The objective of this thesis is to establish the utility and limitations of using exergy (a thermodynamic measure of energy quality, or ability to perform work) as a resource consumption metric, and to investigate what role exergy may play in resource consumption decision-making. To do so, this thesis assessed three exergy-based resource consumption methodologies: the Exergy Replacement Cost; Eco-exergy; and Emergy. Furthermore, fundamental properties of exergy were revisited, including the exergy reference state, and the derivations of both concentration and non-flow exergy. The results of the analysis indicate three significant problem areas with applying exergy toward resource valuation. First, the exergy derivation level conflicts with the resource valuation level regarding important requirements and assumptions: the exergy reference environment is modelled as an infinitely large system in internal chemical equilibrium, and this is in incomparable to the real world; and, the derivation of non-flow exergy values items based solely upon chemical concentrations, whereas at the resource consumption level, work producing items are valuable based primarily upon chemical reactivity. Second, exergy proponents have not adequately addressed the many different and critical perspectives of exergy, including exergy as: harmful or helpful; organizing or disorganizing; a restricted or unrestricted measure of potential useful work; and applied to value systems or specific items. Third, none of the resource consumption methodologies properly apply exergy: the Exergy Replacement Cost primarily focuses on mineral upgrading; Eco-exergy is improperly derived from exergy; and Emergy has switched from being energy-based to exergy-based without any reformulation of the methodology. For the reasons provided above, among others, this author concludes there is currently no justified theoretical connection between exergy and resource value, and that there is a disjunction between how exergy is derived and how it is applied. Non exergy-based applications for the three resource consumption methodologies are proposed.

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_MarcosDjunBarbosa_M.pdf: 7737230 bytes, checksum: f01dbe599c58c1a51c2b09436ebd3b26 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A produção de etanol a partir da cana-de-açúcar tem sido considerada uma alternativa ecológica ao petróleo e também como uma solução para amenizar o fenômeno do aquecimento global. Neste contexto, o Brasil detém o status de um país-chave devido à sua capacidade de produzir o etanol necessário para demandas externas e internas. No entanto, o conseqüente aumento das áreas de cultivo pode estar estabelecendo uma alta pressão sobre os recursos naturais, principalmente no Estado de São Paulo, o maior produtor de cana-de-açúcar do país. A conversão de um ecossistema natural em uma área agrícola maximiza a produção de alimentos e matérias-primas em detrimento de outros bens e serviços prestados pela floresta, denominados serviços ecossistêmicos. Utilizando a metodologia emergética, foram estimadas as diferenças de valores (em termos de emergia e dinheiro) existentes entre sistemas de mata nativa e plantações de cana-de-açúcar no Estado em relação aos principais processos terrestres derivados do ciclo hidrológico, do carbono e do nitrogênio. Em relação ao ciclo hidrológico, uma bacia hidrográfica coberta por floresta nativa apresentou um serviço de percolação de água estimado em 3929 Em$.ha-1.ano-1, enquanto a substituição da cobertura vegetal por cana-de-açúcar provocaria uma redução deste serviço para 1479 Em$.ha-1.ano-1. A análise do ciclo do carbono mostra que florestas nativas situada na bacia do rio Piracicaba foram capazes de gerar um serviço de fixação de carbono na produção primária líquida (PPL) estimado em 113 Em$.ha-1.ano-1, enquanto as áreas com cana-de-açúcar em Serrana-SP e Pradópolis-SP mostraram uma fixação de carbono (PPL) estimada em 589 Em$.ha-1.ano-1; no entanto, este valor não considera que existe a perda parcial deste serviço após à colheita. A queima da palha da cana para a colheita manual emite gás carbônico (CO2) e metano (CH4), cujos valores correspondem ao fluxo de 172 e 56 Em ha- 1.ano-1, respectivamente. Em relação ao ciclo de nitrogênio, a fixação biológica de nitrogênio (FBN) em floresta tropical corresponde varia entre 23 a 7126 Em$.ha-1.ano-1; para a cana-de-açúcar, este valor pode variar entre Em$ 0 a 1126 ha-1.ano-1 para cana sem capacidade de nodulação e para o genótipo RB 72 454, respectivamente. Parte do fertilizante nitrogenado utilizado para a cana-de-açúcar é perdido pela volatilização na forma de amônia e, principalmente, por lixiviação de nitrato, esta última estimada em até Em$ 4082 ha-1.ano-1. A comparação entre os valores de serviços ecossistêmicos baseados pela contabilidade emergética com aqueles estimados por abordagens econômicas neoclássicas revela que os processos envolvendo a água e o nitrogênio apresentam valores divergentes, enquanto que aqueles relacionados ao carbono proporcionam magnitudes similares. A avaliação emergética aplicada à valoração de serviços ecossistêmicos na escala local e global é uma abordagem válida para guiar os valores a serem implementados em políticas públicas de pagamento/recompensa por alterações nos fluxos de serviços ambientais causados por projetos agrícolas / Abstract: The production of ethanol from sugarcane is being noticed as an ecological alternative for petroleum and also as solution for global warming. Brazil attains the status of a key country because it can supply the ethanol needed for external and internal demands. Nevertheless the increasing land demand establishes a high pressure on natural resources mainly in Sao Paulo State, the brazilian leading producer. The conversion of a natural ecosystem into agriculture land maximizes food and raw materials production but depletes a range of environmental goods and services, called ecosystem services. Using the emergetic methodology, it was estimated the difference (given in terms of money and emergy) between native forest and sugarcane plantation in Sao Paulo State of values concerning on the main land processes of water, carbon and nitrogen cycles. For hydrologic cycle, a watershed covered by native forest has a water percolation service estimated as 3929 Em$.ha-1.yr-1 while a sugar-cane cropland in the same region showed 1479 Em$.ha-1.yr-1. For carbon cycle, native forests in Piracicaba river basin showed a carbon fixation service valued as 113 Em$.ha-1.yr-1 while sugar-cane areas in Serrana and Pradopolis show a carbon fixation value of 589 Em$.ha-1.yr-1 without considering the partial loss of this service after harvesting; moreover, with the adoption of cane-burning for cropping, the CO2 and CH4 emissions correspond to 172 and 56 Em$.ha-1.yr-1, respectively. For nitrogen cycle, the nitrogen fixed biologically in forest shows values ranging from 23 to 7126 Em$.ha-1.yr-1; in sugar-cane systems the value can vary from 0 to 1226 Em$.ha-1.yr-1 for cane without nitrogen fixation and for RB72 454 cane genotype, respectively. The nitrogen fertilizer used for sugar-cane produces ammonia volatilization and nitrate leaching in which the last value is estimated as 4082 Em$.ha-1.year-1. The comparison between emergy-based and neoclassical economy-based values reveals that processes involving water and nitrogen have divergent prices although for carbon they have similar magnitudes. Emergy assessment applied to the valuation of ecosystem services for global and local scales is a valid approach to guide public policies of payment/rewards for changes in environmental services caused by agricultural production systems / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: José Tomaz Vieira Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morelli_MarianaMarques_M.pdf: 2990993 bytes, checksum: 213be4a8f053870f4ec07fb6a9f9a927 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A região Amazônica é bastante conhecida por sua riqueza em termos de biodiversidade e de potencial energético advindo de sua extensa rede hidrográfica. Após um vasto histórico de tentativas de barramento de um de seus importantes afluentes -o rio Xingu-, fez-se um projeto para a construção do chamado Complexo Hidrelétrico de Belo Monte (CHE). O principal objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia para avaliar um empreendimento hidrelétrico sob os aspectos Energéticos e Ambientais, valendo-se da Análise Energética, que inclui uma avaliação dos fluxos de energia e de emergia. Nesta dissertação o CHE de Belo Monte foi analisado energeticamente, a partir de duas linhas conceituais: a termodinâmica e a emergia. Primeiramente buscou-se dados referentes ao investimento energético no sistema de produção de eletricidade. Em seguida, converteu-se os dados energéticos em exergia e multiplicou-se os resultados obtidos pelas respectivas transformidades: fontes de energia renovável "gratuita" (7,29E+05 sej/ano), fonte de energia renovável comprada (3,12E+03 sej/ano), fontes de energia não renovável comprada (1,39E+05), fontes de energia não renovável "gratuita" (9,40E+06 sej/ano), fontes de energia não renováveis comprada (1,39E+05 sej/ano), energia referente aos impactos ambientais (biomassa perdida, 4,04E+05 sej/ano), energia referente aos investimentos de R$19, 25 e 30 bilhões (5,7E+20, 7,5E+20 e 9E+20 sej/ano). Optou-se por incluir análises considerando estes investimentos financeiros, os quais contemplam os dados do Investimento Físico pesquisados bem como aqueles que não foram possíveis de se quantificar fisicamente, tais como custos ambientais, sociais, alguns materiais e maquinários. A partir destes dados, foram calculados índices emergéticos (EIR, EYR, ELR, ESI e Tr). O CHE de Belo Monte relativamente eficiente mesmo em seu cenário de R$30 bilhões, apresentando valor de Tr igual a 1,35E+04 sej/J. Foi calculado ainda o Índice de Retorno Energético Sobre o Investimento, em duas situações: incluindo ou não a energia não-renovável gratuita (N). Como o EROI depende de todas as entradas energéticas e não particularmente de N, não houve grande diferença entre as duas situações analisadas / Abstract: This region is well known for its wealth of biodiversity and potential energy that comes from its extensive river system. After a long history of attempts barring one of its major tributaries - Xingu River - , it was conceived a project for building Belo Monte Hydroelectric Complex (CHE). The main goal of this study is to present a methodology for evaluating a hydroelectric project under the Energy and Environmental aspects, using Energy Analysis, which includes an evaluation about energy and emergy flows. In this dissertation CHE Belo Monte was analyzed energetically from two conceptual lines: thermodynamics and emergy. First data on the energy investment in the electricity production system were sought. Then data were converted from energy to exergy multiplied the results by their transformities, obtaining the following: "free" renewable energy sources (7.29 E +05 sej / year), renewable source of energy purchased (3.12 E +03 sej / year), non-renewable sources of energy purchased (1.39 E +05), "free" non-renewable energy sources "(9.40 + E 06 sej / year), non-renewable sources of energy purchased (1.39 E +05 sej / year), energy related environmental impacts (biomass lost 4.04 E +05 sej / year), energy related investments of $ 19, 25 and 30 billion (5.7 E +20 7.5 E +20 sej a nd 9E +20 / year). It was include these investments, which contains data from the Investment Physical searched and those who were not physically possible to quantify, such as environmental costs, social, some materials and equipaments. From these data, emergy indices (EIR, EYR, ELR, ESI and Tr) were calculated. Belo Monte CHE is relatively efficient even in your scenario of $ 30 billion, with Tr equal to 1.35 E +04 sej / J. Energy Rate of Return on Investment was calculated for two situations: with or without the non-renewable energy free (N). As the EROI depends on all the energy inputs and not particularly of N, there was no significant difference between the two situations analyzed / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientadores: Enrique Ortega Rodriguez, Ivan Bergier Tavares de Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Buller_LuzSelene_M.pdf: 2995716 bytes, checksum: 7169eaed43d8a521a5154da2d23578ea (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O Pantanal ocupa uma área extensa do Brasil em torno de 140.000 km²; seus ecossistemas são caracterizados por áreas com alagamento periódico, campos inundados constantemente e ambientes aquáticos naturais com lagoas (baías), rios e canais (vazantes e corixos); não existem quedas d¿ água para a geração de energia elétrica dentro da bacia. Em virtude das áreas alagadas existem poucas vias para o abastecimento de combustíveis para as fazendas produtoras que, assim, dependem fortemente de diesel e lenha como fonte de energia. Além disso, as cidades da região dependem da energia elétrica originária de outros estados da federação e a produção industrial (cimento e ferro gusa) é baseada em carvão vegetal, cuja origem é questionável, possivelmente do desmatamento do Cerrado. O uso de fontes alternativas de biomassa produzidas localmente poderia amenizar a carência energética no Pantanal. O aguapé, que se desloca nas lagoas e rios do Pantanal na forma de ilhas flutuantes, pode ser uma fonte alternativa de biomassa para a obtenção de combustíveis sólidos, líquidos e gasosos renováveis produzidos e distribuídos localmente. Esta pesquisa objetivou uma análise do ciclo de vida do aguapé na região de Corumbá mediante estudos teóricos que permitiram modelar e simular a dinâmica de crescimento (nas baías e margens dos rios) e de decaimento do aguapé (decomposição), elaborar cenários de colheita sustentável e dos mecanismos de remoção de nutrientes pelo aguapé em diferentes épocas do ano e realizar a avaliação emergética da produção natural de biomassa e de produtos derivados da conversão termoquímica desta biomassa, bio-óleo e bio-carvão. O estudo foi complementado com uma avaliação econômica de uma unidade industrial de pirólise rápida de biomassa. Os resultados obtidos permitem que tomadores de decisão avaliem de modo sistêmico a viabilidade ambiental e econômica da criação de um sistema para extração e aproveitamento de biomassa de aguapé. Os níveis de colheita estudados e os indicadores emergéticos e econômicos apontam para a viabilidade ecológica e econômica de um sistema operando com extração de 1% da biomassa de aguapé escoada no rio Paraguai. Para níveis maiores de extração, os resultados trazem à tona questões que requerem estudos adicionais a fim de garantir uma visão ecológica sobre a exploração de recursos naturais do Pantanal que é um importante provedor de serviços ambientais. As interferências na região devem ser baseadas em mecanismos de monitoramento contínuo dos impactos ambientais e socioeconômicos da atividade antrópica e em premissas de responsabilidade socioambiental no longo prazo / Abstract: Pantanal covers an extensive area of Brazil, around 140.000 km²; its ecosystems are characterized by periodic flooded areas, permanently flooded fields and natural aquatic environments with bays, rivers, streams and channels (locally denominated ¿vazantes¿ and ¿corixos¿); there are no water falls for power generation within the basin. Because of the flooded areas there are few routes for fuel supply to farms that rely heavily on diesel fuel as an energy source. In addition, the cities of the region depend on the energy originated in other states of the federation and its industrial production (cement and cast iron) is based on charcoal, whose origin is questionable, possibly from the deforestation of the Cerrado (Brazilian Savanna). The use of alternative sources based on biomass locally produced could ease energy shortages in the Pantanal. Water hyacinth, which flows in the lakes and rivers of Pantanal in the form of floating islands, can be an alternative source of biomass to obtain solid, liquid and gaseous renewable fuels locally produced and distributed. This research aimed the analysis of water hyacinth life cycle in Corumbá by theoretical studies that allowed to model and to simulate the growth dynamics (in the bays and riverbanks) and water hyacinth decay (decomposition), to elaborate scenarios of sustainable harvesting level and mechanisms of nutrient removal by water hyacinth at different periods of the year and to perform the emergy evaluation of the natural production of biomass and of the industrial products derived from the thermochemical conversion of biomass, bio-oil and biocharcoal. The study was complemented with an economic evaluation of one plant of biomass fast pyrolysis. The results allow decision makers to systemically evaluate the environmental and economic feasibility of a system for extraction and utilization of water hyacinth biomass. Harvest levels studied and emergy and economic indicators obtained indicate the ecological and economic feasibility of an operating system with extraction of 1% of the water hyacinth biomass that flows in Paraguay River. For higher levels of extraction, the results bring to light issues that require further investigation to ensure an ecological view of the exploitation of natural resources of Pantanal that is a leading provider of environmental services. The interference in the region should be based on mechanisms for continuous monitoring of environmental and socioeconomic impacts of human activity and on premises of social and environmental responsibility in the long term / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T16:40:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Takahashi_Fabio_D.pdf: 40746551 bytes, checksum: 8bd4dcf5734dccf888245cfdc1891ae1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este estudo utilizou a metodologia emergética para avaliar 39 culturas agrícolas de manejo convencional e 15 culturas agrícolas de manejo orgânico com o objetivo de traçar um perfil da sustentabilidade de alguns produtos da agricultura brasileira. Todas as avaliações foram arquivadas em um banco de dados que pode ser acessado em uma página web dinâmica que foi desenvolvida para divulgar os resultados deste trabalho e permitir que o usuário crie suas próprias avaliações emergéticas de sistemas agrícolas. Na primeira etapa da análise dos resultados, os sistemas foram agrupados em 5 categorias; a) oleaginosas b) grãos c) frutas d) hortaliças, raízes e tubérculos e) hortaliças orgânicas. Técnicas de mineração de dados foram utilizadas para interpretar todo o conjunto de resultados com o objetivo de encontrar relações entre os indicadores emergéticos que classificassem os sistemas de acordo com o manejo e em categorias sugeridas por especialistas de acordo com os valores dos índices emergéticos. A avaliação emergética mostra o melhor desempenho das culturas orgânicas quando comparadas com as culturas de manejo convencional. A mineração de dados se mostrou uma ferramenta eficiente para avaliação de todos os resultados encontrados nesse trabalho, pois foi possível encontrar relações dos indicadores emergéticos que descrevem o comportamento dos sistemas e os classificam em grupos encontrados pela clusterização (sistemas convencionais e sustentáveis; sistemas orgânicos e sustentáveis; sistemas insustentáveis) e também em categorias de acordo com os indicadores emergéticos propostos por especialistas / Abstract: This study used the emergy methodology for assessing 39 conventional crops and 15 organic crops in order to draw a profile of sustainability of some products of Brazilian agriculture. All evaluations were stored in a database that can be accessed in a dynamic web page developed to disseminate the results of this study and allow the user to create his own evaluation of agricultural systems. In the first step of analysis of the results, the systems were grouped into 5 categories: a) oil plants b) fruits c) grains d) vegetables and tubers e) organic. Data mining techniques were used to interpret the whole set of results in order to find relationships among the emergy indicators to classify the systems according to the management and groups established by experts in accordance with the values of emegy indices. The emergy evaluation shows a better performance of organic crops compared with conventional crops. Data mining has proven an effective tool for evaluation of all results found in this study. It was possible to find relations of emergy indicators that describe the behavior of systems and classify them into groups found by clustering ( conventional and sustainable systems; organic and sustainable systems; unsustainable systems) and also into categories according to emergy indicators proposed by experts / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Enrique Ortega Rodriguez, Sandra Furlan Nogueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-19T16:52:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_MarianaBarros_M.pdf: 3071623 bytes, checksum: cd6cd7c977e91a71e35f2508302c65c0 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo deste trabalho de pesquisa foi avaliar a sustentabilidade ambiental da microbacia hidrografica do rio Pinhal atraves do uso combinado do Sistema de Informacoes Geograficas (SIG), Balanco de nutrientes e Avaliacao Emergetica auxiliando na compreensao do sistema de producao pecuario atual e fornecendo subsidios potenciais a gestao da microbacia. Para tanto, primeiramente foram analisados todas as propriedades com atividade pecuaria da microbacia para quantificar os excedentes de nutrientes no solo (nitrogenio e fosforo) existentes e avaliar o seu risco ambiental. Em seguida, foram comparadas propriedades com atividades pecuarias distintas (bovinocultura, suinocultura, avicultura e suinocultura com utilizacao de biodigestores no tratamento de dejetos animais) para avaliar qual dentre estas tem maior influencia nesses valores e qual causa maior impacto ao meio ambiente. E por ultimo foram realizados calculos de areas necessarias de florestas, por meio da metodologia SANPP, e areas necessarias de terras umidas, considerando o excedente de nutrientes, para quantificar o impacto ocasionado pelas atividades pecuarias. Os resultados mostram que há um excesso de nitrogenio e fosforo na microbacia, cerca de 15 e 26 Mg.ano-1, respectivamente, ocasionado principalmente pelo excesso de fertilizantes e adubos organicos aplicados no solo. Estes excedentes podem contaminar rios e lencois freaticos devido ao processo de escoamento superficial e lixiviacao. Alem disso, a analise dos indicadores emergeticos indicou a suinocultura como a atividade pecuaria com mais influencia na contaminacao ambiental da regiao, sendo a atividade menos sustentavel dentre as quatro analisadas. Esta atividade utiliza menos recursos renovaveis (Renovabilidade = 5,24%), requer mais energia (Transformidade = 588,477 seJ.J-1), apresenta menor potencial para exportacao dos recursos locais com maior emergia investida (EYR = 1,0), possui maior dependencia dos recursos da economia (EIR = 101,98) e apresenta alta carga ambiental (ELR = 18,08). Em contrapartida, a bovinocultura apresentou como a atividade mais sustentavel, com maior Renovabilidade (17,45%) e EYR (1,22), menor Transformidade (184,942 seJ.J-1), EIR (3,13) e ELR (4,73). Em relacao a utilizacao de biodigestores no tratamento de dejetos animais, os indicadores mostram que a incorporacao deste levou a uma melhora do sistema do ponto de vista ambiental. A Transformidade do sistema foi diminuida, houve uma producao maior de emergia pelo sistema diluindo a emergia requerida, uma diminuicao do valor do EIR e ELR, aumento da Renovabilidade e o pequeno aumento do EYR. O balanco economico dos quatro sistemas mostrou que todas as atividades sao lucrativas aos produtores apresentando valores de EER menores que 1, sendo que a incorporacao do biodigestor diminuiu o valor do EER, diminuindo a lucratividade do sistema. Assim, a area adicional de floresta calculada atraves da abordagem SANPP foi de 957 hectares enquanto que a area necessaria de terras umidas de florestas considerando o excedente de nutrientes foi de 6.000 hectares. Portanto, medidas mitigatorias no intuito de diminuir o uso de fertilizantes no solo e melhorar o uso de fontes nao renovaveis nos sistemas pecuarios se fazem necessarias / Abstract: The objective of this research was to evaluate the environmental sustainability of the Pine River watershed through the integrated use of Geographical Information System (GIS), Balance of nutrients and Emergy Analysis, assessment and through this understanding of subsidizing livestock production system and current provide potential benefits to the management of the watershed. Initially, we analyzed all properties with cattle ranching as the watershed to excess nutrients (nitrogen and phosphorus) and assess their environmental risk. Properties were then compared with different livestock activities (cattle, swine, poultry and swine with the use of digesters to treat manure) to evaluate which reported the highest surplus and which cause greater impact to the environment. And last estimates were made necessary areas of forests, using the methodology SANPP and necessary areas of wetlands, considering the surplus of nutrients, to mitigate the impact caused by cattle ranching. The results showed excess nitrogen and phosphorus in the watershed, about 15 and 26 mg year-1, respectively, caused mainly by the use of fertilizers and organic fertilizers applied to the soil. Such surpluses can contaminate rivers and groundwater as preprocesses runoff and leaching. Furthermore, analysis of emergy indicators showed the pig as the cattle industry with the greatest influence on environmental contamination in the region, being less sustainable the activity of the four analyzed. This activity uses less renewable resources (Renewability = 5.24%), requires more energy (Transformity = 588.477 seJ.J-1), has less potential for export of local resources with greater invested emergy (EYR = 1.0), higher depending on the resources of the economy (EIR = 101.98) and has a high environmental load (ELR = 18.08). In contrast, cattle represented the activity more sustainable. This activity has increased Renewability (17.45%) and EYR (1.22), lower value of Transformity (184.942 seJ.J-1), EIR (3.13) and ELR (4.73). Regarding the use of digesters to treat manure, the indicators showed that the incorporation of this technology has improved the system of the environmental point of view. The Transformity of the system was decreased, there was a greater production of the emerging system emerged diluting required, a decrease in the value of the index EIR, Renewability increased, ELR decreased and the small increase in EYR. The economic balance of the four systems showed that all activities are profitable for producers presenting EER values smaller than 1, and the incorporation of the digester decreased profitability due to decrease in value of the EER. Thus, the additional area calculated using the approach SANPP was 957 hectares while the area required for wetland forests considering the surplus of nutrients was 6,000 hectares. Therefore, mitigation measures in order to reduce the use of fertilizers in the soil and improve the use of non-renewable sources in livestock systems are needed / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:19:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watanabe_MarcosDjunBarbosa_D.pdf: 12354355 bytes, checksum: 2217565ceb1d984dcb8ad72e314a9171 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os sistemas de produção agrícola ocupam extensas áreas inseridas em bacias hidrográficas as quais, por sua vez, têm sua sustentabilidade afetada pela interferência de tais sistemas em seus ciclos biogeoquímicos. Apesar da importância do suprimento de energia e alimentos para a sociedade, outros bens e serviços são também fundamentais para o seu bem-estar. É o caso da água, que é um fator de produção para a indústria e agricultura, e também essencial para a manutenção dos domicílios e do comércio em áreas urbanas. Neste contexto, o presente trabalho pretende estudar de que maneira sistemas produtores de energia e alimentos afetam aqueles produtores de água na bacia do Taquarizinho. Este estudo construiu um modelo determinístico para simular e realizar a valoração dos fluxos hidrológicos em áreas ocupadas por agricultura, pastagens e mata nativa. O foco da pesquisa foi a comparação, ao longo do tempo, do valor monetário dos fluxos gerados por diferentes tipos de uso da terra (USD ha-1ano-1) para diferentes cenários de ocupação da bacia: Cerrado, sistema agroflorestal (SAF), agricultura convencional, agricultura de plantio direto, pastagem com manejo e pastagem sem manejo. A metodologia empregada utiliza o conceito de emergia para a valoração de serviços ambientais (e de áreas agrícolas), a qual atribui valor aos mesmos em equivalentes de dólar baseando-se na relação entre a energia dos inputs e o fluxo de massa de água para cada uma das entradas geradas pelo mesmo sistema. Além disto, vinculou-se o modelo hidrológico aos principais processos de sequestro e emissão de carbono na bacia, a fim de entender como o ciclo do carbono é afetado pelo ciclo hidrológico e quais os valores monetários relacionados a tais fluxos biogeoquímicos vinculados à captura de carbono na biomassa, na liteira e no solo. Os resultados do modelo denominado hidro-carbono revelam que há uma hierarquia em relação à prestação de serviços hidrológicos e do carbono, a qual é relacionada aos seguintes cenários, de maneira decrescente: Cerrado, sistema agroflorestal, pastagem com manejo, agricultura de plantio direto, pastagem sem manejo e agricultura convencional. Entende-se que os resultados monetários obtidos podem ser úteis para dar suporte aos mecanismos de compensação à proteção de sistemas produtores de água e carbono em bacias hidrográficas / Abstract: Agricultural production systems occupy large areas in river basins whose sustainability is affected by human interference on its biogeochemical cycles. Although food and energy production are important to human well-being, other goods and services are also fundamental to society. Water, for instance, is a production factor for industrial and agricultural sectors, and is also essential to household consumption placed in rural and urban areas. Thus, this research project studied how food and energy production systems affect the ecosystem services of water production and net carbon sequestration in Taquarizinho watershed. In order to do so, a deterministic model was used to simulate hydrological and carbon flows in areas occupied by agricultural activities, pastures and native vegetation. The model compares values of water and carbon-related ecosystem services (USD ha-1yr-1) over time under different land-use scenarios in Taquarizinho watershed: native savanna, agroforestry, conventional cropping system, no-tillage cropping system, degraded pastures and improved pasture management. The methodology used is in accordance to the emergy concept which makes possible ecosystem services valuation based on the ratio of energy inputs and mass outputs leaving the river basin. In the model, we coupled hydrological and carbon processes in order to understand how carbon cycle is affected by changes in land-use and hydrological processes. Results shown that there is an hierarchy related to water and carbon services provision, which is related to the following scenarios, in descending order: native savanna, agroforestry, improved pasture management, no-tillage cropping system, degraded pasture, and conventional cropping system. The results in this thesis may be useful to support public policy oriented to compensation mechanisms aimed at enhancing water and carbon-related ecosystem services at river basin level / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T20:14:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_LucasGoncalves_D.pdf: 3815596 bytes, checksum: da4afe640538859bcfe945a267dd855d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Tendências de crescimento econômico têm sido observadas tanto para o mundo como para o Brasil. No entanto, para se analisar o desempenho de um sistema, é fundamental contabilizar todos os fluxos de energia e material, o uso e a ocupação da terra, a taxa de uso de recursos renováveis e não renováveis, o bem estar social, e não só parâmetros econômicos. O presente estudo segue a visão segundo a qual, o uso de uma seleção de metodologias de avaliação do desempenho energético-ambiental apresenta resultados robustos, uma vez que os diferentes indicadores obtidos funcionam de maneira complementar. Foram aplicados os métodos de Avaliação Emergética, Análise de Energia Incorporada, Mochila Ecológica, Inventário de Emissões Indiretas, e Pegada Ecológica para o caso do Brasil em 2008, além do estado de São Paulo e do município de Campinas, em razão da importância para a economia nacional. Uma discussão acerca da relevância dos métodos selecionados foi feita e concluiu-se que a metodologia emergética é a mais robusta por lidar também com os aspectos econômicos e contabilizar as contribuições da natureza para os sistemas avaliados, porém é a que apresenta mais inconsistências devido à falta de padronização dos cálculos e de fatores de conversão confiáveis. A aplicação da metodologia à série história do Brasil demonstrou que o desempenho ambiental vem piorando de 1981 a 2008: a Renovabilidade caiu de 82 % para 45 %, a ELR subiu de 0,21 para 1,12, o ESI passou de 74,17 para 5,70 e a fração importada de emergia subiu de 6 % para 16 %. Por outro lado, no mesmo período, o PIB per capita aumentou de US$ 3.760 para US$ 9.355. Em 2008, verificou-se que o PIB per capita foi maior para Campinas com US$ 14.217, seguido por São Paulo com US$ 13.587. O estado e o município apresentaram alta dependência de recursos externos (91 % e 99 %) e baixa capacidade de suporte (0,08 e 0,04). Campinas apresentou valores per capita inferiores à média brasileira para materiais abióticos e para o Potencial de Aquecimento Global (GWP), e valores próximos em termos da demanda de água. O estado de São Paulo, por sua vez, apresentou valores muito superiores para esses indicadores se comparados aos outros dois casos. No entanto, o estado tem a maior participação na economia nacional com mais de 30 % do PIB do Brasil e é responsável por exportar grandes quantidades de produtos e energia para os outros estados. A riqueza econômica de Campinas não está associada a aspectos produtivos e de energia, e sim a uma economia baseada em serviços (polo de ensino e alta tecnologia), que ainda não são devidamente contabilizados pelas metodologias aplicadas. De uma maneira geral, foi possível perceber que os indicadores econômicos e os ambientais caminham em direções opostas, ou seja, o crescimento econômico está associado a um aumento do consumo e da demanda por materiais e energia, e consequente dependência por recursos não renováveis externos. Nesse sentido, o modelo de crescimento econômico acelerado proposto pelo governo federal deveria ser revisto tendo como ponto de partida um desenvolvimento baseado em menor consumo, maior preservação e recuperação das áreas florestais naturais, menor dependência de recursos estrangeiros e maior valorização dos produtos e dos recursos locais / Abstract: Economic growth tendencies have been observed for the world as well as for Brazil. However, in order to assess the performance of a system, it is important to account for all the energy and material flows, the use and the occupation of land, the use of renewable and nonrenewable resources, the social wellbeing, and not only economic parameters. This study follows the view according to which, the use of a selection of methodologies to evaluate the energetic environmental performance presents robust results, once the various indicators work in a complementary way. The following methods were applied: Emergy Evaluation, Embodied Energy Analysis, Ecological Rucksack, Indirect Emissions Inventory and Ecological Footprint to the case of Brazil in 2008, besides the state of Sao Paulo and the municipality of Campinas, due to their importance to the national economy. The relevancy of the selected methods was discussed and conclusion is that the emergy methodology is the most robust one for dealing with economic aspects as well as accounting for the contributions from nature to the systems. However it is the most inconsistent method due the lack of standardized calculations and trustful conversion factors. The evaluation applied to a historical series have shown that the environmental performance have been worsening from 1981 to 2008: Renewability has dropped from 82 % to 45 %, ELR increased from 0.21 to 1.12, ESI decreased from 74.17 to 5.70 and the emergy imported fraction rose from 6 % to 16 %. On the other hand, in the same period, the GDP per capita increased from US$ 3,760 to US$ 9,355. In 2008, the GDP per capita for Campinas was the highest with US$ 14,217 followed by Sao Paulo with US$ 13,587. The state of Sao Paulo and the municipality of Campinas presented high dependency on imported resources (91 % and 99 %) and low carrying capacity (0.08 and 0.04). However, Campinas has presented lower values that the national average for abiotic materials and GWP, and close values in terms of water demand. The state of Sao Paulo has the highest share of the national economy with over 30 % of the Brazilian GDP and it is responsible for large amounts of exported products and energy to other states. The economic wealth of Campinas is not associated with productive or energetic aspects, but with an economy based on services (center of learning and development of new technologies), which are not yet accounted by the applied methodologies. Generally, it is possible to observe that economic and environmental indicators tend to evolve in opposite directions, in other words, the economic growth is associated with an increase on the consumption and on the demand of materials and energy, and consequent dependency on nonrenewable imported resources. In this sense, the accelerated economic growth model proposed by the current Brazilian federal government should be reviewed having as basis the development based on low consumption, increased preservation and recuperation of natural forest areas, lower dependency on foreign resources and higher appreciation for local products and resources / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Enrique Ortega Rodriguez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Agostinho_FeniDalanoRoosevelt_M.pdf: 5515682 bytes, checksum: a618000c06cfd6ed0291a718a583842d (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Katia Tannous / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T10:09:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carmo_VadsonBastosdo_D.pdf: 3190982 bytes, checksum: 87f430efac9d75b830041bb4b9b8c866 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência da energia renovável de fontes alternativas de biomassas como matérias-primas em processos de geração de energia integradas a produção de etanol de cana-de-açúcar para utilização no período de entressafra desta matéria-prima ou de forma independente através de uma usina termelétrica. As fontes de biomassa analisadas foram as seguintes: resíduos agroindustriais (casca de arroz, jequitibá-rosa, caixeta), resíduos urbanos (poda de árvores e fibra de coco) e plantio e floretas energéticas (capim-elefante e eucalipto). As eficiências energéticas relativas das biomassas foram determinadas a partir de uma usina termoelétrica de referencia, considerando-se a mesma potência de IMW, a eficiência do processo de termoconversão e os índices energéticos consolidados para esta avaliação energética e emergética, usando-se a Análise Envoltória de Dados (DEA). A floresta enegética de eucalipto, o plantio de campim-elefante, o resíduo urbano da fibra-de-coco e os resíduos agroindustriais das madeiras caixeto e jequitibá-rosa apresentaram os melhores indices de eficiência energética renovável relativa, demonstrando que estas fontes de biomassas apresentaram desempenhos similares ou próximos ao abtido pelo bagaço da cana-de-açucar e, portanto, com potencial para substuí-la na geração de 7.776 kWh/ano de bioenergia, com sustentabilidade. O uso de biomassas alternativas para geração de energia elétrica na substituição do uso de combustíveis fósseis em unidades geradoras convencionais por uma usina termoelétrica movida a biomassa, pode mitigar 96.733 quilitoneladas de CO2 durante a expectativa de operação da planta, constribuindo para a redução de emissões de gases do efeito estufa e geração de energia mais limpa e renovável / Abstract: This study aimed to evaluate the efficiency of renewable energy from alternative sources of biomass as raw materials in processes of power generation integrated production of ethanol from sugarcane for use in the off-season this raw material or fromindependent through a thermoelectric plant. The sources of biomass were analyzed as follows: agroindustrial waste (rice husk, jequitibá rosa and caixeta woods), municipal waste (pruning trees and coconut fiber) and florest energy plantations (elephant grass and eucalyptus). The relative efficiency renewable energy of biomass were determined from a reference power plant, considering the same power of 1MW and the efficiency of the thermal conversion process were then consolidaded in an emergy index for this energy and emergy evaluation, using the Data Envelopment analysis (DEA). The eucalyptus forest, planting of elephant grass, urban waste fiber cocount and agroindustrial waste woods of caixeta and jequitibá rosa showed the highest index of renewable energy relative efficiency, demonstrating that these sources of biomass showed similar or close to that obtained from sugarcane performance and therefore have the potential to replace it in the generation of 7,776 kWh / year of bio-energy with sustainability. The use of alternative biomass for power generation in the replacement of fossil fuels in conventional generating units powered by a thermoelectric plant biomass can mitigate 96,733 kilotonnes of C02 over the expected plant operation, constributing to the reduction of greenhouse gases emissions and generation of cleaner and renewable energy / Doutorado / Engenharia Química / Doutor em Engenharia Química