Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-10-14Bitstream added on 2014-06-13T19:26:18Z : No. of bitstreams: 1 souza_smr_dr_prud.pdf: 1350199 bytes, checksum: 682d6e387bd1d49898de9fd8de510257 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho tem por objetivo compreender o cenário em que se situa as políticas para a agricultura brasileira a partir das demandas do etanol ou da agroenergia. O mercado de biocombustíveis vem sendo estimulado pelas políticas públicas para contenção de mudanças climáticas, ao mesmo tempo em que é visto pelos órgãos públicos brasileiros e por empresários do agronegócio como uma grande chance para estimular o crescimento econômico nacional. O discurso da eficiência do agronegócio fundamenta uma nova representação da agricultura capitalista, o qual escamoteia a concentração de renda, de terra e de capital e os efeitos perversos para os trabalhadores e camponeses. Assim, desse trabalho é oferecer alguns elementos para a compreensão do que parece estar na base do discurso do agronegócio, do qual decorre um outro, a questão do desenvolvimento como uma das formas de controle social do capital no campo brasileiro. O fio condutor do trabalho de pesquisa está referenciado na seguinte hipótese: de que forma, o discurso, enquanto uma prática, um elemento fundante do processo de ordenamento espacial constrói um território. Associam-se, para efeito desta tese, agroenergia, história e discurso. Como metodologia os temas são examinados sob a ótica da pesquisa bibliográfica e da análise... / Este trabajo tiene como objetivo comprender el escenario que se encuentra las políticas para la agricultura brasileña de la demanda de etanol o la bioenergía. El mercado de los biocombustibles sigue siendo alentado por las políticas públicas para contener el cambio climático a la vez que es vista por los organismos públicos y empresarios de la agroindustria brasileña como un gran oportunidad para impulsar el crecimiento económico nacional. El discurso de la eficiencia de la agribusiness fundó una nueva representación de la agricultura capitalista, que bordea la concentración de la riqueza, la tierra y el capital, y los efectos perjudiciales para los trabajadores y campesinos. Así, el objetivo de esta investigación es proporcionar algunos elementos teóricos para la comprensión de lo que parece estar basado en el discurso de la agribusiness, lo que implica otra, la cuestión del desarrollo como una forma de control social del capital en el campo brasileño. La idea central del trabajo de investigación se hace referencia en la siguiente hipótesis: cómo el discurso como una práctica, es un elemento importante del proceso de construcción de un territorio. Asociase con el propósito de esta tesis, temas de la bioenergía, la historia y el discurso. La metodología de las cuestiones se examina desde el punto de vista de la literatura y el análisis... (Resumen completo clicar acceso electronico abajo)

La empresa MHIL S.A.C es una de las agroindustrias más importantes en la región San Martín, ya que procesa aproximadamente 45 toneladas diarias de arroz cáscara, y 20% del total de esta producción representa la cantidad de cascarilla de arroz almacenada. Esta proporción de biomasa no tiene alguna reutilización relevante para la mayoría de empresas de la región, por lo que son quemados y arrojados a los ríos. Por esa razón, se buscan alternativas o aplicaciones industriales para utilizar sus residuos agrícolas en diversos productos o actividades que agreguen valor a sus procesos. De esta forma, la idea de las briquetas elaboradas en base a cascarilla de arroz surge como una posibilidad de nuevos mercados para éstas empresas, no sólo por la utilización de sus sobrantes, sino también porque contribuirá a la reducción de hectáreas de árboles deforestados debido a la sustitución del uso de leña, así como también la reducción de gases contaminantes derivados de la quema de cascarilla, que tendrá como efecto, menos casos de enfermedades respiratorias en los pobladores de la región.

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El biodiesel se obtiene a nivel industrial, casi en su totalidad, a partir de aceites de semillas. Sin embargo, el incremento de la demanda energética, el uso del agua dulce y la utilización de semillas con fines alimenticios plantean la necesidad y búsqueda de nuevas fuentes de materias primas sustentables que, además, posean impactos mínimos sobre el medio ambiente. Muchas especies de microalgas, denominadas oleaginosas, han despertado gran interés como fuente potencial de lípidos neutros (LN), específicamente triglicéridos (TAG), considerados la materia prima ideal para la producción de biodiesel. Una posible estrategia para mejorar los costos de producción del biodiesel de tercera generación es la búsqueda y selección de especies nativas de microalgas que, además de producir TAG, sean capaces de sintetizar productos de alto valor agregado. Sobre la base de estos antecedentes, el objetivo general de esta tesis fue evaluar el potencial de una especie de diatomea nativa del Estuario de Bahía Blanca como materia prima para la producción de biodiesel y sustancias poliméricas extracelulares como co-productos de valor agregado, bajo un concepto de biorrefinería. Los objetivos específicos planteados fueron: 1) la identificación de la especie; 2) la optimización de técnicas para la determinación de la densidad celular, la concentración de pigmentos fotosintéticos y el contenido de lípidos neutros en cultivos a escala de laboratorio; 3) analizar el efecto de distintas condiciones ambientales (temperatura [15ºC y 20ºC], medios de cultivo [f/2, SWES, y SWES-N] y la fase estacionaria sobre parámetros de crecimiento, producción de biomasa, cantidad y calidad de lípidos y productividad lipídica con especial énfasis en la fracción de lípidos neutros; 4) evaluar el potencial de las sustancias poliméricas extracelulares liberadas por N. cincta como co-producto de valor; y 5) analizar el crecimiento de la especie en un fotobiorreactor columnar de 25L. Los estudios morfológicos con microscopios óptico y electrónico de barrido permitieron identificar a la especie en estudio como Navicula cincta, una diatomea pennada. La cepa fue depositada en el Culture Collection of Autotrophic Organism (CCALA), República Checa, bajo la denominación Navicula cincta CCALA 984. La velocidad de crecimiento de N. cincta varió entre 0,29 div. día-1 y 1,42 div. día-1, mientras que el tiempo de generación varió entre 16,8 horas y 82,5 horas. Las máximas densidades celulares (DC) fueron obtenidas con el medio SWESN. Se estableció un modelo entre la DC y la absorbancia, el cual permitió monitorear el crecimiento de N. cincta en f/2. La espectrofluorometría de la clorofila a se presentó como un método adecuado para evaluar la cinética de crecimiento y para obtener información sobre el estado fisiológico de los cultivos. La cinética de clorofila a in vivo presentó la misma dinámica que la de la DC en los tres medios de cultivo testeados. El medio f/2 resultó adecuado para producir un rápido crecimiento seguido de una fase estacionaria temprana, mientras que los medios SWES y SWES-N permitieron un crecimiento sostenido a lo largo de todo el período considerado. La relación IFR-Cel establecida entre la intensidad de fluorescencia relativa del cultivo teñido con Rojo Nilo (IFR-RN) y la DC se propone como un índice para estimar el tiempo de acumulación máxima de LN y, por lo tanto, determinar el tiempo de cosecha de la biomasa. Esta información resultó útil para cultivos llevados a cabo en medio f/2, pero no así en los desarrollados en los medios SWES y SWES-N, debido a que en éstos últimos no se detectó acumulación lipídica. El contenido de lípidos totales (LT) de N. cincta varió entre 6-40 % del peso seco libre de cenizas (% PSLC). En las condiciones de crecimiento evaluadas, los LN o TAG representaron entre un 50 % y 90% de los LT. La mayor productividad de LN fue de 10 mg. L-1. d-1 en los cultivos creciendo a 20°C en f/2 durante 10 días. Los valores más bajos de LT y LN se obtuvieron con los medios SWES y SWES-N, sugiriendo que en estos medios no hubo acumulación lipídica. Con respecto a la composición de los LN, los ácidos grasos monoinsaturados (AGMI) fueron la clase dominante representando el 53% a 60%, seguida por los ácidos grasos saturados (AGS) que constituyeron entre el 22% a 28%. Una excepción a este patrón ocurrió en los cultivos en SWES-N, donde los contenidos de AGMI y AGS de la fracción neutra fueron similares (39% y 38%, respectivamente). Los ácidos grasos poliinsaturados (AGPI) fueron la fracción minoritaria en todos los casos testeados. El perfil de ácidos grasos de la fracción neutra fue similar en todas las condiciones de cultivo testeadas. Los principales ácidos grasos fueron los ácidos palmítico (16:0), palmitoleico (16:1 (n-7)) y eicosapentaenoico (20:5 (n-3)). En relación a los parámetros de calidad del aceite, el índice de Yodo y el contenido de ácido linolénico estuvieron dentro de los límites establecidos por el estándar de calidad europeo EN14214. Estas características permiten inferir que los aceites de N. cincta se presentan como una materia prima adecuada para la producción de biodiesel. En las cinéticas de nutrientes se pudo observar una limitación de fósforo y sílice en el medio f/2, durante la fase estacionaria. En los medios SWES y SWES-N, los nutrientes no alcanzaron valores limitantes para el crecimiento, lo cual se visualizó en un incremento sostenido en la DC y en la baja acumulación de LN. Las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) de N. cincta fueron clasificadas en EPS solubles (EPS-S), EPS levemente unidos a la célula (EPSLU) y EPS fuertemente unidos (EPS-FU) a la célula. Las cinéticas de producción de las mismas fueron analizadas en los tres medios de cultivo. Los EPS-S fueron el principal constituyente en los medios f/2 y SWES (77% y 86% de los EPS totales, respectivamente), mientras que en SWES-N representaron la tercera parte del total de EPS. La producción media de los EPS-S estaría relacionada con las relaciones estequiométricas N/P. En general, los EPS-FU fueron más abundantes que los EPS-LU y esto podría estar asociado al hábito bentónico de la especie. La composición de monosacáridos neutros de los EPS-S fue similar a la de los EPS-FU. Sus principales componentes fueron xilosa, manosa y N-acetilglucosamina. Los EPS-LU estuvieron mayormente constituidos por galactosa y glucosa. La relación carbohidrato:proteína y la identificación de la N-acetilglucosamina y la N-acetilgalactosamina sugieren la presencia de proteoglucanos y/o glicoproteínas en los EPS. Navicula cincta fue cultivada en un fotobiorreactor columnar con medio SWESN y con CO2. Los cultivos presentaron una fase exponencial, estacionaria y una de disminución celular, no detectada a escala de laboratorio. La producción de biomasa fue de 319 mg. L-1. La cinética espectrofluorométrica del Rojo Nilo evidenció acumulación de LN durante la fase estacionaria. El contenido de LT fue de 32 % PSLC, representando los LN un 81 % de los LT. La productividad de los LN fue de 51 mg. L-1.d-1. Con respecto a la composición de ácidos grasos de los LN, el porcentaje de AGMI fue de 51%, mientras que los de AGS y AGPI fueron de 32% y 16%, respectivamente. Los principales ácidos grasos fueron los ácidos palmítico, palmitoleico y eicosapentaenoico. De acuerdo con los resultados obtenidos, se puede concluir que la microalga oleaginosa Navicula cincta puede ser considerada como una especie potencialmente útil para la producción de biodiesel. Además, la producción simultánea de TAG para biodiesel y de EPS como co-producto, bajo un contexto de biorrefinería, se presenta como una propuesta novedosa para ser aplicada en cultivos energéticos sustentables. / Biodiesel is obtained at industrial level almost entirely from seed oils. However, factors like increasing of the demand of energy, freshwater use and the utilization of seeds for food purposes suggest the need and search for new sources of sustainable and alternative feedstocks, which have minimal impacts on the environment. Many species of microalgae, called oleaginous, have raised great interest as a potential source of neutral lipids, specifically triglycerides (TAG), which are considered the ideal feedstock for biodiesel production. A possible strategy for improving the cost of production of thirdgeneration biodiesel is the search and selection of microalgae native species that can produce TAG and could be able to synthesize valuable co-products. On the basis of previous background, the objective of this thesis was to evaluate the potential of a native diatom from Bahía Blanca Estuary as raw material for both biodiesel production and extracellular polymeric substances as valuable co-products, under a concept of biorefinery. The specific objectives were: 1) to identify the species; 2) to optimize different techniques for the determination of cell density, the photosynthetic pigment concentration and the content of neutral lipids in cultures at laboratory scale; 3) to analyse the effect of different environmental conditions (temperature [15°C and 20°C], culture media [f/2, SWES, SWES-N] and stationary phase) on growth parameters, biomass production, lipid quantity and quality and lipid productivity, with particular emphasis on neutral lipid fraction; 4) to evaluate of the potential of the extracellular polymeric substances released by N. cincta as an added value coproduct; 5) to analyse the growth of the species in a 25L columnar photobioreactor. Both morphological studies with optical and scanning electronic microscopes allowed identifying the studied strain as Navicula cincta, a pennate diatom. The strain was deposited in the Culture Collection of Autotrophic Organism (CCALA), Czech Republic, under the name Navicula cincta CCALA 984. The growth rate of N. cincta ranged between 0,29 div. día-1 and 1,42 div. día-1, while the time of generation ranged between 16,8 hours y 82,5 hours. The maximum cell densities (CD) were obtained with the SWES-N medium. A model between the CD and the absorbance was established. It allowed monitoring the growth of N. cincta in f/2. The spectrofluorometry of chlorophyll a was presented as an adequate method to evaluate the kinetic of growth and to give information about the physiological state of the cultures. The kinetic of the chlorophyll a in vivo presented the same dynamic as the CD in the three culture media tested.The f/2 medium was suitable for producing a rapid growth followed by an early stationary phase. Moreover SWES and SWES-N media allowed a sustained growth along the all considered period. The relationship IFR-Cel established between the relative fluorescence intensity of Nile Red dyed culture (NR-RFI) and the DC was proposed as an index to estimate the maximum neutral lipids accumulation time and, consequently, to determine the biomass harvesting time. This information was useful for cultures performed in f/2 medium, but this index was not useful for the culture developed in SWES or SWES-N media, because in these media lipid accumulation was not detected. The total lipid content (TL) of N. cincta varied between 6- 40% of ash-free dry weight (% of AFDW). Under growing conditions evaluated, the NL or TAG represented between 50% and 90% of TL. The highest NL productivity was 10 mg. L-1.d-1 in culture growing at 20ºC in f/2 medium for 10 days. The lowest values of TL and NL were obtained with SWES-N and SWES, suggesting that, in these culture media, there was not lipid accumulation. Respect of the composition of LN, monounsaturated fatty acids (MUFA) were the dominant class representing from 53% to 60%, followed by saturated fatty acids (SFA) that they constituted from 21% to 28%. An exception of this pattern occurred in SWES-N culture, where the contents of MUFA and SFA of NL were similar (39% and 38%, respectively). Polyunsaturated fatty acids (PUFA) were the minority fraction in all tested cases. The fatty acid profile of the neutral fraction was similar under all evaluated culture conditions. The main fatty acids were the acids palmitic (16:0), palmitoleic (16:1 (n-7)) and eicosapentaenoic (20:5 (n-3)). Regarding to oil quality parameters, iodine index and content of linolenic acid were within the limits established by European quality standard EN14214. These features allowed inferring that the oils of N. cincta constitute a suitable feedstock for biodiesel production. In the kinetics of nutrients could be observed a limitation of phosphate and silicate in f/2 medium, during early stationary phase. In the SWES and SWES-N media, nutrients did not reach limiting values for growth, which was visualized in a sustained increase of DC and lower accumulation of LN. Extracellular polymeric substances (EPS) of N. cincta were classified into soluble EPS (S-EPS), cell loosely bound EPS (LB-EPS) and cell tightly bound EPS (TB-EPS). The kinetic of production of these was analyzed in the three culture media. The EPS-S was the major component in both f/2 and SWES media (77% and 86% of the total EPS, respectively), while in SWES-N it was a third of the total EPS. The average production of EPS-S would be related to stoichiometric ratios N / P. In general, the TB-EPS were more abundant than the LB-EPS and this could be associated with the benthic habit of the species. The S-EPS and TB-EPS neutral monosaccharide composition was similar. Their main components were xylose, mannose and N-acetylglucosamine. The LB-EPS was largely constituted by galactose and glucose. The carbohydrate:protein ratio as well as the identification of N-acetylgalactosamine and N-acetylglucosamine suggest the presence of proteoglycans and/or glycoproteins in the EPS. Navicula cincta was grown in a columnar photobioreactor with SWES-N and CO2. The culture exhibited exponential phase, stationary phase and cell decreased phase that was not detected at laboratory scale. Biomass production was 319 mg. L-1. The kinetic of the spectrofluorometry of Nile Red showed accumulation of LN during stationary phase. The content of TL was 32 (% AFDW), being the NL 81% of TL. The NL productivity was 51 mg. L-1.d-1. In regard to fatty acid composition of NL, MUFA percentage was 51%, while the SFA and PUFA were 32% and 16%, respectively. The main fatty acids were the acids palmitic, palmitoleic and eicosapentaenoic. According to the obtained results, it is concluded that the oleaginous microalgae Navicula cincta can be considered as a potentially useful species for production of biodiesel. In addition, the simultaneous production of TAG for biodiesel and EPS as co-product, under a biorefinery context, is presented as a novel proposal to be applied in sustainable energetic cultures.

La producción de biocombustibles a partir de microalgas ha recibido gran interés en las últimas décadas, en respuesta a la creciente crisis energética y el cambio climático. La factibilidad económica para el desarrollo de biocombustibles a partir de microalgas se ve comprometida por los altos costos y consumos energéticos que las correspondientes operaciones requieren. Debido a esto, la producción de coproductos de alto valor agregado resulta atractivo para mejorar la economía y viabilidad de una biorrefinería basada en microalgas. En la presente tesis se propone la formulación de modelos de programación matemática avanzada para el diseño óptimo y la optimización de plantas completas para la producción de biodiesel y otros productos de alto valor. En primer lugar, se propone un modelo de programación no lineal para la optimización de una biorrefinería basada en microalgas para producción de biodiesel, en la que se incluyen unidades de generación de energía a partir de corrientes residuales. En este sentido, el modelo propuesto incorpora restricciones de operación de digestores anaeróbicos, ya que los mismos presentan resultados viables solo bajo ciertas condiciones. Los resultados obtenidos permiten visualizar la factibilidad en cuanto a la reducción de consumo de energía a partir de fuentes fósiles y de suministro de nutrientes de manera externa, con la implementación de unidades de biodigestión anaeróbica y posterior transformación del biogás producido. A continuación, se formulan problemas de programación mixto entera no lineal para la determinación de la configuración óptima de una biorrefinería para la producción de biodiesel a partir de microalgas bajo criterios de optimización económica (maximización del valor presente neto de la biorrefinería propuesta). Asimismo, se lleva a cabo un estudio de riesgo tecnológico sobre las diferentes alternativas de proceso analizadas. La incorporación de coproductos de alto valor agregado en biorrefinerías integradas, supone una mejora en la factibilidad económica para la producción de biocombustibles de tercera generación. En ese marco, se formula un modelo de diseño óptimo de una biorrefinería en base algal para la producción de biodiesel y coproductos de alto valor (biopolímeros y nutraceúticos) como un problema de programación mixto entera no lineal. Los resultados numéricos permiten determinar la viabilidad económica del proceso. Un estudio de sensitividad posterior revela los principales factores que afectan el valor presente neto del proyecto. Por último, se formula un problema de diseño óptimo para una biorrefinería integrada para la producción de astaxantina, un nutracéutico de alto valor. La idea es implementar procesos “verdes”, que colaboren en mitigar las problemáticas actuales en cuanto a la escasez de recursos hídricos, la necesidad de producción de alimentos y el alto consumo energético a partir de fuentes fósiles. Estos factores son tenidos en cuenta como restricciones del problema de diseño. A su vez, se lleva a cabo un estudio de la implementación de la biorrefinería a nivel local. En síntesis, bajo el concepto de “Nexo agua-alimentosenergía”, el modelo desarrollado para la producción de astaxantina permite el diseño de procesos amigables con el medio ambiente, autoabastecidos y económicamente atractivos. / Biofuels production from microalgae has attracted attention in recent decades, in response to the growing energy crisis and climate change. The economic feasibility for the development of microalgae biofuels is compromised by high investment and operational costs as well as energy consumption. The production of value added co-products results an attractive alternative to improve the microalgae-based biorefinery economy and viability. Advanced mathematical programming strategies are applied in this thesis for the optimal design and optimization of facilities for the production of biodiesel and high added-value products. A nonlinear programming model is proposed for the optimization of a microalgaebased biorefinery for biodiesel production, with the inclusion of energy generation units from waste streams. In this sense, the proposed model includes operating constraints of anaerobic digesters, since they present viable results only under certain conditions. Numerical results show the feasibility of reducing energy consumption from fossil sources and the supply of nutrients externally, through the implementation of anaerobic biodigestion units and the subsequent transformation of the produced biogas. Mixed integer nonlinear programming models are formulated to determine the optimal configuration of a biorefinery for the production of biodiesel from microalgae under economic optimization criteria (net present value maximization). Likewise, a technological risk study is carried out on different process alternatives. The incorporation of high added-value co-products within integrated biorefineries implies an economic feasibility improvement for the production of third generation biofuels. In this framework, a mixed integer nonlinear problem for the optimal design of an algae-based biorefinery is formulated. Not only biodiesel production is considered but also high added-value co-products (biopolymers and nutraceuticals). Numerical results show the economic viability of the process. Subsequent sensitivity analysis determines relevant parameters affecting net present value. Finally, an optimal design problem is formulated for an integrated biorefinery for the production of the high value nutraceutical astaxanthin, under the concept of "green" processes. Issues like scarcity of water resources, food production and high energy consumption from fossil sources are taken into account as constraints within the proposed model. Also, a study on the implementation of the integrated biorefinery at local level is carried out. Results allow the design of environmentally friendly processes, self-sufficient and economically attractive, under the concept of "Water-Food-Energy Nexus".

En la presente tesis se aborda el estudio y aplicación de herramientas de análisis de ciclo de vida y estrategias de programación matemática avanzada para la producción sustentable de energía y de productos químicos. En este sentido, se describen los principales enfoques de análisis de ciclo de vida y de optimización, como así también su integración en el marco de optimización multiobjetivo. En primer lugar y aportando a la producción de biocombustibles, se lleva acabo análisis de ciclo de vida de la producción de biodiesel a partir de aceite de Jatropha curcas, que puede ser cultivado en zonas marginales, sin competencia con los cultivos para alimentación. Se aplica el método ReCiPe, que considera dieciocho categorías de impacto intermedias y tres categorías de punto final de daño. Se comparan escenarios de siembra óptimos para este cultivo energético (granja existente), sin requerimientos adicionales a la tierra, y escenarios posibles que requieren riego y el uso de fertilizantes, en el norte de Argentina. A continuación, se aborda el análisis de ciclo de vida de derivados de combustibles fósiles. En la primera etapa se lleva a cabo un estudio sobre el sector criogénico de una planta de procesamiento de gas natural. El trabajo de esta tesis se completa con la optimización económica y ambiental de las operaciones de un complejo petroquímico a gran escala, basado en gas natural. El complejo incluye plantas de procesamiento de gas natural, de producción de etileno y diversos tipos de polietileno, de PVC, de amoníaco y urea. El problema se aborda mediante la formulación de problemas multiobjetivo multiperíodo, donde la función objetivo económica es el beneficio neto del complejo y la función objetivo ambiental es el potencial de calentamiento global. Se obtiene una curva Pareto y, posteriormente, se determinan los valores para las categorías intermedias de impacto y las categorías de punto final de daño para los casos de máximo beneficio neto y de mínimo potencial de calentamiento global. Se comparan también los impactos de daño final entre los extremos de la curva Pareto. Los resultados muestran que cambios tales como el medio de transporte de algunos productos pueden introducir mejoras en el impacto ambiental, con pequeñas disminuciones del beneficio neto. / This thesis addresses the study and application of Life Cycle Analysis (LCA) and advanced Mathematical Programming for the sustainable production of energy and chemical products. In this sense, main LCA approaches are presented, as well as their integration with mathematical programming algorithms within a multiobjective optimization framework. As a first step and focusing on biofuel production, an LCA study is carried out for biodiesel production based on Jatropha curcas oil in Argentina. This energy crop can be cultivated in marginal areas, not competing with food crops. The LCA method we apply is ReCiPe, which considers eighteen intermediate impact categories that are finally aggregated into three final damage categories. In this work, two scenarios are compared for a cradle to gate analysis, one considering optimal lands and climate for Jatropha curcas cultivation (an existing farm in the north of Argentina) and a hypothetical case requiring irrigation and the use of fertilizers. The rest of this thesis work addresses LCA analysis on fossil fuel derivatives. First, LCA is performed on the cryogenic sector of a natural gas processing plant. The second step is the economic and environmental optimization of the operations of a large-scale petrochemical complex based on natural gas. The site includes natural gas processing plants, ethylene polyethylene, PVC, ammonia and urea plants. The problem is formulated as a multiobjective multiperiod optimization model where the economic objective function is the net benefit for the entire complex and the environmental one is the global warming potential (GWP). A Pareto curve is obtained, and the eighteen ReCiPe intermediate impact categories and the three end point damage categories are compared for both extremes of the Pareto curve. Numerical results show that small changes, such as transported amounts of products in the different transportation means, can provide significant decrease in GWP, with a slight decrease in the net benefit.

La selección de solventes para procesos de separación resulta desde hace mucho tiempo un problema de gran relevancia para las industrias química, petroquímica, farmacéutica, alimenticia, etc., y ha dado origen a áreas de investigación y desarrollo, como la del Diseño Molecular de Solventes. Una familia de problemas de separación de gran interés está vinculada a la separación de productos derivados de la hidrólisis de biomasa lignocelulósica debido a que una gran cantidad de estos compuestos resultan inhibidores de la actividad de enzimas y microorganismos involucrados en el proceso de fermentación alcohólica. En general, la extracción con solventes de estos compuestos es una alternativa factible para el proceso de detoxificación. En particular, el problema de extracción líquido–líquido posee características especiales debido a que en este caso el producto de interés es el refinado (caldo de fermentación) y no el extracto. El extracto obtenido es una mezcla de compuestos parafínicos, heterocíclicos y aromáticos que provienen fundamentalmente de la degradación de la lignina y de la hemicelulosa. En consecuencia la selección de solventes es complicada por el gran número y variedad de los compuestos que deben ser recuperados y por la necesidad de una eficiente recuperación del solvente tanto del extracto como del refinado. Por otra parte el solvente seleccionado debe ser compatible con las restricciones ambientales actuales. En esta tesis se enfrenta el problema de búsqueda y selección de solventes para el proceso de detoxificación en biorrefinerías estudiando la combinación de un enfoque de diseño molecular asistido por computadoras, basado en el análisis de estructuras moleculares y de las interacciones entre grupos, con una sistematización de la evolución del comportamiento de fases de series de compuestos con miembros de distintas familias moleculares. Debido a la presencia de la gran cantidad de compuestos asociativos contenidos en la mezcla proveniente del hidrolizado de material lignocelulósico, se desarrolló una plataforma computacional para la estimación de propiedades de mezcla, acoplada al algoritmo de síntesis de estructuras moleculares, basada en el modelo termodinámico AUNIFAC. Considerando la gran variedad de compuestos aromáticos inhibidores de la fermentación, se extendieron las reglas de combinación y de factibilidad en la síntesis de estructuras moleculares ramificadas a la familia de compuestos aromáticos. Además, en esta tesis se amplió el rango de condiciones a cubrir por los modelos a contribución grupal utilizados y se mejoró la capacidad predictiva de propiedades físicas de compuestos puros. Finalmente, desarrolló una nueva metodología de diseño y selección de solventes para llevar a cabo síntesis orgánicas. / Solvent selection for separation processes has been from a long time a problem of great relevance for chemical, petrochemical, pharmaceutical, food industry, etc., and it has given rise to research and development like Molecular Design of Solvent. A very important family of separation problems is linked to the separation of biomass products derived because a large amount of these compounds are enzymes and microorganisms activity inhibitors involved in the fermentation processes. Generally, extraction with solvents of these compounds is a feasible alternative for the detoxification process. In particular, the liquid-liquid extraction problem has special features because in this case the interest product is the refined (fermentation broth) and not the extract. The extract obtained is a mixture of paraffinic, heterocyclic and aromatic compounds originating from the degradation of lignin and hemicellulose. Consequently the selection of solvents is complicated by the large number and variety of compounds to be recovered and by the need of an efficient solvent recovery from both extract and refining. In addition, the selected solvent must be compatible with current environmental restrictions. This thesis addresses the problem of solvents selection for the detoxification process in biorefineries studying the combination of a computer-aided molecular design approach, based on the analysis of molecular structures and interactions between groups, with a systematization of the evolution of the phase behavior of compounds series with members of different molecular families. Due to the large amount of associative compounds in the hydrolysate, a computational platform was developed for estimating properties of mixture, coupled to molecular structures synthesis algorithm, based on the A-UNIFAC thermodynamic model. Considering the large variety of aromatics inhibitors, the combination and feasibility rules in the synthesis of branched molecular structures were extended to the family of aromatic compounds. Furthermore, in this thesis the range of conditions to cover by the group contribution models used was extended and the predictive ability of physical properties of pure compounds was improved. Finally, we developed a new methodology of molecular design and selection of solvents to carry out organic synthesis.

La excesiva dependencia del petróleo en nuestra sociedad, un recurso natural no renovable, ha provocado en los últimos años un interés creciente en los biocombustibles. Esto se ha traducido principalmente en un impulso en la investigación de las tecnologías destinadas en convertir los recursos vegetales en combustibles. Sin embargo, las fuentes de biocombustibles compiten generalmente en recursos (tierra y agua) con los cultivos destinados a la alimentación, siendo imprescindible la búsqueda de cultivos energéticos sostenibles y con pocos requerimientos de riego y fertilización. El látex es un líquido blanco y viscoso de composición similar a la del crudo de petróleo (compuestos hidrocarbonados), el cual puede convertirse en combustible utilizando las instalacions de las refineries convencionales. Las plantas laticíferas son abundantes en el entorno mediterráneo, y por tanto muy adaptadas a condiciones climáticas semiáridas. En los años 70, Melvin Calvin inició una investigación sobre diversas plantas del género Euphorbia, con el propósito de averiguar el rendimiento potencial en producción de látex. En la presente tesis doctoral, se ha seleccionado E. characias por su composición química y características agronómicas, de entre diversas especies potenciales bioenergéticamente de plantas laticíferas de la zona mediterránea. De esta especie se ha estudiado su rendimiento potencial en Kg ha-1 de látex en distintas condiciones edafológicas, de riego y de salinidad, para determinar cuáles son las condiciones óptimas de cultivo de esta planta y como reacciona frente a condiciones adversas. Los resultados han mostrado que E. characias podría proporcionar una producción de 5600 Kg ha-1 de materiales transformables en combustibles, de los cuales 1300 Kg ha-1 corresponderían a compuestos hidrocarbonados del látex, y 4300 Kg ha-1 serían carbohidratos fácilmente fermentables en etanol. Puesto que se trata de una planta muy adaptada al entorno mediterráneo, consideramos que E. characias es un candidato potencial como fuente de cultivo energético eficiente y sostenible. / Escrig Aparici, P. (2014). Estudio de las plantas laticíferas como potenciales cultivos energéticos para clima semiárido [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38617 / TESIS

En el presente estudio se pretende realizar un estudio experimental de la viabilidad de la deshidratación de etanol en una columna de destilación azeotrópica en continuo a escala semi-planta piloto empleando distintas mezclas de hidrocarburos componentes de la gasolina con el fin de obtener una mezcla etanol - gasolina directamente utilizable como combustible. Se llega a la conclusión de que la deshidratación de etanol mediante destilación azeotrópica con gasolina o sus componentes para obtener directamente una mezcla gasolina + etanol es un proceso técnica y económicamente viable. Sin embargo, su simulación teórica es difícil por la falta de modelos termodinámicos que calculen con precisión los datos de equilibrio necesarios, especialmente en las proximidades del punto de pliegue. En principio, parece más adecuada la implantación de este proceso dentro de las refinerías de petróleo en vez de en las empresas fabricantes de bioetanol las cuales se dedicarían exclusivamente a la obtención de etanol del 96%. De este modo se podría aprovechar el alto conocimiento que las refinerías tienen de la destilación así como de su facilidad de disponer de combustibles más económicos obteniéndose así un mayor descenso en los costes.

Orientador: Antonio Thomaz Júnior / Banca: Marcelo Rodrigues Mendonça / Banca: Eguimar Felicio Chaveiro / Banca: Bernardo Mançano Fernandes / Resumo: Este trabalho tem por objetivo compreender o cenário em que se situa as políticas para a agricultura brasileira a partir das demandas do etanol ou da agroenergia. O mercado de biocombustíveis vem sendo estimulado pelas políticas públicas para contenção de mudanças climáticas, ao mesmo tempo em que é visto pelos órgãos públicos brasileiros e por empresários do agronegócio como uma grande chance para estimular o crescimento econômico nacional. O discurso da eficiência do agronegócio fundamenta uma nova representação da agricultura capitalista, o qual escamoteia a concentração de renda, de terra e de capital e os efeitos perversos para os trabalhadores e camponeses. Assim, desse trabalho é oferecer alguns elementos para a compreensão do que parece estar na base do discurso do agronegócio, do qual decorre um outro, a questão do desenvolvimento como uma das formas de controle social do capital no campo brasileiro. O fio condutor do trabalho de pesquisa está referenciado na seguinte hipótese: de que forma, o discurso, enquanto uma prática, um elemento fundante do processo de ordenamento espacial constrói um território. Associam-se, para efeito desta tese, agroenergia, história e discurso. Como metodologia os temas são examinados sob a ótica da pesquisa bibliográfica e da análise... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Resumen: Este trabajo tiene como objetivo comprender el escenario que se encuentra las políticas para la agricultura brasileña de la demanda de etanol o la bioenergía. El mercado de los biocombustibles sigue siendo alentado por las políticas públicas para contener el cambio climático a la vez que es vista por los organismos públicos y empresarios de la agroindustria brasileña como un gran oportunidad para impulsar el crecimiento económico nacional. El discurso de la eficiencia de la agribusiness fundó una nueva representación de la agricultura capitalista, que bordea la concentración de la riqueza, la tierra y el capital, y los efectos perjudiciales para los trabajadores y campesinos. Así, el objetivo de esta investigación es proporcionar algunos elementos teóricos para la comprensión de lo que parece estar basado en el discurso de la agribusiness, lo que implica otra, la cuestión del desarrollo como una forma de control social del capital en el campo brasileño. La idea central del trabajo de investigación se hace referencia en la siguiente hipótesis: cómo el discurso como una práctica, es un elemento importante del proceso de construcción de un territorio. Asociase con el propósito de esta tesis, temas de la bioenergía, la historia y el discurso. La metodología de las cuestiones se examina desde el punto de vista de la literatura y el análisis... (Resumen completo clicar acceso electronico abajo) / Doutor