Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelle Malaggi.pdf: 1871937 bytes, checksum: 708cbc506e559db0a8985159cef6e037 (MD5) Previous issue date: 2014-07-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The current paper had as an objective to calculate the amount of biogas being made by the Brazilian chicken slaughter companies and the biogas capacitance for producing energy. Some of the substantial data from this paper was gathered in partnership with a poultry agroindustry that served as standard basis. The company has a daily cull of 266 thousands chickens a day, with a treatment system based on the Canadian bio digestive model, which through anaerobic degradation produces biogas as a result. The chicken slaughter industry produces an average of 743,77 m3.day-1 of biogas meaning that, it generates 2,78 m3.day-1 per slaughtered animal. Which its electricity production is of 1,47 kWh. With this data and other ones taken from relevant readings, we were able to calculate that Brazil has a capability of producing 39.335,44 thousands m3.day-1 of biogas and generating 57.823,11 kWh of electricity. Proving to be possible the use of agro industrial residues to generate the agro energy, helping and relieving the Brazilian electric energy system, which is currently on a critical situation. / O presente trabalho teve como objetivo estimar a produção de biogás proveniente das indústrias brasileiras de abate de frangos e a capacidade de produzir energia por meio do biogás. Alguns dos dados base foram obtidos junto a uma agroindústria avícola que serviu como referência. A empresa possui um abate médio de 266 mil frangos por dia, com sistema de tratamento de efluentes baseado no biodigestor modelo canadense, o qual através da degradação anaeróbia produz o biogás como resultado final. A indústria de abate de frangos produz em média 743,77 m3.dia-1 de biogás ou seja, gera 2,78 m3.dia-1 por animal abatido. O valor médio para a conversão em eletricidade é de 1,47 kWh por m3 de biogás. Com este dado e outros obtidos em literaturas pertinentes, conseguiu-se estimar que o Brasil possui capacidade para gerar 39.335,44 mil m3.dia-1 de biogás e de produzir 57.823,11 kWh de energia elétrica. Provando ser possível utilizar resíduos de agroindústrias para gerar a agroenergia, assim auxiliando e aliviando o sistema elétrico brasileiro, o qual se encontra em crise.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andriele Rimoldi Mello.pdf: 2169500 bytes, checksum: 69dd116fda2a458d79dafbb36bfe9560 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study aims to evaluate the energy potential of biogas generated in Brazilian landfills that receive municipal solid waste of populations between 100,000 and 20 million inhabitants for generation and sale of electricity. The literature review presents the main concepts related to the subject matter, dealing with energy issues, municipal solid waste and its disposal in landfill, the generation and use of biogas, energy sales coming from biomass, among others. The methodology presents calculation procedures adopted in order to achieve specific objectives. The quantification of the generated biogas was performed according to the model suggested by the IPCC and this information was made other calculations of methane recovery rate, potential for electricity generation cost of electricity generation from landfill biogas and analysis the economic viability of the investment in biogas energy exploitation projects. The organization of these calculations was made by two studies considering the capacity served by landfills and the power available for sale. Study 1 refers to landfills with capacity for between 100,000 and 4,000,000 inhabitants, with power generation up to 5,000 kW and can market the energy generated by means of compensation. The study covers two populations between 5,000,000 and 20,000,000 inhabitants and power from 1,000 kW to 30,000 kW, whose marketing of energy should be made in free trading environments or regulated trading environments. Landfills with power of 1,000 kW and 5,000 kW can market the energy of both forms. The results show great generation of methane for all studied capabilities, higher than in scenarios with higher recovery rate and population served. The energy potential showed better results for cases with greater recovery of methane and conversion efficiency with sufficient quantity to produce energy. The generation cost decreased with increased capacity due to economies of scale, ranging from $ 0.10 per kWh to $ 0.03 kWh. Both studies demonstrate economic viability and attractiveness in all projects from 100 thousand inhabitants, ensuring return on investment in no more than 13 years. Where the marketing of energy can be made either by compensation for the contracting environments, the first alternative was more advantageous, providing a greater return on investment in a shorter period. Finally, the study achieved its objectives with favorable results regarding the use of the potential of biogas from landfills. / Este trabalho objetiva avaliar o potencial energético do biogás gerado em aterros sanitários brasileiros que recebem resíduos sólidos urbanos de populações entre 100 mil e 20 milhões de habitantes, para geração e comercialização de eletricidade. A revisão de literatura apresenta os principais conceitos referentes ao assunto abordado, tratando das questões energéticas, dos resíduos sólidos urbanos e sua destinação em aterramentos sanitários, da geração e aproveitamento do biogás, da comercialização de energia oriunda de biomassa, entre outros. A metodologia apresenta os procedimentos de cálculo adotados a fim de alcançar os objetivos específicos. A quantificação do biogás gerado foi realizada de acordo com o modelo sugerido pelo IPCC e com estas informações foram realizados os demais cálculos de índice de recuperação do metano, potencial de geração de energia elétrica, custo de geração de energia elétrica com biogás de aterro e análise da viabilidade econômica do investimento em projetos de aproveitamento energético do biogás. A organização destes cálculos foi feita através de dois estudos considerando a capacidade atendida pelos aterros sanitários e a potência disponível para comercialização. O estudo 1 refere-se a aterros com capacidade para atender entre 100.000 e 4.000.000 de habitantes, com potência de geração de até 5.000 kW e que podem comercializar a energia gerada por meio de compensação. O estudo 2 abrange populações entre 5.000.000 e 20.000.000 de habitantes e potência entre 1.000 kW e 30.000 kW, cuja a comercialização da energia deve ser feita nos ambientes de comercialização livre ou ambientes de comercialização regulada. Os aterros com potência entre 1.000 kW e 5.000 kW podem comercializar a energia de ambas as formas. Os resultados obtidos demonstram grande geração de metano para todas as capacidades estudadas, sendo superior nos cenários com maior índice de recuperação e população atendida. O potencial energético apresentou melhores resultados para as situações com maior recuperação de metano e eficiência de conversão, com quantidade suficiente para a produção de energia. O custo de geração decresceu com o aumento da capacidade em função daeconomia de escala, com valores entre US$ 0,10 por kWh a US$ 0,03 kWh. Ambos os estudos demonstram viabilidade econômica e atratividade em todos projetos a partir de 100 mil habitantes, garantindo retorno do investimento em no máximo 13 anos. Nos casos em que a comercialização de energia pode ser feita tanto por compensação quanto nos ambientes de contratação, a primeira alternativa se mostrou mais vantajosa, oferecendo um retorno de investimento maior em um tempo inferior. Por fim, o estudo atingiu seus objetivos com resultados favoráveis quanto ao aproveitamento do potencial energético do biogás proveniente de aterros sanitários.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesse Siqueira.pdf: 809003 bytes, checksum: 6021d4aac82f4c76ae84284b8bb770cd (MD5) Previous issue date: 2012-12-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In seeking to reduce dependence on fossil fuels, alternative energy sources and less environmental impact has been widely studied, biofuels. Among them, we highlight the biodiesel and biogas. The increased production of biodiesel to meet with Brazilian legislation, invariably leads to an increase in the supply of a co-product called crude glycerin. With a generation of about 10% of the total volume of biodiesel produced large amounts of glycerin are generated annually, however, the costs for purification of the co-product are high. It is necessary to note its correct disposal, since it has high organic load and its improper disposal could mean major environmental impacts. One way is the biodigestion with other organic waste such as cattle manure. Its high carbon biodegradable can be used in co-digestion with cattle manure as a supplement in the production of biogas. The addition of different concentrations of crude glycerin (2%, 4% and 6% m / m) was used as a supplement in anaerobic digestion co-dairy cattle manure in laboratory batch digesters (3.5 L working volume) . The digesters were operated at mesophilic conditions (30 ° C), with hydraulic retention time (HRT) of 30 days. It was analyzed the total solids (TS), volatile solids (VS) and chemical oxygen demand (COD) to determine the process efficiency in the removal of organic matter and its effect on biogas production. The addition of 4% glycerin resulted in higher production of biogas, about 9307 ml. The COD removal efficiency decreased with addition of glycerin, with the greatest reduction in control treatment, 68%. In other treatments increased by 90% and 118% for treatments Gli4% and Gli6% respectively. The VS reductions for the treatments Gli0%, Gli2% Gli4% and Gli6% were 18.17%, 61.60%, 24.36% and 44.83% for the respective treatments. / Em busca de se diminuir a dependência do uso de combustíveis fósseis, fontes alternativas e de menor impacto ambiental tem sido amplamente estudadas, os biocombustíveis. Dentre eles, destacam-se o biodiesel e o biogás. O aumento da produção de biodiesel a fim de atender à legislação brasileira, invariavelmente acarreta um aumento na oferta de um co-produto chamado glicerina bruta. Com uma geração de cerca de 10% do volume total de biodiesel produzido, grandes quantidades de glicerina são geradas anualmente, sendo que os custos para a purificação são elevados. São necessárias formas de se destinar corretamente esse co-produto, já que apresentam elevada carga orgânica e sua disposição inadequada poderia significar grandes impactos ambientais. Uma forma é a biodigestão juntamente com outro resíduo orgânico, como os dejetos bovinos. Seu teor elevado de carbono biodegradável pode ser aproveitado na co-digestão com dejetos bovinos como um suplemento na produção de biogás. A adição de diferentes concentrações de glicerina bruta (0%, 2%, 4% e 6% m/m) foi utilizada como suplemento na co-digestão anaeróbia de dejetos bovinos de leite, em biodigestores laboratoriais de batelada ( 3,5 L de volume útil). Os biodigestores foram operados em condições mesofílicas (30º C), com tempo de retenção hidráulica (TRH) de 30 dias. Foram analisados os sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV) e demanda química de oxigênio ( DQO) a fim de determinar a eficiência do processo na remoção da matéria orgânica e seu efeito na produção de biogás. A adição de 4% de glicerina resultou na maior produção de biogás, cerca de 9307 mL. A eficiência na remoção de DQO diminuiu nos tratamentos com adição de glicerina, sendo a maior redução no tratamento controle, de 68%. Nos demais tratamentos houve um aumento de 90% e 118% para os tratamentos Gli4% e Gli6% respectivamente. As reduções de SV para os tratamentos Gli0%, Gli2%, Gli4% e Gli6%, foram de 18,17%, 61,60%, 24,36% e de 44,83%, para os respectivos tratamentos.

A produção de biocombustíveis apresenta-se como uma eficiente alternativa para superar as limitações econômico-ambientais inerentes à comercialização e utilização de combustíveis fósseis. O etanol caracteriza-se como um dos principais biocombustíveis alternativos, sendo as destilarias de cana-de-açúcar importantes exemplos de biorrefinarias, as quais, analogamente à indústria do petróleo, objetivam a obtenção de um espectro de (bio)produtos e/ou bioenergia a partir da biomassa vegetal. Embora nas atuais biorrefinarias de cana-de-açúcar a matéria-prima seja convertida em etanol, açúcar e eletricidade, uma fração considerável da energia da cana (como matéria orgânica) ainda é perdida na vinhaça. Potenciais impactos negativos da fertirrigação, i.e., aplicação direta da vinhaça no solo agrícola, também constituem outra relevante limitação do atual gerenciamento desta água residuária no Brasil. A biodigestão anaeróbia apresenta grande potencial de aplicação no tratamento da vinhaça, objetivando-se a redução de sua carga orgânica poluente concomitantemente à recuperação de bioenergia a partir do biogás. Embora tal processo potencialize a extração de energia da cana-de-açúcar na biorrefinaria, a literatura de referência ainda é escassa em termos da definição de parâmetros que viabilizem a implantação da biodigestão nas destilarias brasileiras. Neste contexto, neste estudo apresenta-se um panorama holístico da aplicação da biodigestão anaeróbia no tratamento da vinhaça de cana-de-açúcar, definindo-se condições operacionais para uma eficiente e estável conversão da matéria orgânica em hidrogênio e metano em sistemas em duas fases (acidogênico + metanogênico) termofílicos (55ºC). Diferentes cenários para produção de energia a partir do biogás também foram estudados a partir da aplicação de ferramentas de simulação, buscando-se fornecer aspectos técnicos, econômicos e ambientais da implantação das plantas de biodigestão da vinhaça na indústria sucroalcooleira brasileira. Em termos experimentais, os resultados mostraram a habilidade do reator acidogênico para manter produções contínuas de biohidrogênio em longo prazo (240 dias), sendo a aplicação de estratégias operacionais específicas, p.ex. controle do pH e da concentração de biomassa no reator, imperativa para recuperação dos sistemas submetidos a perdas de desempenho. Na fase metanogênica, a aplicação de cargas orgânicas crescentes (até 30 kgDQO m-3 d-1) em um reator convencional de manta de lodo e um reator de leito fixo estruturado indicou um desempenho muito superior do sistema com células aderidas, especialmente em termos da estabilidade operacional em longo prazo (240 dias). Finalmente, com relação à avaliação tecnológica da biodigestão, demostrou-se a viabilidade do escalonamento dos sistemas anaeróbios com separação de fases para o tratamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar, independentemente do tipo de uso proposto para o hidrogênio: não recuperação, venda como produto de valor agregado, produção de biohythane ou injeção no reator metanogênico. Os resultados também apontaram o papel determinante da alcalinização dos sistemas para melhorar o desempenho econômico ambiental da biodigestão, podendo superar efeitos da redução dos custos de investimento em alguns casos. Em suma, espera-se que os resultados apresentados neste trabalho sirvam como referência aos tomadores de decisão da indústria sucroalcooleira, suprindo lacunas de informações e destacando a viabilidade da implantação da biodigestão como tecnologia central para o processamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar no Brasil. / The production of biofuels comprises an efficient alternative to overcome the economicenvironmental drawbacks inherent to the trade and use of fossil fuels. Ethanol is one of the main alternative biofuels, with sugarcane distilleries characterized as important examples of biorefineries, which, similarly to the oil industry, aim to obtain a spectrum of (bio)products and/or bioenergy from the vegetal biomass. Although the raw material is converted into ethanol, sugar and electricity in the current sugarcane biorefineries, a considerable fraction of the energy from sugarcane (as organic matter) is still wasted in vinasse. Potential negative impacts from fertirrigation, i.e., the direct application of vinasse into the agricultural soil, also comprise another relevant drawback of the current management of this wastewater in Brazil. Anaerobic biodigestion has great potential of application in the treatment of vinasse, aiming to reduce its polluting organic load concomitantly to the bioenergy recovery from biogas. Although this process enhances the energy extraction from sugarcane in the biorefinery, the reference literature still lacks on the definition of parameters that encourage the implementation of biodigestion in Brazilian distilleries. In this context, this study presents a holistic overview of the application of biodigestion in the treatment of sugarcane vinasse, defining operating conditions for an efficient and stable conversion of the organic matter into hydrogen and methane in two-phase (acidogenic + methanogenic) thermophilic systems (55ºC). Different scenarios for the production of bioenergy from biogas were also studied by using simulation tools, aiming to provide technical, economic and environmental aspects of the implementation of vinasse biodigestion plants in the Brazilian sucro-alcohol industry. In experimental terms, the results showed the ability of the acidogenic reactor to maintain a continuous long-term (240 days) biohydrogen production, characterizing the application of specific operating strategies, e.g. control of the pH and biomass concentration inside the reactor, as imperative for the recovery of systems subjected to performance losses. In the methanogenic phase, the application of increasing organic loadings (up to 30 kgCOD m-3 d-1) to a conventional sludge blanket reactor and a structured-bed reactor indicated a much superior performance of the adhered cell system, especially in terms of the long-term operating stability (240 days). Finally, regarding the technological assessment of the biodigestion, the feasibility of scaling-up anaerobic systems with phase separation to the treatment of vinasse in sugarcane biorefineries was demonstrated, regardless of the type of use proposed for hydrogen: non-recovery, sale as a value-added product, biohythane production or injection into the methanogenic reactor. The results also pointed out the determining role of the alkalinization of the systems to improve the economic-environmental performance of biodigestion, in order to overcome the effects of the reduction of investment costs in some cases. In short, it is expected that the results presented in this study will serve as reference to decision-makers in the sucro-alcohol industry, filling information gaps and highlighting the feasibility of implementing biodigestion.

Neste trabalho avaliou-se a influência das condições operacionais da célula a combustível microbiana (CCM) na remoção de matéria orgânica de águas residuárias e na geração de energia elétrica direta. As Hipóteses 1, 2 e 3 verificaram respectivamente as influências do tempo de detenção hidráulica (TDH), das condições mesofílica (25 ºC) e termofílica (55 ºC) de temperatura e da razão de recirculação (R) do efluente no cátodo da CCM (0, 1, 3 e 5) na geração de energia elétrica, na adesão e na comunidade microbiana e na remoção de DQO em CCM sem membrana de íon seletiva alimentada com água residuária sintética a base de sacarose. As Hipóteses 1, 2 e 3 foram aceitas. A redução do TDH permitiu maior geração de energia e dominância na comunidade microbiana e menor adesão da comunidade microbiana ao eletrodo. Enquanto que longos TDH removeram mais DQO, porém geraram menores valores de tensão elétrica. As condições termofílicas apresentaram maiores valores de tensão elétrica gerada e maior dominância da comunidade microbiana e menor adesão microbiana ao eletrodo e eficiência de remoção de DQO. A constante cinética aparente em condição termofílica ( 0,035 h-1) foi duas vezes menor que em condição mesofílica ( 0,083 h-1). O aumento da R melhorou a geração de energia e a remoção de DQO, pois houve melhor transferência de massa do meio líquido para os microrganismos e do meio gasoso para liquido e menor concentração de biomassa aderida ao eletrodo do cátodo aumentando a tensão elétrica gerada. Na Hipótese 4, verificou-se o uso e o efeito do TDH no tratamento de vinhaça de cana de açúcar em CCM sem membrana trocadora de íon seletivo operada em condição termofílica. A CCM foi capaz de remover a matéria orgânica da vinhaça de cana de açúcar e gerar energia elétrica direta, validando a Hipótese 4. As hipóteses 5, 6 e 7 avaliaram as influências da relação DQO, nitrogênio e fósforo da água residuária de produção de vinho, do tempo de retenção celular (TRC) e da configuração do eletrodo no desempenho de CCM de duas câmaras usando membrana de íon seletivo. Acataram-se as hipóteses 5, 6 e 7. O desbalanceamento entre DQO, nitrogênio e fósforo da água residuária de produção de vinho é um dos principais obstáculos para o uso desta tecnologia e a relação de DQO:N:P de 700:10:1 tem elevado potencial para gerar energia elétrica direta em CCM, embora não seja eficiente na remoção de matéria orgânica. A geração de energia aumenta com a redução do TRC, visto que há seleção dos microrganismos eletrogênicos e aumento da carga orgânica volumétrica específica reduzindo a competição por substrato. Entretanto, o TRC não influenciou a remoção de matéria orgânica, pois somente uma pequena parte da DQO foi removida similar em todos os TRC. As características físicas do eletrodo como a porosidade, a rugosidade e a densidade de área do eletrodo e a biocompatibilidade do eletrodo são fatores determinantes para aumentar o desempenho da CCM. Entre os eletrodos estudados, o feltro de carbono foi o melhor material encontrado. / In this work the influence of the operational conditions of the microbial fuel cell (MFC) were evaluated in organic matter removal from wastewater treatment and in the power generation. Hypotheses 1, 2 and 3 respectively checked the influences of hydraulic retention time (HRT), of mesophilic and thermophilic conditions (25 °C and 55 °C, respectively) and the recirculation ratio (R) of the effluent in cathode of MFC (0, 1, 3 and 5) in the power generation, microbial adhesion and community and COD removal of membraneless MFC fed with synthetic wastewater based on sucrose. Hypotheses 1, 2 and 3 have been accepted. Reducing the HRT increased the power generation and the dominance in microbial community and decreased the COD removal efficiency and microbial adhesion to the electrode. Long HRT more efficiently removed the organic matter but generated lower voltages. The thermophilic conditions yielded a more dominant microbial community that favored power generation compared with the mesophilic conditions because of reduced microbial adhesion to the electrode. The COD removal efficiencies were higher under mesophilic conditions than under thermophilic conditions due to the higher apparent kinetic constant at mesophilic conditions (0.083 h-1) than in thermophilic conditions (0.035 h-1). Increasing the R improved the power generation and the COD removal, because the mass transfer in the liquid medium for microorganisms was improved and the biomass adhered to the cathode electrode decreased increasing the voltage. In Hypothesis 4, the use and effect of HRT in treating sugar cane vinasse in membraneless MFC operated at thermophilic conditions were evaluated. The CCM was able to remove the COD of sugarcane vinasse and generate electricity directly, confirming the hypothesis 4. Hypotheses 5, 6 and 7 assessed the influences of COD, nitrogen and phosphorus ratio in winery wastewater, of sludge retention time (SRT) and of electrode configuration in dual chamber MFC. Hypotheses 5, 6 and 7 were adopted. The misbalance between COD, nitrogen and phosphorus from winery wastewater is a major obstacle to the use of this technology and COD:N:P ratio of 700:10:1 had high potential to generate power in MFC, although it is not effective in removing organic matter. The power generation increases with the reduction of the SRT, since there were the selection of bioeletrogenic microorganisms and increased the volumetric organic load rate reducing competition for substrate. However, the SRT did not affect the removal of organic matter, because only a small part of COD was removed regardless of SRT. Physical characteristics of the electrode as porosity, roughness and the electrode area density and the biocompatibility of the electrode are key factors to increase the performance of CCM. The carbon felt was the best studied material having the highest values of porosity, roughness and the electrode area density.

Submitted by Eduardo Ruiz (tobias.fgv@gmail.com) on 2013-07-02T12:00:47Z No. of bitstreams: 1 2013.07.02_Ruiz_Eduardo_v.final_p.pdf: 2920830 bytes, checksum: 03dba69bbe03448da90e746e7680e602 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2013-07-02T12:37:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013.07.02_Ruiz_Eduardo_v.final_p.pdf: 2920830 bytes, checksum: 03dba69bbe03448da90e746e7680e602 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-02T12:39:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013.07.02_Ruiz_Eduardo_v.final_p.pdf: 2920830 bytes, checksum: 03dba69bbe03448da90e746e7680e602 (MD5) Previous issue date: 2013-06-05 / The Brazilian bioenergy industry continues with a great growth potential. It is expected a growth in the total bioenergy consumption corresponding to 71.6% from 2011 to 2021 (BRASIL. EPE, 2012b). Consequently, new markets and, therefore, opportunities for new projects are emerging. In this context, investors need to evaluate Greenfield projects taking into consideration adequately risks and return. However, these projects are not simple to analyze because of its many particular features. In this sense, the goal of this thesis is to establish a methodological standard for their investment analysis. Based on a selection of existing methodologies, it is proposed a number of alternative and complementary approaches in order to effectively contemplate the particular features of these projects. Therefore, the innovation of this thesis is relative to the standardization of methodologies specific for the investment analysis of agroindustrial Greenfield projects in the bioenergy industry. For this purpose, this thesis not only proposes a detailed methodology standard, but also applies it in a case study of a wood-to-energy cogeneration project. The goal of this case study is to demonstrate that the proposed methodology standard for investment analysis is effective. Furthermore, works as a reference and guide of how to apply this analysis tool in any Greenfield agroindustrial project in the bioenergy industry in Brazil. In this way, it is possible to conclude that the use of the proposed methodology standard allows a coherent analysis of projects of this nature and enables a conscious investment decision. The creation of this analysis tool and the exemplification of its use are the main contributions of this thesis. / O setor de bioenergia no Brasil segue com um grande potencial de crescimento. Projeta-se um aumento de 71,6% no consumo total de bioenergia de 2011 a 2021 (BRASIL. EPE, 2012b). Consequentemente, novos mercados e oportunidades para novos projetos estão surgindo. Neste contexto, investidores precisarão avaliar projetos Greenfield, ponderando adequadamente riscos e retorno. Entretanto, a avaliação destes projetos não é simples pelas suas diversas particularidades. Deste modo, o objetivo desta dissertação é estabelecer um padrão metodológico para a análise destes investimentos. A partir de uma seleção de metodologias existentes, propõe-se uma série de abordagens alternativas e complementares, de forma a contemplar adequadamente as particularidades destes projetos. Portanto, este trabalho é inédito no que se refere à padronização de metodologias para a análise de investimento especificamente de projetos agroindustriais Greenfield de bioenergia. Para este fim, este trabalho não só propõem um padrão metodológico detalhado de análise, mas também o aplica em um estudo de caso de um projeto de cogeração de energia a partir de eucalipto. O intuito do estudo é ilustrar que a metodologia de análise de investimento proposta é eficaz. Além disso, serve como referência e guia de como aplicar esta ferramenta na análise de quaisquer projetos agroindustriais Greenfield no setor de bioenergia. Desta forma, é possível concluir que o uso do padrão metodológico proposto possibilita uma análise coerente de projetos desta natureza e permite uma tomada de decisão de investimento consciente. A criação desta ferramenta de análise e a exemplificação de seu uso são as principais contribuições deste trabalho.

Submitted by Otavio Augusto Lopes (otavio.augusto.lopes@accenture.com) on 2013-07-22T19:14:45Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_OTAVIOLOPES_VFINAL22072013.pdf: 1475230 bytes, checksum: 6c63a8b848e961e6694369632a1572b3 (MD5) / Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia (suzinei.garcia@fgv.br) on 2013-07-22T19:33:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_OTAVIOLOPES_VFINAL22072013.pdf: 1475230 bytes, checksum: 6c63a8b848e961e6694369632a1572b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-22T19:37:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_OTAVIOLOPES_VFINAL22072013.pdf: 1475230 bytes, checksum: 6c63a8b848e961e6694369632a1572b3 (MD5) Previous issue date: 2013-06-28 / This study brings an analysis on how bioenergy could have each more a relevant role on the Brazil electric matrix. This study also demonstrates the grower and processing context of sugarcane in Brazil, with a focus on the bioenergy generation. It also shares the current technology scenario for bioenergy generation at the industry and right after presents the combined cycle as an opportunity to improve the way of bioenergy generation. In the end of the study a feasibility analysis with a qualitative approach is shared demonstrating what needs to be done from different perspectives to reach the future scenario and related benefits. The study shares the current sector challenges on bioenergy generation and some actions to enable the sector to take advantage of new technology and other improvements. / Este estudo apresenta uma análise de como a bioeletricidade sucroenergética pode ter um papel cada vez mais importante na matriz energética brasileira. O estudo mostra o contexto da produção e processamento de cana de açúcar no Brasil, colocando ênfase no processo de geração de energia elétrica. As opções de tecnologia em uso atualmente para a geração na indústria de açúcar e bioenergia são discutidas e, em seguida, apresenta o modelo de ciclo combinado baseado no consumo de gás proveniente da gaseificação de resíduos de cana de açúcar como oportunidade de melhoria de eficiência para o processo. Ao final o estudo apresenta uma avaliação qualitativa de viabilidade buscando demonstrar o que precisa ser feito para se alcançar os resultados com o modelo futuro. Para tal o estudo irá buscar demonstrar os atuais desafios do setor de Bioenergia na indústria de cana de açúcar e projetará ações em diferentes atores desse mercado para a viabilização de adoção de novas tecnologias.

Abstract According to the EU’s strategy and the corresponding Finnish national strategy on waste materials, all kinds of waste must be utilised primarily as material (reuse, recycling) and secondarily as energy, and at the lowest level of waste hierarchy is their disposal using environmentally friendly methods. Today material efficiency is an essential topic in promoting sustainable use of natural resources, industrial by-products and waste material. The present goal proposed by the EU sets the target for the total proportion of renewable energy as high as 38% by 2020 in Finland. Up to 20 million tonnes of waste wood biomass per year are left unused in Finland, mainly in the forests during forestry operations, because supply and demand do not meet. As a consequence of high heat energy prices, the looming threat of climate change, the greenhouse effect and global as well as national demands to considerably increase the proportion of renewable energy, Finland currently has a tremendous interest in increasing decentralised pellet production alongside of large-scale factories. The aim of this thesis is to promote the development of eco-, material- and cost-efficient Nordic wood-based pellet production and utilisation of pellet bio-ash by means of chemical research. Using Finnish wood (sawdust and shavings) as a model raw material, the total functionality of a pilot-scale pellet facility combined with an extensive chemical toolbox was tested in this study to promote development of an eco-, material- and cost-efficient wood-based pellet production chain. The chemical toolbox includes measurements of moisture content, density, heat value, mechanical durability and particle size distribution, TG analysis and elementary analysis, as well as new applications for pellet biodegradation using BOD OxiTop equipment and optical microscopic staining methods. To improve the quality of pellets, considering the profitability of production and occupational safety factors (wood dust exposure, fire and explosion risk), it is profitable to use different binding agents, especially industrial by-products and locally utilisable residuals. Thus, lignosulphonate, residual potato flour and potato peel residue were used and tested as model adhesive binding agents. The results showed that binding agents increased the quality of pellets and changed their inorganic characteristics, but did not have a significant effect on their calorimetric heat values. Lignosulphonate even increased the rate of production. To characterise different starch-containing binding agents, a new specific optical microscopic staining method was developed and tested, and the initial results are presented in this thesis. Wood pellet ash has potential as a liming agent, in soil remediation, as a soil fertilizer, and in granulated form, in new applications such as road construction and waste water purification. Valuable information about raw materials, binding agents and the pelletizing process is necessary when developing good-quality pellets—a prime biofuel—from non-utilised low-value and/or moist biomass that has undergone a cost-efficient drying process. This way pellet production will have more essential importance in energy policy, especially in the European forest belt. / Tiivistelmä Vallitsevan EU:n sekä Suomen kansallisen lainsäädännön mukaan kaikenlainen jäte täytyy hyödyntää ensisijaisesti materiaalina (uudelleenkäyttö, kierrätys), toissijaisesti energiana ja jätehierarkiassa alimpana tasona on sen hävittäminen ympäristöystävällisin keinoin. Materiaalitehokkuus on nykyään välttämätön aihe edistettäessä luonnonvarojen, teollisuuden sivutuotteiden ja jätemateriaalien kestävää käyttöä. EU-strategian mukainen tavoite uusiutuvan energian osuudelle kaikesta energiantuotannosta Suomessa on 38 % vuoteen 2020 mennessä. Jopa 20 miljoonaa tonnia jätepuubiomassaa vuodessa jää käyttämättä Suomessa lähinnä metsänharvennustöiden yhteydessä, koska kysyntä ja tarjonta eivät kohtaa. Seurauksena korkeista lämpöenergiahinnoista, uhkaavasta ilmastonmuutoksesta, kasvihuoneilmiöstä sekä globaalisista ja kansallisista vaatimuksista lisätä uusiutuvan energian osuutta, Suomessa on viime aikoina noussut voimakas kiinnostus lisätä hajautettua pellettituotantoa suurten pellettilaitosten rinnalle. Väitöskirjan tarkoituksena on edistää ja kehittää pohjoismaista eko- ja kustannustehokasta puupellettituotantoa ja pellettibiotuhkan hyötykäyttöä kemiallisen tutkimuksen avulla. Käyttäen suomalaista puuta (sahanpurua ja kutterinlastua) malliraaka-aineina, tässä tutkimuksessa testattiin pilot-mittakaavan pellettilaitoksen toimivuutta yhdistettynä laajaan kemialliseen ”työpakettiin”, edistämään tulevaisuuden eko-, materiaali- ja kustannustehokkaan pellettituotantoketjun kehittämistä. Kemiallinen työpaketti sisältää kosteuden, tiheyden, lämpöarvon, mekaanisen kestävyyden ja partikkelikokojakauman määritykset, TG- ja alkuaineanalyysin, kuten myös uudet sovellukset pellettien ja niiden sideaineiden biohajoavuuden määrittämiseksi BOD OxiTop -laitteistoilla sekä optisen mikroskooppivärjäysmenetelmän. Pellettien laadun kohottamiseksi, ottaen huomioon myös tuotannon kannattavuuden ja työterveydelliset ongelmat (puupölylle altistuminen, tulipalo- ja räjähdysvaara), on perusteltua käyttää sideaineita, erityisesti teollisuuden sivutuotteita ja paikallisesti hyödynnettävissä olevia jätemateriaaleja. Täten lignosulfonaattia, jäteperunajauhoa ja perunankuorijätettä käytettiin ja testattiin liimaavina mallisideaineina. Tulokset osoittivat, että sideaineet nostivat pellettien laatua ja muuttivat niiden epäorgaanisia ominaisuuksia, mutta niillä ei ollut merkittävää vaikutusta määritettyihin lämpöarvoihin. Lignosulfonaatti lisäsi selvästi pelletoinnin tuotantonopeutta. Työssä kehitettiin pelleteille uusi spesifinen optinen mikroskooppivärjäysmenetelmä erilaisten tärkkelystä sisältävien sideaineiden karakterisointiin ja ensimmäiset tulokset on esitetty tässä väitöskirjassa. Puupellettituhka on potentiaalinen kalkitus- ja maanparannusaineena, lannoitteena sekä rakeistettuna uusissa sovelluksissa, kuten tierakentamisessa ja jäteveden puhdistuksessa. Arvokas informaatio raaka-aineista, sideaineista sekä pelletöintiprosessista on välttämätöntä kehitettäessä tulevaisuudessa hyvälaatuisia pellettejä, ”priimaa” biopolttoainetta, hyödyntämättömästä huonolaatuisesta ja/tai kosteasta biomassasta, joka on ennen pelletointia käynyt läpi kustannustehokkaan kuivausprosessin. Täten voidaan olennaisesti lisätä pellettituotannon merkitystä energiapolitiikassa, erityisesti Euroopan metsävyöhykkeellä.

A concentração de CO2 na atmosfera tem aumentado progressivamente nos últimos anos. Este aumento é atribuído em sua maior parte à ação humana e à atividades como mudanças no uso da terra, desflorestamento e uso de combustíveis fósseis. É previsto que as mudanças do clima decorrentes desse aumento do CO2 irão impactar de forma significativa na agricultura. A cana-de-açúcar é uma planta de grande importância na economia mundial devido ao seu uso na indústria sucroalcoleira. Neste sentido, conhecer como o aumento de CO2 irá impactar nesta cultura é de importância estratégica para o país e para o mundo. Experimentos com cana-de-açúcar cultivada em elevado CO2 têm demonstrado aumento na taxa de fotossíntese, biomassa e no conteúdo de sacarose. Especula-se que a maior taxa de fotossíntese observada nesses experimentos é regulada por meio da taxa de transporte de elétrons, uma vez que genes relacionados a este processo foram observados com maior expressão em alto CO2. No entanto, os mecanismos que envolvem este processo ainda são desconhecidos. Com o objetivo de compreender os mecanismos envolvidos na regulação e funcionamento da fotossíntese em cana-de-açúcar, este trabalho apresenta dados sobre o ciclo diário de fotossíntese e carboidratos não estruturais, bem como dados fisiológicos, bioquímicos e de expressão gênica de plantas cultivadas em atmosfera enriquecida de CO2. Os resultados obtidos mostram que a regulação da fotossíntese em alto CO2 é dada pela manutenção do crescimento que esta condição proporciona às plantas, uma vez que o cultivo no vaso limita o crescimento na raiz e leva a um possível déficit hídrico. Genes e proteínas relacionados direta ou indiretamente ao processo de transporte de elétrons foram encontrados com expressão diferencial, corroborando os dados obtidos nas medidas in vivo. Por outro lado, os dados mostram pouca variação no sistema de captação de CO2, indicando que a principal regulação da fotossíntese em cana-de-açúcar ocorre por meio do sistema de captura de luz. Foram observados proteínas e genes relacionados com o conteúdo de açúcares e com o crescimento, que podem ser pontos importantes de regulação da fotossíntese em cana-de-açúcar. Com os dados obtidos foi possível inferir que o aumento do CO2 na atmosfera irá beneficiar as plantas de cana-de-açúcar, sendo que pontos de regulação descritos neste trabalho têm potencial de utilização como ferramentas que auxiliem na determinação de cultivares mais produtivos. / The atmospheric CO2 concentration has been increasing progressively along the last years. This increase is attributed mainly to humans action and to land use changes, deforestation and fossil fuel burning. Is it predicted that the global climate changes resulting from CO2 increase will impact significantly agriculture. Sugarcane is very important for worlds economy due to its use for sugar and alcohol industry. In this way, the knowledge of how sugarcane will respond at elevated CO2 is important to design strategies for biofuel production and use in Brazil and in the world. In experiments with sugarcane grown under elevated CO2 sugarcane plants have shown an increase in photosynthesis, biomass and sucrose content. It was then speculated that the higher photosynthesis observed in these experiments might be regulated by electron transport rates, since genes related to this process were observed with higher expression in elevated CO2. However, the mechanisms that are related with this process are still unknown. The aim of this thesis was to understand the mechanisms related in the regulation and functioning of photosynthesis in sugarcane in elevated CO2. This work presents data about diurnal cycle of photosynthesis and non structural carbohydrates, physiology, biochemistry and gene expression. The results show that photosynthesis regulation in elevated CO2 is linked with the plant growth that remains under these conditions, since the pots cause roots growth limitations and leads a possibly water deficit. Genes and proteins were found that are related directly or indirectly to electron transport process as seen from differential expression. This corroborates the data obtained from in vivo measurements. On the other hand, our data show little variation in CO2 capture system, indicating that the mainly regulations of photosynthesis in sugarcane occurs due changes in light capture system. Proteins and genes have been observed that associated with sugar content and growth. These might be key for understanding regulation of photosynthesis in sugarcane. With the data obtained it is possible to speculate that elevation of CO2 will benefit the sugarcane plants in the future. Also, the regulation points described in this work have potential to be used as tools to help finding more productive cultivars.

Le colture energetiche su larga scala, cosi come l’utilizzo di biomassa forestale non residuale, impattano notevolvente i cicli di nutrienti, la biodiversità e l’occupazione di suolo (i tre limiti del pianeta già oltrepassati, oltre al cambiamento climatico) risultando non riconciliabili con uno spazio di operazione sicuro per l’umanità. Occorre piuttosto perseguire fonti di energia rinnovabile che consentano di disaccoppiare il sistema energetico dall’emissione di gas climalteranti ed al contempo richiedano un uso minimo del suolo e limitati impatti sui cicli dei nutrienti e sulla biodiversità.La biomassa forestale residua, la biomassa coltivata in terreni marginali / abbandonati con un basso apporto di nutrienti e la biomass residual proveniente da altri settori dell'economia possono fornire una fonte temporanea di energia per quei settori più difficili da dissociare dai combustibili fossili, in un percorso che porti verso una società in meno dipendente dalle tecnologie di combustione. / Large scale dedicated cultivation of bioenergy on fertile arable land or the large scale deployment of biomass from standing forest, with their impact on nutrient cycles, biodiversity and land occupation (the three planet boundaries which are already overtaken beside climate change) is difficult to reconcile with a safe operating space for humanity. Renewable energy sources allowing the decoupling of energy systems from GHG emission requiring a minimal land use, and therefore limited impacts on nutrient cycles and biodiversity, are to be pursued. Residual biomass such as forest harvest residues, biomass cultivated in marginal/abandoned land with low nutrients input, and biowaste from other sectors of the economy may provide a temporary source of energy for those sectors more difficult to decouple from fossil fuels, towards a society less dependent on combustion technologies.