p- glucosidase. The maximum production of cellulases was: 0,774 IU/g.d.s of FPAse; 14,41 IU/g.d.s of CMCase and 26,37 IU/g.d.s of p- glucosidase, for a period of 4 days of fermentation. And, the conditions in which maximum production was reached were: concentration of soybean extract 11 g/L, yeast extract concentration of 1,5 g/L and 80% moisture content. These results are very promising, considering the identification of the soybean extract as a inductor of cellulases production, and the least extract, these items are purchased at a low cost in Brazil, that impact in the reduction of global cost of cellulases production / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Arnaldo César da Silva Walter, Joaquim José Martins Guilhoto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T16:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_MarceloPereirada_D.pdf: 1919054 bytes, checksum: 59d62fdf4202041bb99a620128d9e498 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As condições relacionadas à escassez do petróleo e seu elevado preço, às mudanças climáticas e à chamada segurança energética têm motivado a comunidade internacional a buscar fontes alternativas de energia; entre elas, os biocombustíveis, tema que se tornou debate relevante nos últimos anos. O biodiesel, que pode ser obtido a partir de diversas oleaginosas, abre espaço como uma nova fonte energética que pode trazer benefícios ambientais, econômicos e sociais em comparação ao óleo diesel de origem fóssil, especialmente em países em desenvolvimento e com possibilidade de expansão de suas fronteiras agrícolas. O objetivo deste trabalho é avaliar e comparar os impactos e indicadores socioeconômicos e ambientais, no Brasil, das principais rotas de produção de biodiesel adotadas entre 2005 e 2010. Cinco rotas são avaliadas, definidas em termos do perfil encontrado dessa indústria no país - duas a partir do óleo de soja, uma a partir do sebo bovino, uma a partir do óleo de caroço de algodão e outra a partir do óleo de girassol apoiado na produção organizada em cooperativas de agricultores familiares. A avaliação é realizada usando-se a análise de insumo-produto, sendo a economia agregada em 73 setores produtivos e 120 produtos. São quantificados os impactos e indicadores em termos do nível da produção setorial, dos empregos gerados (incluindo a avaliação de sua qualidade em termos da remuneração), do valor adicionado (PIB), do balanço de energia e das emissões de gases de efeito estufa (CO2, CH4 e N2O). Para tanto, foi desenvolvido e implementado um modelo de insumo produto tomando como base o ano de 2004 (último ano que antecedeu o início da produção de biodiesel no país), captando os efeitos diretos e indiretos envolvidos em toda a cadeia produtiva, permitindo, também, a combinação de diferentes rotas na estrutura produtiva de biodiesel. Em relação ao ano de 2004, entre os diversos resultados obtidos, destacam-se a necessidade de subsídio à produção de biodiesel, exceto na rota a partir do sebo bovino. Considerando a situação em que parte da soja exportada seja usada na produção de biodiesel (para substituir toda a importação de óleo diesel) e seus co-produtos, mesmo com a necessidade de subsídios, haveria um benefício econômico estimado em R$ 0,78/L de biodiesel produzido. Em relação à rota de produção a partir do girassol no modelo de agricultura familiar, o benefício, em um cenário B1, seria de R$ 2,22/L, mas à custa de uma remuneração média do fator trabalho 87% inferior à média do país naquele ano / Abstract: The scarcity and the growing oil prices, climate change and energy security are issues that have motivated the international community to seek alternative sources of energy; among them, biofuels have been seriously considered a relevant option in recent years. Biodiesel, which can be obtained from many crops, is a new energy source that can potentially bring environmental, economic and social benefits compared to fossil diesel oil, especially in developing countries, considering the land availability. The objectives of this thesis are the evaluation and the comparison of socioeconomic and environmental indicators and also an assessment of impacts of the main routes of biodiesel production in Brazil; in the thesis the main routes adopted between 2005 and 2010 were considered. Five routes of biodiesel production were evaluated, defined taking into account the profile of this industry in Brazil - two from soybean oil, one from beef tallow, one from cotton oil and other from sunflower oil based on family farming production. The evaluation was performed using the input-output analysis; the Brazilian economy was aggregated in 73 productive sectors and 120 commodities. Impacts and indicators were quantified regarding the level of the total output (production), jobs created (including the assessment of their wages), the value added (GDP), the energy balance and greenhouse gases emissions (CO2, CH4 and N2O). For this purpose, it was developed and implemented an input-output model based on the year 2004 (last year before starting biodiesel production in Brazil), capturing the direct and indirect effects along the entire production chain, allowing, as well, the combination of different routes of biodiesel production. For the year 2004, among the various results obtained, it is worth to mention the need of subsidies over biodiesel production, except for the production route from beef tallow. Considering the scenario in which part of the exported soybeans is driven to biodiesel production (to replace all imports of diesel oil) and its co-products, even with the need for subsidies, there would be an economic benefit estimated at R$ 0.78/L of biodiesel produced. Concerned to the production based on sunflower family farming route, the benefit in a B1 scenario would be R$ 2.22/L, but by means of an average wage 87% lower than the Brazilian average in 2004 / Doutorado / Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Caio Glauco Sánchez, Elisabete Maria Saraiva Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T23:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarinMesa_LienadelRosario_M.pdf: 3046850 bytes, checksum: d16d04046b66c91b2aa858a286e8566f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho foi feita a caracterização físico-química de três variedades de cana-de-açúcar: a cana tradicional e dois novos tipos de cana para energia, visando avaliar o potencial energético. Ensaios de pirólise foram realizados numa balança termogravimétrica e uma planta de pirólise de capacidade de 20 kg/h de alimentação. Foi realizado um balanço de massa do processo, e foram obtidos modelos matemáticos que caracterizaram o comportamento do processo de pirólise nas diferentes condições. Esses resultados permitiram avaliar tecnicamente o processo de pirólise de cana integral, comparar os rendimentos obtidos em instalações de diferentes escalas e coletar informações para posteriores estudos desta tecnologia. A comparação entre as características físico-químicas dos três tipos de cana apresentou diferenças na umidade e no teor de cinzas para as diferentes partes da cana (colmo, ponteiro e folhas). Os ensaios em balança termogravimétrica mostraram que a taxa de aquecimento tem influência significativa no rendimento dos produtos líquidos, e nos ensaios de pirólise em planta piloto de 20 kg/h de alimentação, não apresentaram diferenças significativas nos rendimentos nem nas características dos produtos. Através do balanço de massa e energia, comparou-se a eficiência energética dos três tipos de cana, quando transformada através do processo de pirólise rápida. Observou-se que a diferença entre as três variedades está na produtividade destas por unidade de área cultivada, sendo a cana para energia Tipo 2, a que apresentou maior quantidade de energia útil por hectare (3110 MJ/hec), seguido da cana Tipo 1 (2400 MJ/hec) e com menor eficiência energética a cana tradicional (Tipo 3), com 1500 MJ/hec / Abstract: This work was carried out physico-chemical characterization of three varieties of cane sugar: cane traditional and new types of sugar for energy, to evaluate the potential energy. Pyrolysis tests were performed in a thermogravimetric balance and a pyrolysis plant capacity of 20 kg / h of power. We conducted a mass balance of the process, and mathematical models were obtained that characterized the behavior of the pyrolysis process in different conditions. These results allowed us to evaluate technically the pyrolysis of cane integral, compare the yields obtained in facilities of different scales and collect information for further study of this technology. Comparison of the physicochemical characteristics of three types of cane showed differences in moisture and ash content for different parts of the cane (stem, leaves and pointer). The thermogravimetric balance tests showed that the rate of warming has significant influence on the yield of liquid products, and pyrolysis tests in a pilot plant of 20 kg / h of feeding, no significant differences in income or the characteristics of the products. Through the balance of mass and energy, compared the energy efficiency of three types of cane, when transformed through the process of fast pyrolysis. It was observed that the difference between the three varieties of these is the productivity per unit area cultivated with sugarcane for energy type 2, had the greatest amount of useful energy per hectare (3110 MJ / ha), followed by a cane type 1 (2400 MJ / ha) and less energy efficient sugarcane traditional (Type 3), 1500 MJ / ha / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Gonçalves Amarante Guimarães Pereira, Laudiene Evangelista Meyer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-20T16:23:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Toni_IsabellaMacedo_M.pdf: 5580969 bytes, checksum: 6316597533645e14651af065e8968c0a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Há no mundo um consenso sobre a necessidade de se encontrar fontes de carbono renováveis para a substituição do petróleo. O cultivo de microalgas tem sido considerado uma alternativa promissora para suprir essas cadeias carbônicas e biocombustíveis, visto que são microorganismos fotossintetizantes que podem acumular grandes quantidades de triacilglicerol (TAG) como reserva energética. A transesterificação desses TAG por alcoóis simples gera alquil-esteres, cujas propriedades são muito próximas às encontradas na composição do biodiesel. O glicerol, subproduto da produção de biodiesel, pode ser convertido em propeno, bloco de construção fundamental para a indústria petroquímica. A obtenção de TAG de microalgas requer o cultivo do microorganismo, a recuperação da biomassa do meio líquido e o processamento dessa biomassa para separação da fração lipídica. As etapas de recuperação da biomassa e obtenção da fração lipídica são estágios realmente críticos, de modo que são considerados os principais obstáculos para a viabilidade econômica da produção. A indução artificial da secreção das reservas lipídicas é uma idéia promissora que pode viabilizar a produção de lipídios por microalgas em escala industrial. Em vista disso, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de bases metodológicas para a construção de um vetor que proporcione comprometimento de das reservas lipídicas com o processo de exocitose. Alguns membros da família SNARE são responsáveis por comprometer vesículas com a via exocítica. Propriedade que pode ser artificialmente introduzida nas reservas lipídicas por meio do domínio SNARE. A busca no genoma de Neochloris oleoabundans, microalga com alto teor lipídico sequenciada por nosso laboratório, indicou 19 sequências pertencentes à família SNARE. A análise dessas sequencias indicou o gene responsável pela via exocítica. A principal forma de reserva energética de microalga são vesículas de TAG chamadas de oilbodies. Em plantas é encontrada a proteína oleosina inserida nesses oilbodies, a cuja existência relaciona-se a um aumento de óleo nas sementes. A oleosina pode ser um bom candidato para carregar o motivo SNARE para as reservas lipídicas dos oilbodies, levando-os a se fusionarem com a membrana plasmática. A necessidade de se confirmar a funcionalidade da oleosina em microalgas levou a construção de um plasmídeo contendo a ORF para oleosina fundida no mesmo quadro de leitura com uma marca visual. A construção foi adaptada para testes em Chlamydomonas reinhardtii, uma miroalga modelo. Uma marca de seleção por antibiótico foi adicionada a fim de se facilitar a busca por tranformantes. Uma vez confirmado o funcionamento da oleosina, uma construção contendo a proteína ligada ao domínio SNARE de exocitose pode ser construída para N. oleoabundans ou qualquer microalga com potencial industrial. Uma tecnologia como essa permitiria a recuperação dos lipídios diretamente do meio de cultura, eliminando etapas críticas para a produção de hidrocarbonetos em larga escala a partir de microalgas e tem potencial de aumentar a taxa de conversão da energia capturada da biomassa em óleo / Abstract: It is worldwide accepted the vital need to find renewable carbon sources to replace the use of petrol. Microalgae can storage triacylglycerol (TAG) as their major energy reservoir. Hence, culturing these photosynthetic microorganisms has been considered a promising alternative for renewable carbon sources and biofuels production. TAG transestherification produces alquil-esther, which properties are very similar to those found in biodiesel. Furthermore, a byproduct of biodiesel production is glicerol, which can be easily converted to propen, the fundamental block for petro-chemistry industry. Algal TAG production requires the cultivation of the microorganism, followed by dewatering and processing of its biomass in order to obtain the lipid fraction. These last two processes are considered critical and may be regarded as one of the primary obstacles to economic viability of production. Thus, engineered organisms that actively secrete their triacylglycerol content would afford the production of lipids by microalgae in an industrial scale. The aim of this study, therefore, is to establish methodological basis for the development of a molecular device which commits lipid reserves in the exocytosis pathway. Some proteins of SNARE family have the ability to engage their associated vesicles to exocytosis. This property can be artificially introduced into the lipid reserves through the SNARE domain. The triacylglycerol is stored in vesicles called oilbodies, which are the main energy storage in microalgae. Seed plants oilbodies contain imbibed in their membranes proteins called Oleosins, which existence was related to increase in oil reservoir. The anchoring ability of oleosins may be used to carry the SNARE motif to oilbodies, causing them to fuse with the plasma membrane. The genome of Neochloris oleoabundans, a high lipid content microalga, was sequenced by our laboratory. Genome wide analysis revealed 19 SNAREs sequences. The probable SNARE required in the exocytosis pathway and the domains were identified and characterized. Aiming to confirm the functionality of oleosin in microalgae, a plasmid containing an oleosin fused in frame with a GFP reporter was built for Chlamydomonas reinhardtii, a model microalga. An antibiotic resistance marker was added to allow efficient screening of transformed cells. Once the oloeosin function is confirmed in the model, a molecular device comprising the exocytic SNARE domain connected to an oleosin can be built. A device like this can be adapted not only for N. oleoabundans, but also to any microalgae with industrial use potential. Such technology could enable the recovery of TAG lipids directly from the culture medium and would eliminate costly stages of high-scale hydrocarbon production from microalgae. Moreover, it could potentially improve the conversion rate of energy to lipids / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Submitted by Antonio Lot (antonio.lot@uol.com.br) on 2013-06-21T18:06:54Z No. of bitstreams: 1 versao final LOT.pdf: 962135 bytes, checksum: cb292bf6076c8fe3b4e332c33c200f69 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2013-06-21T19:13:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 versao final LOT.pdf: 962135 bytes, checksum: cb292bf6076c8fe3b4e332c33c200f69 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-21T19:15:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 versao final LOT.pdf: 962135 bytes, checksum: cb292bf6076c8fe3b4e332c33c200f69 (MD5) Previous issue date: 2013-05-24 / Intellectual production and technological development is being dominated by just a few countries, and appear to be highly correlated with social and economic strength. Brazil, better known for its raw materials production than technology, has been developing unique capabilities to produce fuel ethanol for decades, and has become a technological differentiator, which is helping the country gain new recognition as an innovator. The continuous focus on vertical specialization of the Sugar & Ethanol sector could bring Brazil to a privileged position in the world market. It is affording the country to move beyond being a mere supplier to becoming a real value-add player for bioethanol produced out of lignocellulosic biomass. The objective of this study is, among others, to analyze the R&D efforts that resulted in Application and Publishing of patents by official organizations, such as: The United States Patent and Trademark Office - USPTO; The European Patent Office - EPO, and the Instituto Nacional (Brazilian) de Propriedade Industrial - INPI, on 'Second Generation Ethanol'. In addition, it will validate whether these efforts are impacting the competitive power among countries and patent applicant firms. After having searched and analyzed data from the aforementioned bureaux, calculations were made both on the application and publishing of patents about lignocellulosic bioethanol using the Herfindahl Hirschman Index - HHI and the Concentration Ratio - CR4, which are traditionally applied by regulating authorities to test antitrust risk for merger and acquisitions between parties in a certain market. This method allows evaluators to measure their competitiveness level / market concentration between enterprises during mergers, ramp-up, asset-buying or asset-selling processes. Mainly, if there is a risk that patent applicants have the possibility of controlling a market in the short-term, or if there is a risk of racing to negotiate royalties of the event in inventive new technologies which improve efficiency in the production of advanced ethanol. According to data published in the U.S. only a handful of companies are responsible for a high concentration of research efforts measured by the number of patent applications related to lignocellulosic bioethanol in North American enterprises. The success of those efforts, considering the total published patents, does not show concentration either in the USA or in the European Union. In Brazil there are not yet published patents shown on Lignocellulosic Bioethanol, and only one Brazilian firm has a published patent in the USA (USPTO). These results suggest that scientific research investments in Brazil is only producing scientific articles, papers, and academic / scientific degrees rather than publishing patents in specialized bureaux which would enable firms to capitalize on their inventions of methods, processes and formulations, abroad or domestically. This may mean either low research effort of this type of ethanol origination, or an asset loss by author / firm by not having the due compensation including human, intellectual and financial resources. The results of this study contribute to the discussion on the growing demand for production and consolidated supply chain of renewable energy sources, such as advanced ethanol based upon sugarcane by-product (bagasse), under marketable costs as an incremental raw material in the near future. The conclusions of this study will indicate the need of improvement on the production of applied knowledge and in focused efforts to guarantee intellectual property that contemplates asset return with royalties / Produção intelectual e desenvolvimento tecnológico podem diferenciar países e regiões no processo de desenvolvimento socioeconômico. No caso do Brasil, observa-se o papel energético do etanol combustível para veículos motorizados leves como um resultado importante do avanço tecnológico do país, que vai além da aptidão agroclimática. A contínua busca pela especialização tecnológica verticalizada do setor sucroenergético poderia levar o Brasil a uma posição, se não autônoma, mais confortável, não só de produtor de matéria-prima, mas de processos agregadores de valor no que diz respeito aos processos de produção de etanol de segunda geração, produzido a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo desta dissertação é analisar os esforços de P&D que resultaram em Depósitos e Publicações de patentes em órgãos oficiais como o United States Patent and Trademark Office (USPTO), o European Patent Office (EPO), e o Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), no tema etanol de segunda geração. Ainda, verifica-se se esses esforços impactam no poder concorrencial de países e firmas depositantes de patentes. Além das coletas e observações dos dados dos órgãos acima mencionados, foram calculados para os dados de depósitos e publicações de patentes no tema bioetanol lignocelulósico os índices de Herfindahl Hirschman (HHI) e a razão de concentração (Concentration Ratio) CR4, tradicionalmente utilizados para que órgãos reguladores de defesa do consumidor autorizem fusões e aquisições entre participantes de um determinado mercado. Esse método permite a observação do grau de competitividade entre as firmas depositantes de patentes no tema e a possível tendência sobre a detenção do controle em futuro próximo e a corrida para venda de royalties dos processos desenvolvidos em diferentes áreas tecnológicas para incrementar a produção industrial de etanol avançado. Os resultados indicam uma concentração elevada dos esforços de pesquisa, medidos pelos depósitos de patentes, referentes a etanol de segunda geração, em um número muito reduzido de empresas norte-americanas, quando analisada a base de dados dos EUA. O sucesso desses esforços, mensurados pela publicação de patentes, contudo, não se mostra concentrado nem nos EUA nem na União Europeia. No caso do Brasil, ainda não são encontradas publicações de patentes no tema Lignocellulosic Bioethanol, bem como apenas uma empresa brasileira possui uma patente publicada nos Estados Unidos. Esses resultados sugerem que investimentos em pesquisa científica no Brasil podem produzir mais artigos publicados e titulação acadêmica/científica que propriamente o registro de patentes em órgãos especializados em qualificar a invenção de métodos, processos ou fórmulas, dentro e fora do país. Isso pode significar tanto baixo esforço em pesquisa no assunto quanto à perda pelo autor e/ou sua instituição da oportunidade de ter seu esforço de pesquisa recompensado por meio de royalties, como compensação pela criatividade, dedicação intelectual e de recursos econômicos. Os resultados deste estudo contribuem para o debate a respeito da crescente necessidade de produção e abastecimento de fontes renováveis de energia, como o biocombustível etanol avançado à base do derivado bagaço de cana-de-açúcar, a custos mais competitivos como matéria-prima adicional e para produção incremental de etanol em futuro próximo. As conclusões do estudo indicam a necessidade do aumento na produção de conhecimento aplicado e em esforços para garantir sua propriedade intelectual, permitindo o retorno patrimonial com royalties.

Orientadores: Silvia Azucena Nebra, Maria Aparecida Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:00:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correa_JeffersonLuizGomes_D.pdf: 5939364 bytes, checksum: fa2d3b84d9cdf2724d4c2d953704c23d (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado