O biodiesel é quimicamente definido como ésteres monoalquílicos de ácidos graxos derivados de óleos vegetais, gorduras animais ou matérias graxas de descarte. O processo mais comumente empregado para a sua produção é a transesterificação catalisada por base. O controle de qualidade do biodiesel produzido é essencial para o aproveitamento deste como combustível. A Agência Nacional de Petróleo (ANP) estabelece diferentes métodos e especificações para a análise de biodiesel. A cromatografia gasosa é a técnica utilizada para a determinação de glicerol livre e ligado. Esta dissertação apresenta os resultados de dois processos de transesterificação para o óleo de soja: reação catalisada por ácido e reação catalisada por base. Os resultados foram avaliados por cromatografia gasosa de alta resolução, tendo sido demonstrado que a reação catalisada por base apresenta melhores resultados. Desenvolveu-se também nesta dissertação uma metodologia para análise de mono, di e triacilglicerídeos, como uma extensão da resolução ANP 42. A metodologia desenvolvida apresentou excelentes resultados para análises de glicerol ligado em amostra de óleos e biodiesel. / Biodiesel is chemically defined as fatty acid mono-alkyl esters derived of vegetable oils, animal fats or discarded greases. The process more commonly employed for biodiesel production is transesterification catalyzed by base. The quality control of the produced biodiesel is essential for its use as fuel. The National Agency of Petroleum (ANP) establishes different methods and specifications for the analysis of biodiesel. The proposed technique for determination of free and bonded glycerol is gas chromatography. This study presents the results of two reactions of transesterification of the soy oil: catalyzed by acid and catalyzed by base. The results were evaluated by high resolution gas chromatography, which demonstrated better results when basic catalysis was employed. A methodology for mono, di and triacylglicerides was also developed in this dissertation, as an extension of the resolution ANP 42. The developed methodology presented excellent results for bonded glycerol analyses in samples of oils and biodiesel.

A busca por alternativas ao uso de combustíveis fósseis vem se tornando cada vez mais necessária. Neste sentido, os biocombustíveis vêm se destacando por ser uma fonte de energia alternativa de grande viabilidade para o setor de transporte, maior consumidor de energia. O desafio é viabilizar a produção de biocombustíveis em larga escala, de maneira sustentável. Nesse contexto, o biodiesel apresenta-se como opção interessante para substituição/mistura ao diesel, com vantagens ambientais, pois emite menos gases como o CO, CO2 e SO2 na atmosfera. Nos últimos anos, políticas de incentivo à produção deram início à inserção do biodiesel na matriz energética nacional através do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel. Em 2005, a Lei nº. 11.097 determinou a introdução do biodiesel na matriz energética brasileira e, recentemente, fixou o valor em 7% para o percentual mínimo obrigatório de adição de biodiesel ao óleo diesel. Apesar do importante avanço proporcionado pela introdução legal do biodiesel no país, existem ainda muitas questões relacionadas à sua produção que precisam ser discutidas, tais como as diferentes condições de cultivo de matérias-primas e os diferentes processos para a obtenção do mesmo. Neste sentido o objetivo deste trabalho é analisar as matérias-primas e os processos de produção de biodiesel, bem como analisar as políticas e propor adequações para o programa de biodiesel existente, visando a sustentabilidade do biodiesel no Brasil. As análises são feitas com base no estudo de ACV da produção de biodiesel a partir das duas matérias-primas mais utilizadas no país: soja e gordura animal, contemplando as duas rotas de produção: etílica e metílica (Projeto BIOACV). Apesar da soja e da gordura animal representarem mais que 95% das matérias-primas utilizadas para a produção de biodiesel, seria importante a inserção de outras matérias-primas que possuam possibilidades de serem efetivamente incorporadas a sua produção. Entretanto, para isso, também são necessárias pesquisas adicionais e avanços tecnológicos para uma cadeia produtiva bem desenvolvida. Além disso, ainda há necessidade de resolver os gargalos na produção de biodiesel a partir de etanol. Os estímulos à pesquisa de produção de biodiesel etílico praticamente não existem mais e o uso de etanol para este fim atualmente ainda é em pequena escala. Além de apresentar dificuldades na produção, como maior consumo no processo e dificuldades na recuperação do excesso de álcool utilizado, é preciso investimentos em pesquisa e desenvolvimento para viabilizar técnica e economicamente o processo de produção de biodiesel pela transesterificação via rota etílica. / The quest for alternatives to replace fossil fuels is becoming crucial. In this sense, biofuels have stood out for being an alternative energy source with high potential for the transport sector, one of the largest consumers of energy. The challenge is not only to enable biofuel production on a large scale but also to produce biofuels in a sustainable manner. In this context, biodiesel is presented as interesting option for diesel replacement and/or admixture due to its environmental advantages since emits fewer greenhouse gases such as CO2 and SOX in the atmosphere. In recent years, polices such as the National Program for Production and Use of Biodiesel fostered the biodiesel production. In 2005, the Federal Law no. 11097 came into force and established the mandate for biodiesel in the Brazilian energy matrix and, recently, set the value at 7% for the required minimum volume of biodiesel added to diesel oil. Despite the significant advances provided by the legal framework for biodiesel introduction in the country, there are still many questions related to its production system that need to be discussed, such as the different conditions of raw material cultivation and the different production processes for obtaining the same output. In this sense the objective of this study is to analyze raw materials and biodiesel production processes and to evaluate policies so as to propose adjustments to existing biodiesel program aiming at sustainability of biodiesel production and use in Brazil. The analysis conducts a LCA study based on the main raw materials used in the country for biodiesel production: soy and animal fat. The study comprises both production routes: methyl and ethyl routes (i.e. BIOACV Project). Although soy and animal fat accounted for more than 95% of raw materials used for biodiesel production, the inclusion of other raw materials that have the potential to be effectively incorporated into biodiesel production would be important. However, for doing so, the study would require additional research on technological advances and a well-developed supply chain, which were not established during the conclusion of the study. Furthermore, there was a pressing issue that is the need on solving bottlenecks in the current biodiesel production from ethanol. On the one hand, the incentives to research on ethyl biodiesel production practically no longer exist and the use of ethanol for this purpose is still on a small scale. On the other hand, the process presents difficulties during production, such as increased consumption and difficulties in recovering the excess alcohol used. In short, it is necessary investments in research and development to facilitate technical and economic production of biodiesel by transesterification process via ethyl route.

Apesar do plano concebido pelo governo brasileiro, no qual o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB), além da produção desse combustível, atuaria como um vetor de redução das disparidades regionais, os investimentos do setor acabaram sendo direcionados para regiões com vantagens comparativas, caracterizadas por uma grande disponibilidade de soja (Centro-Oeste e Sul). Embora essa generalização esteja correta, a avaliação conduzida através desta dissertação levantou indícios de que outros fatores regionais e locais, como infraestrutura produtiva e o conjunto de incentivos oferecidos em âmbito nacional e estadual, podem ter desempenhado papel relevante para a decisão de investimentos do setor. Através de uma análise que se restringiu ao Sul do Brasil, buscou-se testar a hipótese de que, nesta região, os incentivos fiscais oferecidos pelo Rio Grande do Sul, comparados com os do Paraná, foram determinantes para que os investimentos do setor de biodiesel se concentrassem no primeiro. Para consecução desse objetivo, recorreu-se a um estudo comparativo de viabilidade financeira da instalação de uma usina de biodiesel incluindo o esmagamento nos municípios de Ponta Grossa/PR e Passo Fundo/RS. A princípio, a análise foi conduzida considerando as condições que vigoravam em abril de 2008. Sob a hipótese de ausência dos programas estaduais de incentivo fiscal, verificou-se que o investimento realizado em Passo Fundo/RS proporcionaria um retorno, mensurado através do VPL, significativamente inferior (12,5% abaixo do VPL referente à usina de Ponta Grossa/PR). Na etapa seguinte, quando os programas estaduais de incentivo fiscal foram considerados, foi possível constatar que a situação se revertia, com a usina sediada em Passo Fundo/RS proporcionando um resultado significativamente maior (12,6% acima do VPL referente à usina de Ponta Grossa/PR). Esta situação seria alterada somente em outubro de 2009, quando o governo paranaense concedeu, às usinas que se instalassem naquele estado, o direito ao crédito presumido de 50% sobre o ICMS do biodiesel. A essa altura, contudo, a indústria nacional de biodiesel não somente havia se estruturado, como também já possuía elevada capacidade ociosa. Considerando o potencial do Paraná no que diz respeito à produção e capacidade industrial para o esmagamento de soja, os resultados obtidos não permitiram rejeitar a hipótese de que, ao manter uma política fiscal parcimoniosa, este estado não se firmou como um grande produtor de biodiesel, com possíveis reflexos negativos sobre a evolução de sua capacidade de esmagamento em anos recentes. Além do estudo de viabilidade financeira, que se ateve ao ponto de vista da iniciativa privada, a dissertação também contemplou uma análise econômica (ou social). Sem levar em conta as externalidades ambientais positivas, decorrentes da substituição do óleo diesel de origem fóssil, essa última análise revelou que ambos os projetos eram inviáveis sob o ponto de vista da sociedade. Não obstante, o custo social do projeto em Ponta Grossa/PR, mensurado através do Valor Presente Líquido (VPL), seria significativamente inferior em relação ao do projeto de Passo Fundo/RS. / In spite of the plan designed by the Brazilian government, in which the National Program for Biodiesel Production and Use (PNPB), besides the production of this fuel, should act as a vector for reducing regional disparities, investments in the sector were directed to regions with comparative advantages, characterized by high availability of soybean (Midwest and South). Although this generalization is correct, the analysis conducted through this dissertation raised evidence that other regional and local factors, such as production infrastructure and the set of incentives offered by the federation and states, may have played a role in attracting the biodiesel industry investments. Through an analysis that was restricted to southern Brazil, we sought to test the hypothesis that, in this region, the tax incentives offered by the state of Rio Grande do Sul have attracted, to the detriment of Paraná, the investments of the biodiesel industry. To achieve this goal, we used a comparative financial feasibility study considering the installation of a biodiesel plant including crushing in the cities of Ponta Grossa/PR and Passo Fundo/RS. At first, the analysis was conducted considering the conditions that prevailed in April 2008. Under the assumption of absence of state tax incentive programs, it was found that the investment in Passo Fundo/RS would provide a result, measured by the Net Present Value (NPV), significantly lower (12.5% below the NPV on Ponta Grossa/PR plant). On the next step, when the state tax incentive programs were considered, it was found that the situation was reversed, with the plant based in Passo Fundo/RS providing a significantly higher result (12.6 % above NPV of the plant in Ponta Grossa/PR). This situation would be changed only in October 2009, when the Paraná government state granted, to the biodiesel plants, a tax exemption based on the ICMS (state value-added tax on the circulation of goods and services). At this point, however, the domestic biodiesel industry had not only structured, but also already had high idle capacity. Considering the potential of Paraná with regard to production and industrial capacity for soybean crushing, the results obtained did not allow rejecting the hypothesis that by maintaining a parsimonious fiscal policy, this state does not stand as a major biodiesel producer, with negative impacts on the evolution of its crushing capacity in recent years. Besides the financial feasibility study, which adhered to the private sector point of view, it was also performed an economic (or social) analysis. Without considering the positive externalities arising from the fossil diesel replacement, the latter analysis revealed that both projects were unviable from the society point of view. Nevertheless, the social cost of the project in Ponta Grossa/PR, measured by the Net Present Value (NPV) would be significantly lower than the result found for Passo Fundo/RS.

Ainda que a energia de origem fóssil predomine nos dias atuais, as fontes renováveis vêm ocupando cada vez mais um papel de destaque no mercado de energia. No Brasil, o etanol se apresenta como alternativa já consolidada e, nos últimos anos, o biodiesel passou também a possuir relevância na matriz energética nacional. Tal fato deveu-se à introdução em 2008 da obrigatoriedade legal de adição de biodiesel ao óleo diesel, e desde 2010 misturas com 5%vv de combustível de origem renovável (B5) são comercializadas no país. Diante desta imposição legal, procurou-se determinar quais os benefícios e ônus, em termos de impactos ambientais, acarretados pela adição de 5% do éster etílico de soja ao óleo diesel. Para tal objetivo, decidiu-se adotar a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) que, por apresentar uma visão sistêmica, não se restringindo à fase de uso dos combustíveis, permite identificar com maior precisão qual alternativa acarreta menor impacto para o meio ambiente. Os resultados da fase de Avaliação de Impacto indicaram que a mistura B5 de biodiesel etílico de soja, quando utilizada em um ônibus urbano da companhia Mercedes-Benz, apresenta pior desempenho ambiental que o óleo diesel em nove das treze categorias avaliadas, quais sejam: Depleção do Ozônio Estratosférico; Formação de Foto-oxidantes; Formação de Material Particulado; Acidificação Terrestre; Eutrofização de Água Doce; Ecotoxicidade Terrestre; Ocupação de Área Agrícola; Transformação de Área Natural; e Depleção de Água. Na categoria Mudanças Climáticas a mistura B5 obteve desempenho favorável, enquanto nas demais três categorias Toxicidade Humana, Ecotoxicidade em Água Doce e Depleção Fóssil ambos os combustíveis apresentaram resultados semelhantes. Voltando a comparação para o nível endpoint, no qual os impactos são expressos por meio de um indicador único, a mistura B5 obteve um desempenho ambiental inferior, uma vez que o resultado do seu indicador foi 0,2% maior que o do óleo diesel. / Although nowadays there is a predominancy of fossil energy, renewable energy sources are increasing its role in the energy market. In Brazil, ethanol is a consolidated alternative and recently biodiesel has also becoming relevant for the national energy matrix. This fact can be explained due the introduction, by legal obligation, in 2008 of the addition of biodiesel into diesel oil and since 2010 diesels blends with 5%vv of fuel from renewable sources (B5) are sold in the country market. Given this legal obligation, it was sought to determine the benefits and burdens in terms of environmental impacts caused by the addition of 5% soybean ethyl ester to diesel oil. For this purpose it was decided to adopt the Life Cycle Assessment (LCA), which offers a systemic view, not restricted to the fuel use stage, and allows to identify more precisely which alternative causes less impact to the environment. The results of the Impact Assessment phase showed that the mixture of B5 soybean ethyl ester, when used in a Mercedes-Benz\'s urban bus, presents worse environmental performance compared with diesel in nine of thirteen evaluated categories, namely: Stratospheric Ozone Depletion, Photochemical Oxidant Formation; Particulate Matter Formation; Terrestrial Acidification, Freshwater Eutrophication, Terrestrial Ecotoxicity; Agricultural Land Occupation; Natural Land Transformation, and Water Depletion. In Climate Change, the mixture of B5 soybean ethyl ester resulted in a better environmental performance, whereas in the other three categories Human Toxicity, Freshwater Ecotoxicity and Fossil Depletion both fuels presented equivalent results. In an endpoint evaluation level, which the impacts are expressed by a single indicator, the B5 mixture obtained worse environmental performance, since the result of its index was 0.2% higher than that of diesel oil.

Os efeitos do fornecimento de dietas contendo glicerina bruta foram avaliados em quatro experimentos com ovinos de diferentes categorias. Experimento 1: Quarenta cordeiros foram usados para avaliar os efeitos da inclusão de glicerina bruta sobre o desempenho, as características de carcaça e da carne e a concentração de enzimas hepáticas. As rações experimentais foram isonitrogenadas, sendo que o ajuste proteico foi realizado pela inclusão de ureia e farelo de soja. Os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10 ou 15% na MS. A adição de glicerina bruta causou efeito quadrático no CMS, CFDN, CPB, GMD e peso final. A inclusão de glicerina causou efeito quadrático para peso corporal ao abate, PCQ e PCF. Foi observado efeito quadrático para os ácidos graxos mirístico, palmítico, palmitoleico, linoleico e rumênico. A glicerina bruta demonstrou ser um bom substituto do milho em dietas com alto teor de concentrado, melhorando o desempenho e as características da carcaça dos animais quando incluída até 10% na MS. Experimento 2: Cinquenta cordeiros(as) foram usados para avaliar os efeitos da inclusão de glicerina bruta em rações com alta proporção de concentrado, sobre o desempenho, características de carcaça e parâmetros enzimáticos. As rações experimentais foram isonitrogenadas, sendo o ajuste proteico realizado pela inclusão de farelo de soja. Os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10, 15 e 20% na MS. A inclusão de glicerina bruta não afetou as variáveis de desempenho analisadas. Houve apenas efeito linear para o CMM. A glicerina bruta pode substituir o milho em até 20%, mantendo o desempenho dos animais e as características de carcaça. Experimento 3: Cinco borregos canulados no rúmen foram utilizados para avaliar os efeitos da glicerina bruta sobre os parâmetros ruminais, a digestibilidade das dietas e o metabolismo de nitrogênio. As dietas foram isonitrogenadas e os teores de inclusão de glicerina bruta foram: 0, 5, 10, 15 ou 20% na MS. Houve redução linear na ingestão de FDN e aumento linear na ingestão de MM. Houve efeito linear crescente para a digestibilidade da MS e MO. A inclusão de glicerina bruta causou redução linear no acetato, relação C2:C3, AGCC total, e aumento linear no pH ruminal. A glicerina bruta pode substituir até 20% do milho em dietas de borregos, melhorando a digestibilidade da MS e MO. Experimento 4: Cento e dezoito ovelhas com 90 dias de prenhez foram utilizadas para avaliar a inclusão de glicerina bruta em dietas de gestação e lactação. Os teores de inclusão foram 0 ou 10%. Da segunda a oitava semana foi mensurado o CMS e produção de leite das ovelhas e a ingestão de concentrado inicial dos cordeiros. A inclusão de glicerina bruta aumentou o CMM e reduziu a porcentagem de gordura no leite. A adição da glicerina bruta na dieta das ovelhas diminuiu a concentração sérica de AGNE. A inclusão de 10% de glicerina bruta na dieta de ovelhas durante a gestação e lactação não prejudica o desempenho dos animais e reduz a possibilidade de ocorrência de toxemia da gestação. / The effects of feeding diets with crude glycerin were evaluated in 4 trials using different categories of sheep. Experiment 1: Forty Santa Inês ram lambs were used to determine the effects of partial replacement of corn by crude glycerin on growth, hepatic enzymes, carcass and meat characteristics of lambs fed high-concentrate diets. The diets were isonitrogenous and the protein was adjusted by increasing urea and soybean meal. Increasing levels of crude glycerin were: 0, 5, 10 or 15%. There was quadratic effect for DMI, NDFI, CPI. ADG and final weight. There was a quadratic effect for slaughter BW and dressing percentage, but no difference on longissimus muscle area, backfat thickness and body wall thickness. There was quadratic effect for myristic, palmitic, palmitoleic, linoleic and rumenic acid. Crude glycerin is a good substitute of corn in high-concentrate diets, improving performance and carcass characteristics when included until 10% of the diet DM. Experiment 2: Fifty lambs were used to determine the effects of partial replacement of corn by crude glycerin on growth, carcass characteristics and hepatic enzymes of lambs fed high concentrate diets. The diets were isonitrogenous and the protein adjusted was performed with increased soybean meal. Increasing levels of crude glycerin were: 0, 5, 10, 15 or 20%. There was an increased in mineral matter intake. Crude glycerin can be used as a substitute for corn in high concentrate diets of ram lambs without affecting performance and carcass characteristics. Experiment 3: Five Santa Inês ram lambs, cannulated in the rumen, were used to determine the effects of using crude glycerin on ruminal constituents, diet digestibility and nitrogen metabolism. The diets were isonitrogenous and crude glycerin was included in the ration at 0%, 5%, 10%, 15% or 20% in the DM. There was linear decreased on NDF intake and a linear increase in ash intake. Feeding crude glycerin increased DM and OM digestibility. Crude glycerin decreased acetate, acetate:propionate ratio, total SCFA and showed a linear increase on pH. Replacing corn by crude glycerin up to 20% of dietary DM increased DM and OM digestibility, maintained propionate and decreased acetate and total SCFA. When soybean meal was used to adjust the diet protein level, there were no changes on nitrogen metabolism. Experiment 4: One hundred and eighteen 90 d pregnant ewes were used to determine the effects of feeding crude glycerin on performance, NEFA concentration and lamb growth. Diets were isonitrogenous and crude glycerin levels were zero or 10%. From the second until de eighth week of lactation DM intake of the ewes and starter of the lambs were measured. There was an increase on ash intake for the glycerin fed ewes. There was a decrease in milk fat percentage. Crude glycerin fed ewes showed a decrease on blood NEFA. The inclusion of 10% of crude glycerin in the diets of sheep during pregnancy and lactation had no detrimental effect on performance of ewes and lambs. Using 10% of crude glycerin decreases the chances of pregnancy toxemia in ewes.

This study presents an experimental investigation into the effects of running biodiesel fuel blends on conventional diesel engines. Bio fuels provide a way to produce fuels without redesigning any of the engine technology present today, yet allowing for green house emissions to decrease. Bio-diesel is one of these types of emerging bio-fuels, which has an immediate alternative fuel aspect to it, while providing a decrease in green house emissions, as well as a solution to recycling used Waste Vegetable Oils which are other wise disposed. This study shows how by blending bio-diesel with petroleum diesel at intervals of B5, B10, B15, and B20 decrease green house emissions can significantly while maintaining similar performance output and efficiency with respect to 100% petroleum diesel. / by Sergio Bastiani. / Thesis (M.S.C.S.)--Florida Atlantic University, 2008. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 2008. Mode of access: World Wide Web.

Recentemente, tem havido indícios de que o ser humano passou a compreender de forma mais profunda que o meio ambiente e o responsável pelo oferecimento das condições essenciais a sua sobrevivência e evolução, e a busca por alternativas energéticas mais adequadas a essa nova forma de pensar e viver tem sido parte integrante da solução para os problemas socioambientais que se mostram cada vez mais urgentes. A produção de biodiesel tem sido tema de pesquisas intensivas e o aumento no conhecimento sobre os efeitos danosos ao ambiente do uso de combustíveis fosseis como fonte de energia tem motivado a busca da viabilização do uso de biocombustíveis. O presente trabalho teve como objetivo aprimorar a tecnologia de síntese enzimática de biodiesel pela rota etílica. Utilizou-se como proposta a transesterificação do óleo de babaçu com etanol mediada pela enzima lipase em fluxo continuo empregando reator de leito fluidizado, visando aumentar a produtividade do sistema, bem como obter biodiesel com propriedades adequadas a sua utilização como biocombustível. Todos os experimentos foram realizados na ausência de solventes a 50 °C, utilizando como catalisadores a lipase microbiana de Burkholderia cepacia imobilizada em matriz de SiO2-PVA e Candida antarctica adsorvida em resina de metil-metacrilato (NovozymR 435). O reator de leito fluidizado (coluna de vidro: 12 mm × 375 mm) com recirculação foi construído e as características hidrodinâmicas foram determinadas por meio da distribuição do tempo de residência (DTR) usando teste de traçador. Para ambos biocatalisadores foram investigados os efeitos da razão molar óleo e etanol (1:5 a 1:12), tempo espacial (6 a 14 h) e carregamento de lipase (3 a 23 gramas) no rendimento de transesterificação e produtividade. Grande excesso de etanol (razão molar 1:12) e a incorporação de uma coluna empacotada com LewatitR GF202 para remover o glicerol formado como subproduto foram condições essenciais para manter uma operação estável do reator para ambos os biocatalisadores, apesar dos diferentes desempenhos obtidos. Empregando B. cepacia imobilizada em SiO2-PVA, a eficiência do reator foi limitada mesmo utilizando elevado carregamento de lipase (22,3 g). Valores máximos de rendimento de transesterificação [(53,0 } 4,8)%] e produtividade [(9,3 } 0,8)×10-6 molester/gcat/min] foram alcançados no tempo espacial de 9,3 h, revelando um tempo de meia-vida do biocatalisador de 18 dias. A viabilidade do FBR foi demonstrada usando NovozymR 435 e um desempenho superior foi alcançado com apenas 5 gramas de biocatalisador e tempo especial de 8 h, fornecendo rendimentos médios de transesterificação de (98,1 } 2,4)% e produtividade de (9,9 } 0,2)×10-5 molester/gcat/min. Nessas condições as propriedades da amostra de biodiesel foram: teor de éster de 97,1%; massa especifica a 20 °C de 872 kg/m3; viscosidade cinemática a 40 °C de 4,86 mm2/s; 1,4% em massa de monoacilglicerol e 1,0% em massa de diacilglicerol. Outros parâmetros foram estimados por modelos empíricos, visando a predição da qualidade do biodiesel do óleo de babaçu: 64 para o número de cetano; 257 para o índice de saponificação; 17 gI2/100g para o índice de iodo; e 8,5 °C negativos para o ponto de entupimento de filtro a frio. Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e contribuíram para o estabelecimento de condições reacionais e operacionais para a produção enzimática de biodiesel em reator de leito fluidizado, utilizando etanol e óleo de babaçu como materiais de partida em meio isento de solventes. / Recently there has been evidence that humans began to understand more deeply that the environment is responsible for providing the essential conditions to their survival and evolution, and the search for suitable energy alternatives to this new way of thinking and living has been an integral part of the solution to the environmental problems that are increasingly urgent. In this context, the production of biodiesel has been the subject of intensive research, because although the prospects of oil shortages have been postponed several times due to the discovery of new reserves, issues related to political and social instability of major producer countries and the increase in knowledge about the harmful effects to the environment from the use of fossil fuels as an energy source have motivated the search for the feasibility of the use of biofuels. The present study aimed at improving the enzymatic technology to produce biodiesel by ethanolysis. The transesterification of babassu oil with ethanol mediated by lipase in a fluidized bed reactor (FBR) under continuous run was used as a proposal to increase the productivity of the system as well as to obtain biodiesel having suitable properties to be used as a biofuel. All experiments were carried out in solvent-free system at 50°C and microbial lipases from Burkholderia cepacia immobilized on SiO2-PVA hybrid matrix and Candida antarctica adsorbed on methyl-methacrylate resin (NovozymR 435) were used as biocatalysts. The FBR system (glass column: 12 mm × 375 mm) with recirculation was assembled and its hydrodynamic characteristics, such as the mean residence time and variance, were evaluated through the residence time distribution (RTD) employing a pulse input. For both biocatalysts the effects of oil-to-ethanol molar ratio (1:5 to 1:12), space time (6 to 14 h) and lipase loading (3 to 23 grams) in the transesterification yield and productivity were investigated. Great excess of ethanol (molar ratio oil-to-ethanol of 1:12) and the incorporation of a column packed with LewatitR GF202 to remove the glycerol formed as a byproduct were found to be essential to maintain a stable reactor operation for both biocatalysts, although different performances were attained. Using B. cepacia lipase immobilized on SiO2-PVA the reactor efficiency was limited even for high lipase loading (22.3 g). Maximum transesterification yield [(53.0 } 4.8)%] and productivities [(9.3 } 0.8)×10-6 molester/gcat/min] were achieved at space time of 9.3 h, revealing a biocatalyst half-life of 18 days. The feasibility of the FBR was demonstrated using NovozymR 435 and enhanced performance was attained using only 5 grams of biocatalyst at 8 h space time, which provided transesterification yield of 98.1 % and productivity of (9.9 } 0.2)×10-5 molester/gcat/min. Under such conditions the biodiesel properties were as follows: ester content of 97.1%, density at 20 °C of 872 kg/m3, kinematic viscosity at 40 °C of 4.86 mm2/s, 1.4 wt% of monoacylglycerol and 1.0 wt% of diacylglycerol. Other parameters were estimated by empirical models in order to predict the quality of biodiesel from babassu oil: 64 for the cetane number; 257 for the index of saponification, 17 g I2/100g for index iodine, and - 8.5 ° C for the cold filter plugging point. The results obtained were quite satisfactory and have contributed to the establishment of operating conditions for the enzymatic production of biodiesel in a fluidized bed reactor using ethanol and babassu oil as starting materials in a solvent-free reaction medium.

O desenvolvimento sustentável é atualmente um dos maiores focos das pesquisas no mundo em virtude dos impactos ambientais, tais como aquecimento global, geração de resíduos e emissão de gases poluentes causados pelo uso de combustíveis fósseis. Deste modo, pesquisas têm sido concentradas em tecnologias que permitam a substituição de refinarias à base de petróleo por biorrefinarias que utilizam matérias-primas renováveis. Neste contexto, os fungos filamentosos surgem como um recurso promissor no desenvolvimento de novos produtos sustentáveis, entre os quais os fungos pertencentes ao filo Zigomiceto, contribuem significativamente para esse desenvolvimento e estão sendo extensivamente estudados para a aplicação em biorrefinarias, com destaque especial para os fungos do gênero Mucor. Esse gênero, particularmente da espécie Mucor circinelloides, é um potencial produtor da enzima lipase e de biomassa com quantidades significativas de lipídios (single cell oil) o que permite sua exploração no processo de produção de biodiesel. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi explorar importantes aplicações biotecnológicas da linhagem de Mucor circinelloides URM 4182, tanto para produção de lipases quanto de lipídios. O trabalho experimental realizado consolidou dados da potencialidade do fungo para produção de lipase ligada ao micélio e sua utilização como biocatalisador para obtenção de biodiesel partir de óleos vegetais alternativos, como andiroba, coco, macaúba, palma e pinhão manso. Nas condições estudadas, foram obtidos rendimentos de transesterificação entre 88% a 97% e as conversões mais elevadas foram alcançadas para os óleos láuricos sugerindo seletividade da lipase para ácidos de cadeia curta. A potencialidade da linhagem Mucor circinelloides URM 4182 foi comprovada na obtenção de lipídios em cultivos efetuados em biorreator utilizando glicose e milhocina, respectivamente, como fontes de carbono e de nutrientes alternativos aos suplementos sintéticos. Nessas condições, valores médios de produtividade biomassa (3,10 ± 0,01 g/L/dia) contendo (31 ±0,01 % m/m) de lipídios, correspondendo produtividade lipídica de (0,97 ± 0,01 g/L.dia) foram alcançados. A composição do óleo microbiano revelou elevados teores dos ácidos graxos saturados palmítico (C16:0) e esteárico (C18:0) e dos insaturados oleico (C18:1) e linoleico (C18:2), que são os ácidos graxos semelhantes aos dos óleos vegetais convencionais utilizados para a produção de biodiesel. Além disso, foram verificados teores consideráveis do ácido gama-linolênico (GLA - C18:3), que tem relevante importância nas indústrias farmacêutica e de alimentos. A esterificação e transesterificação simultâneas do óleo microbiano ou diretamente da biomassa celular com etanol mediada por catalisadores heterogêneos bioquímicos e químicos forneceram amostras de biodiesel com elevados teores de ésteres de etila (> 97%) que atendem as normas de qualidade para uso como biocombustível. / Sustainable development is now the major research focus in the world because of the environmental impacts, such as global warming, waste generation and greenhouse gas emissions caused by the use of fossil fuels. Thus, research has been focused on technologies that enables the replacement of petroleum based refineries by biorefinery based on renewable raw materials. In this context, filamentous fungi emerge as a promising resource in the development of new sustainable products, including the fungi belonging to the phylum Zigomicete which contribute significantly to this development and are being extensively studied for using in biorefineries, with particular emphasis on the Mucor sp. fungus genus. This genus, particularly from the species of Mucor circinelloides, is a potential producer of the enzyme lipase and biomass having significant amounts of lipids (single cell oil) which allows its exploitation in the biodiesel production. Thus, the aim of this study was to explore important biotechnological applications of a Brazilian strain of Mucor circinelloides URM 4182 for both production of lipases and lipids. The experimental work consolidated this fungus capability to produce mycelium bound lipase and its use as biocatalysts for biodiesel production from alternative vegetable oils such as andiroba, coconut, macaw palm, palm and jatropha. The attained transesterification yields were in the range from 88 to 97%, and the highest conversions were achieved for lauric oils suggesting that M. circinelloides lipase has high selectivity for short chain fatty acids. The capability of this strain was also proven to produce lipids at cultivation conditions established in this work using glucose and corn steep liquor, respectively, as carbon sources and alternative nutrients to the mineral supplements. Under these conditions, average values for biomass productivity (3.10 ± 0.01 g/L/day) containing high lipis levels (31.2 ± 0.01% m/m) and lipid productivity of 0.97 ± 0.01 g/L.dia were achieved. The composition of microbial oil revealed high levels of saturated fatty acids such as palmitic acid (C16:0) and stearic (C18:0) and unsaturated oleic (C18:1) and linoleic (C18:2), which are fatty acids similar to conventional vegetable oils used for the production of biodiesel. In addition, considerable levels of gamma-linolenic acid (GLA-C18:3) were also verified which has relevant importance in the pharmaceutical and food industries. The simultaneous esterification and transesterification from microbial oil or direct fungal biomass with ethanol mediated by heterogeneous catalysts (biochemical and chemical) provided samples with high levels of ethyl esters (> 97%) that meet the quality standards for using as biofuel.

A utilização de bioinseticida à base de Bacillus thuringiensis tem se mostrado eficaz no combate às larvas de insetos veiculadores de doenças como a dengue, elefantíase e malária. O bioinseticida apresenta alta especificidade, ausência de resistência nos insetos alvos e baixo impacto ambiental comparado aos inseticidas químicos. Porém, a difusão do uso de bioinseticida apresenta alguns desafios como o custo da produção e da formulação. O levedo excedente da indústria cervejeira pode tornar a produção do bioinseticida economicamente viável devido ao seu baixo custo, assim como o glicerol, resíduo da produção de biodiesel. A escolha adequada dos componentes do meio de cultivo é essencial para o sucesso de um produto e deve ser realizada buscando-se obter uma alta produtividade com o menor custo. Além disso, no caso do bioinseticida, os componentes do meio exercem uma grande influência no crescimento e na síntese de toxinas pela bactéria. No presente trabalho, propôs-se formular um meio de cultivo para Bacillus thuringiensis var. israelensis utilizando levedo de cerveja e glicerol proveniente da fabricação de biodiesel, visando obter um meio fermentado com elevada toxicidade e de menor custo, comparado aos obtidos atualmente. Inicialmente foi definido um procedimento de preparo do extrato de levedo de cerveja. Constatou-se que o melhor método consiste da esterilização da suspensão de levedo de cerveja (121 ºC por 20 minutos) seguida de filtração qualitativa. Foi definida também a faixa de concentração de extrato de levedo de cerveja que seria utilizada no estudo de composição do meio (10 g/L a 30 g/L). Os ensaios foram realizados em frascos Erlenmeyer de 1000 mL em incubadora de movimento recíproco. Os componentes do meio de cultivo (glicerol residual, extrato de levedo de cerveja, KNO3, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O, MnSO4, K2HPO4 e KH2PO4) foram avaliados segundo um planejamento experimental e, nas condições estudadas, não exerceram influência significativa sobre a produção de toxinas. Definiu-se então a composição do meio de fermentação em termos de fonte de carbono e nitrogênio. O glicerol e o extrato de levedo de cerveja não exerceram influência significativa sobre o consumo de substrato pela bactéria. Quanto à concentração celular máxima, o aumento da concentração de glicerol apresentou efeito negativo, enquanto o aumento da concentração de extrato de levedo de cerveja apresentou efeito positivo. Embora as concentrações das fontes de carbono e nitrogênio não tenham sido significativas para a atividade larvicida, a interação entre os fatores foi significativa em seu nível negativo. O melhor resultado quanto à atividade larvicida do meio foi apresentado pelo meio composto por 10 g/L de glicerol residual, 30 g/L de extrato de levedo de cerveja, 5 g/L de KNO3, 0,12 g/L de CaCl2.2H2O, 1,5 g/L de MgSO4.7H2O, 0,09 g/L de MnSO4, 1,5 g/L de K2HPO4 e 1,5 g/L de KH2PO4. Essa mesma composição de meio de cultivo foi testada em um ensaio em biorreator, obtendo-se um meio fermentado mais eficiente que o ensaio realizado em incubadora, e com CL50 de 2,43 µL. / The use of bioinsecticide based on Bacillus thuringiensis has been shown to be effective against larvae of insects able to spread diseases such as dengue, malaria and elephantiasis. The bioinsecticide has high specificity, absence of resistance in target insects and low environmental impact compared to chemical insecticides. However, there are some challenges in the way of widespread use of bioinsecticide, such as the costs of production and formulation. The surplus yeast from the brewing industry can make the production of bioinsecticide economically feasible due to its low cost, as well as the residual glycerol from the biodiesel production. The proper choice of the components of the culture medium is essential for the success of a product and must be carried out in order to obtain a high productivity at the lowest cost. Furthermore, in the case of bioinsecticide, medium components have a major influence on the growth and synthesis of toxins by the bacteria. In the present study it was proposed the formulation of a fermentation medium for Bacillus thuringiensis var. israelensis using brewer\'s yeast and glycerol from the biodiesel manufacturing, seeking to obtain a fermented broth with high toxicity and lower cost compared to those currently obtained. Initially it was defined a procedure to prepare the extract of brewer\'s yeast. It was found that the best method is the sterilization of the brewer\'s yeast suspension (121 °C for 20 minutes) followed by qualitative filtration. The range of brewer\'s yeast extract concentration to be used in the study of the medium composition was also defined (10 g/L to 30 g/L). Assays were performed in 1000 mL Erlenmeyer flasks in a reciprocal motion shaker. The components of the medium (glycerol waste, brewer\'s yeast extract, KNO3, CaCl2.2H2O, MgSO4.7H2O, MnSO4, K2HPO4 e KH2PO4) were evaluated according to an experimental design and, considering the studied conditions, they did not have significant influence on the toxin production. Thus, the composition of the fermentation medium was defined in terms of nitrogen and carbon source. Glycerol and brewer\'s yeast extract did not have any significant influence on the substrate consumption by the bacteria. For the maximum cell concentration, the increase of glycerol concentration showed a negative effect, while increasing the concentration of brewer\'s yeast extract showed a positive effect. Although the concentrations of carbon and nitrogen sources were not significant for the larvicidal activity, the interaction between such factors was significant in its negative level. The best result of larvicidal activity was shown by the following medium: 10 g/L of residual glycerol, 30 g/L of brewer\'s yeast extract, 5 g/L of KNO3, 0.12 g/L of CaCl2.2H2O, 1.5 g/L of MgSO4.7H2O, 0.09 g/L of MnSO4, 1.5 g/L of K2HPO4 and 1.5 g/L of KH2PO4. This same composition of the culture medium was tested in a bench fermenter, resulting in a more efficient fermented broth than the one obtained in shaker flask, and with LC50 of 2.43 µL.

O objetivo deste trabalho foi contribuir no desenvolvimento de técnicas para obtenção de biocatalisadores imobilizados de baixo custo e alto poder catalítico para ser empregado na síntese de biodiesel a partir de óleos vegetais pela rota etílica. Baseia-se na utilização de células íntegras de fungos filamentosos com elevada atividade lipolítica (glicerol éster hidrolase - E.C. 3.1.1.3) imobilizadas em suporte adequado. O trabalho experimental foi desenvolvido em diferentes etapas e iniciado pela triagem de linhagens de fungos adquiridas de banco de cultura nacional, com habilidade de produzir lipase intracelular em cultivo submerso. Mediante a avaliação da atividade lipolítica do micélio, foram selecionadas as linhagens dos fungos: Rhizopus oryzae (3231 e 4692), Mucor circinelloides (4140 e 4182) e Penicillium citrinum (4216) e efetuados testes de imobilização por adsorção física (in situ e extra-situ) da biomassa produzida, utilizando os seguintes suportes: espuma de poliuretano, Celite e polihidroxibutirato. Nas condições testadas, o melhor desempenho foi alcançado pela matriz de poliuretano que permitiu a retenção de elevada concentração de biomassa celular para todas as linhagens selecionadas, exceto para fungo de P.citrinum (4216). Testes adicionais de imobilização da biomassa celular na espuma de poliuretano foram efetuados, complementando desta forma, as propriedades físicas e morfológicas desse suporte e do sistema imobilizado. Os resultados indicaram que espumas de poliuretano cortadas em cubos de 6 mm foram mais adequadas para promover completa adsorção da biomassa celular produzida pelos fungos selecionados, em especial do fungo M. circinelloides 4182, que apresentou elevado poder catalítico na reação de transesterificação. Em virtude desse fato, as condições de cultivo dessa linhagem foram estudadas, mediante variação das fontes de carbono e nitrogênio, aeração e inóculo. O biocatalisador obtido nas melhores condições (atividade lipolítica= 65 U/g) foi utilizado na etanólise do óleo de babaçu e o processo foi otimizado por meio de um delineamento fatorial, avaliando-se a influência da temperatura (33 - 47C) e da razão molar entre óleo de babaçu e etanol (1:4,8 - 1:13,2) no rendimento de transesterificação. As condições otimizadas preditas pelo planejamento fatorial foram: temperatura de 35°C e razão molar etanol/óleo de 6:1, obtendo-se rendimento de 90,5% empregando 20% m/m de biocatalisador e terc-butanol como solvente. A estabilidade operacional do biocatalisador foi avaliada em reator operando em regime de bateladas consecutivas e em regime contínuo. Resultados satisfatórios foram obtidos em ambos os sistemas, entretanto o sistema contínuo evitou a dessorção do micélio do suporte, revelando tempo de meia-vida do biocatalisador superior a 20 dias. Finalmente, a influência de óleos vegetais contendo diferentes composições em ácidos graxos (andiroba, macaúba, pinhão manso e palma) foi avaliada na reação de etanólise, sendo constatado a preferência do biocatalisador na transesterificação de ácidos graxos de cadeia média, presentes nos óleos de babaçu e macaúba. De forma geral, os resultados obtidos foram promissores e demonstraram a potencialidade de células íntegras de fungos filamentosos imobilizadas na síntese de biodiesel, com destaque para o desempenho obtido pelo fungo Mucor circinelloides 4182. / The objective of this work was contributed in developing techniques to obtain immobilized biocatalysts with low cost and high catalytic activity to be applied in the biodiesel synthesis by ethanol route. It is based on the utilization of filamentous fungi whole cells with high lipase activity (glycerol ester hydrolase - E.C.3.1.1.3) immobilized in suitable support. The experimental work was developed in different ways and started by screening fungi strains acquired from National Culture Collection which has the ability to produce intracellular lipase in submerse cultivation. Through lipase activity the fungi strains: Rhizopus oryzae (3231 and 4692), Mucor circinelloides (4140 e 4182) and Penicillium citrinum (4216) were selected. Tests to evaluate the biomass immobilization by physical adsorption (in situ and extra-situ) using the supports: polyurethane foam, Celite and polyhidroxybutyrate were carried out. The best performance was attained by polyurethane matrix that allowed attain high biomass concentration for all strain fungi, except for P. citrinum (4216). Additional tests were performed to complement the physical and morphological properties of support and immobilized system. Results indicated that polyurethane foam cut in cubes 6-mm were suitable to provide full adsorption of biomass from all selected fungi strains, specially strain of M. circinelloides 4182 displayed high catalytic activity in the transesterification reaction. Consequently, cultivation conditions of this strain were studied, evaluating the carbon and nitrogen sources, aeration and inoculum level. The biocatalyst obtained under the best conditions (lipase activity = 65 U/g) was used in the ethanolysis of babassu oil and the process was optimized by experimental design. The influence of temperature (33 - 47?C) and ethanol to oil molar ratio (4.8:1 - 13.2:1) were investigated in the transesterification yield. Under the optimized conditions (35°C and oil to ethanol molar ratio 6:1) transesterification yield of 90.5% was obtained employing 20% wt. of biocatalyst and tert-butanol as solvent. The biocatalyst operational stability was assessed under consecutive batch runs and continuous system. Satisfactory results were attained in both systems, however, the continuous system avoided cells desorption from support, revealing biocatalyst half life higher than 20 days. Finally, the influence of vegetable oils with different fatty acid compositions (babassu, andiroba, macauba, Jatropha, palm) was studied in the ethanolysis reaction, being evidenced the specificity of the biocatalyst to transesterify medium chain fatty acids as presented in babassu and macauba oils. The results obtained were promise and demonstrated the potential of filamentous fungi whole cells immobilized as biocatalysts in the biodiesel synthesis, with prominence to the performance of Mucor circinelloides 4182 strain.