Impurity optimized silicon is needed for the advancement of terrestrial photovoltaic power generation. In this study the possibility of producing solar grade silicon from rice husks has been pursued. An integrated process flowsheet was developed and practiced that included initial leaching, reduction of Rice husk ash (RHA) and post-reduction purification of silicon. Metallothermic reduction of purified RHA with magnesium was investigated within the temperature range of 500-950 oC. The reduction product was purified by two stage acid leaching sequence. Analysis of the final silicon powder product by XRD and ICP-OES showed crystalline silicon with boron content to be less than 3ppm- corresponding to reduction by a factor greater than 10, whilst the phosphorus content was reduced by a factor of over 20 and reaching less than 73ppm. The effects of temperature, magnesium amount and leaching agents were optimized in this study. A one step test melting was also carried out to convert the silicon powder into silicon chunks.

Impurity optimized silicon is needed for the advancement of terrestrial photovoltaic power generation. In this study the possibility of producing solar grade silicon from rice husks has been pursued. An integrated process flowsheet was developed and practiced that included initial leaching, reduction of Rice husk ash (RHA) and post-reduction purification of silicon. Metallothermic reduction of purified RHA with magnesium was investigated within the temperature range of 500-950 oC. The reduction product was purified by two stage acid leaching sequence. Analysis of the final silicon powder product by XRD and ICP-OES showed crystalline silicon with boron content to be less than 3ppm- corresponding to reduction by a factor greater than 10, whilst the phosphorus content was reduced by a factor of over 20 and reaching less than 73ppm. The effects of temperature, magnesium amount and leaching agents were optimized in this study. A one step test melting was also carried out to convert the silicon powder into silicon chunks.

O presente trabalho propõe o uso das cinzas de dois resíduos agroindustriais - casca de arroz e bagaço de cana-de-açúcar - como fonte de sílica (SiO2) para a síntese de sílicas mesoporosas altamente ordenadas. Esta aplicação, além de agregar valor aos resíduos, busca uma alternativa ao tetraetil ortossicato, uma fonte de sílica dispendiosa, cuja obtenção resulta em danos ambientais. Amostras de cascas arroz de quatro procedências distintas foram caracterizadas por termogravimetria/ termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise elementar de CHN. Com base nestes resultados, duas amostras foram selecionadas para obtenção de sílica. Outras duas amostras de bagaço de cana-de-açúcar de origens diferentes foram também caracterizadas por esta metodologia. Para melhor entender as etapas de degradação térmica da matéria orgânica, os resultados de TG/DTG foram associados aos de FT-IR e um estudo cinético por TG foi realizado. Diferentes tratamentos em meio ácido, com o objetivo de remover impurezas e reduzir o tempo necessário para calcinação dos materiais, foram realizados. O método escolhido para cada um dos materiais foi definido a partir dos testes e por avaliação de resultados de TG/DTG. As cinzas obtidas após calcinação em mufla dos materiais com e sem tratamento ácido prévio, foram caracterizadas por MEV/EDS, DRX e isotermas de adsorção/dessorção de N2. As cinzas das amostras com tratamento apresentaram maior pureza que as não tratadas e, para as obtidas a partir casca de arroz, foram amorfas e com alta área superficial BET (200-300 m2.g-1). A síntese de sílicas mesoporosas foi testada empregando-se as cinzas isoladas de amostras tratadas em meio ácido utilizando três rotas sintéticas diferentes. Em uma delas foi possível obter um material de morfologia esférica, com área superficial BET de cerca de 500 m2.g-1 e diâmetro de poro médio (BJH) de 4 nm. A caracterização por espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelou um ordenamento hexagonal dos poros. Um material de mesma morfologia foi obtido empregando-se silicato de sódio comercial ao invés das cinzas. Os materiais obtidos possuem potencial para diversas aplicações, destacando-se o uso no empacotamento de colunas para cromatografia líquida, encapsulação de fármacos com liberação controlada, catálise e suporte para deposição de materiais. / This work proposes the use of ashes of two agro-industrial wastes - rice husk and sugar cane bagasse - as a source of silica (SiO2) for the synthesis of highly ordered mesoporous silicas. This application, besides adding value to waste, aims an alternative to ortossicato tetraethyl, an expensive source of silica, whose obtaining causes environmental damage. Samples of rice husks from four different sources were characterized by thermogravimetry / derivative thermogravimetry (TG / DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and elemental CHN analysis. Based on these results, two samples were selected to obtain silica. Two other samples of sugar cane bagasse from different sources were also characterized by this methodology. To better understand the steps of thermal degradation of organic matter, the results of TG / DTG were associated with FT-IR and a kinetic study was performed by TG. Different treatments in an acid medium were carried out with the aim of removing impurities and reduce the time required for calcination of the materials. The method chosen for each material was defined from the tests and from evaluation of the results of TG / DTG. The ash obtained after the calcination of materials in muffle furnace, with and without prior acid treatment, were characterized by SEM / EDS, XRD and isotherms of adsorption/desorption of N2. The treated samples ashes showed higher purity than those not treated, and for those obtained from rice hulls were amorphous and with high BET surface area (200-300 m2.g-1). The synthesis of mesoporous silicas were tested employing the isolated ash samples treated in acid medium using three different synthetic routes. In one of them it was possible to obtain a spherical morphology material with BET surface area of 500 m2.g-1 and average pore diameter (BJH) of 4 nm. The characterization by small angle X-ray scattering (SAXS) showed a hexagonal ordering of the pores. A material with the same morphology was obtained employing commercial sodium silicate instead of the ash. The synthetized materials have potential for many applications, including packaging of liquid chromatography columns, encapsulation of drugs with controlled release, catalysis and support for deposition of materials.

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2018-05-25T14:22:20Z No. of bitstreams: 1 ANGÉLICA SOARES DA SILVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2014..pdf: 908548 bytes, checksum: 27e82fc2df5f8190bf2ee0b7b20117e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T14:22:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANGÉLICA SOARES DA SILVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2014..pdf: 908548 bytes, checksum: 27e82fc2df5f8190bf2ee0b7b20117e8 (MD5) Previous issue date: 2014-08 / A tendência do aproveitamento integral de resíduos da agroindústria, tais como: a casca de arroz, as fibras da casca de coco, bagaço da cana de açúcar, dentre outros, vem sendo uma necessidade e, ao mesmo tempo, um desafio tecnológico e ambiental para a indústria moderna e a sociedade. Por isso, esta pesquisa versa sobre o comportamento do resíduo da agroindústria (cascas de arroz), como suporte catalítico na impregnação da ferrita de níquel (NiFe2O4), para a síntese de biodiesel pelo método da hidroesterificação. As cascas de arroz foram calcinadas por 3h nas temperaturas de 500, 700 e 1000 ºC, e, em seguida, impregnadas com a Ferrita de Níquel (NiFe2O4) a 110 ºC, resultando nos catalisadores identificados por: NiFe2O4-CCA 500 ºC, NiFe2O4-CCA 700 ºC e NiFe2O4-CCA 1000 ºC. Os biodieseis foram sintetizados, separadamente, utilizando os referidos catalisadores através do método de hidroesterificação, no qual envolve as etapas de hidrólise, seguida da esterificação. Esta ultima etapa, foi realizada na razão óleo de algodão/álcool etílico de 1:6 com 1% do catalisador obtido, a 200 ºC por 2h. Os resultados apontaram que as propriedades físico-químicas, índices de acidez e viscosidade, estão dentro dos limites permitidos pela Legislação Brasileira, Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível (ANP), sendo que, o biodiesel sintetizado pelo catalisador a 500 ºC obteve os menores índices de acidez e viscosidade. As Curvas TG e DTG evidenciaram de três (BCat 500 ºC) a quatro (BCat 700 e 1000 ºC) etapas de decomposição térmica, atribuídas à volatilização e/ou decomposição dos ésteres de ácidos graxos etílicos (principalmente dos seus maiores componentes linoleato e oleato de etila). Essas curvas mostraram, ainda, temperaturas de estabilidade de cada produto, sendo o BCat 1000 ºC o mais estável em relação aos demais, atingindo temperatura de 226 ºC, proporcionando maior segurança ao biocombustível, no que concerne ao processo de armazenamento. Os espectros de absorção na região do infravermelho confirmaram a presença dos ésteres de ácidos graxos etílicos de banda vibracional com forte intensidade em 1749,7 cm-1. Em síntese, os resultados obtidos demonstraram ser satisfatórios, para o viés do objetivo, propondo uma alternativa de aplicação do resíduo da agroindústria (casca de arroz), a fim de reduzir um problema ambiental gerado por este no setor. / The tendency of comprehensive utilization of agro-industrial residues such as rice husk, the fibers of the coconut husk, bagasse of sugar cane, among others, has been a need and at the same time, a technological and environmental challenge for modern industry and society. Therefore this research deals with the agribusiness residue behavior (rice husks), as a catalyst support in the impregnation of nickel ferrite (NiFe2O4), for the biodiesel synthesis by the method of hidroesterification. The rice husks were calcined by 3 h at 500, 700 and 1000 ° C, and then impregnated with ferrite Nickel (NiFe2O4) at 110 °C, resulting in the catalysts identified by NiFe2O4-CCA 500 °C, NiFe2O4-CCA 700 ºC and NiFe2O4-CCA 1000 ºC. The biodiesels were synthesized separately using these catalysts by the method of hidroesterification, which involves the hydrolysis steps, followed by esterification. This last step was performed on reason cotton oil / ethanol 1:6 with 1% of the catalyst obtained, at 200 ° C by 2 h. The results showed that the physicochemical properties, acidity and viscosity levels, are within the limits allowed by Brazilian Legislation, the Petroleum, Natural Gas and Biofuels National Agency (ANP), since biodiesel synthesized by the catalyst at 500 °C presented the lowest levels of acidity and viscosity. The TG and DTG curves showed three (BCat 500 ºC) to four (BCat 700 and 1000 °C) steps of thermal decomposition, attributed to volatilization and /or decomposition of the ethyl fatty acids esters (mainly of its biggest linoleate and ethyl oleate components). These curves also showed temperature stability of each product, with the BCat 1000 °C more stable compared to the other, reaching a temperature of 226 ºC providing increased safety to the biofuel regarding to the storage process. Absorption spectra in the infrared region confirmed the presence of ethyl fatty acids esters with vibrational band with strong intensity at 1749.7 cm-1. In summary, the results proved demonstrated to be satisfactory for the purpose of the aim, offering an alternative of implementation of agribusiness residue (rice husks) to reduce an environmental problem generated by it in this sector.

O presente trabalho propõe o uso das cinzas de dois resíduos agroindustriais - casca de arroz e bagaço de cana-de-açúcar - como fonte de sílica (SiO2) para a síntese de sílicas mesoporosas altamente ordenadas. Esta aplicação, além de agregar valor aos resíduos, busca uma alternativa ao tetraetil ortossicato, uma fonte de sílica dispendiosa, cuja obtenção resulta em danos ambientais. Amostras de cascas arroz de quatro procedências distintas foram caracterizadas por termogravimetria/ termogravimetria derivada (TG/DTG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise elementar de CHN. Com base nestes resultados, duas amostras foram selecionadas para obtenção de sílica. Outras duas amostras de bagaço de cana-de-açúcar de origens diferentes foram também caracterizadas por esta metodologia. Para melhor entender as etapas de degradação térmica da matéria orgânica, os resultados de TG/DTG foram associados aos de FT-IR e um estudo cinético por TG foi realizado. Diferentes tratamentos em meio ácido, com o objetivo de remover impurezas e reduzir o tempo necessário para calcinação dos materiais, foram realizados. O método escolhido para cada um dos materiais foi definido a partir dos testes e por avaliação de resultados de TG/DTG. As cinzas obtidas após calcinação em mufla dos materiais com e sem tratamento ácido prévio, foram caracterizadas por MEV/EDS, DRX e isotermas de adsorção/dessorção de N2. As cinzas das amostras com tratamento apresentaram maior pureza que as não tratadas e, para as obtidas a partir casca de arroz, foram amorfas e com alta área superficial BET (200-300 m2.g-1). A síntese de sílicas mesoporosas foi testada empregando-se as cinzas isoladas de amostras tratadas em meio ácido utilizando três rotas sintéticas diferentes. Em uma delas foi possível obter um material de morfologia esférica, com área superficial BET de cerca de 500 m2.g-1 e diâmetro de poro médio (BJH) de 4 nm. A caracterização por espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) revelou um ordenamento hexagonal dos poros. Um material de mesma morfologia foi obtido empregando-se silicato de sódio comercial ao invés das cinzas. Os materiais obtidos possuem potencial para diversas aplicações, destacando-se o uso no empacotamento de colunas para cromatografia líquida, encapsulação de fármacos com liberação controlada, catálise e suporte para deposição de materiais. / This work proposes the use of ashes of two agro-industrial wastes - rice husk and sugar cane bagasse - as a source of silica (SiO2) for the synthesis of highly ordered mesoporous silicas. This application, besides adding value to waste, aims an alternative to ortossicato tetraethyl, an expensive source of silica, whose obtaining causes environmental damage. Samples of rice husks from four different sources were characterized by thermogravimetry / derivative thermogravimetry (TG / DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and elemental CHN analysis. Based on these results, two samples were selected to obtain silica. Two other samples of sugar cane bagasse from different sources were also characterized by this methodology. To better understand the steps of thermal degradation of organic matter, the results of TG / DTG were associated with FT-IR and a kinetic study was performed by TG. Different treatments in an acid medium were carried out with the aim of removing impurities and reduce the time required for calcination of the materials. The method chosen for each material was defined from the tests and from evaluation of the results of TG / DTG. The ash obtained after the calcination of materials in muffle furnace, with and without prior acid treatment, were characterized by SEM / EDS, XRD and isotherms of adsorption/desorption of N2. The treated samples ashes showed higher purity than those not treated, and for those obtained from rice hulls were amorphous and with high BET surface area (200-300 m2.g-1). The synthesis of mesoporous silicas were tested employing the isolated ash samples treated in acid medium using three different synthetic routes. In one of them it was possible to obtain a spherical morphology material with BET surface area of 500 m2.g-1 and average pore diameter (BJH) of 4 nm. The characterization by small angle X-ray scattering (SAXS) showed a hexagonal ordering of the pores. A material with the same morphology was obtained employing commercial sodium silicate instead of the ash. The synthetized materials have potential for many applications, including packaging of liquid chromatography columns, encapsulation of drugs with controlled release, catalysis and support for deposition of materials.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice husk is a subproduct of the food industry, rich in carbohydrates, which can be partially fractionated and converted into fermentable sugars. In this work, it was investigated the best conditions for the conversion of the residual biomass, rice husks, into succinic acid, an important start molecule for the synthesis of the chemo-pharmaceutical industry. With the goal of the separation of lignin and transformation of cellulose and hemicellulose into sugars, the rice husks were submitted, initially, to acid hydrolysis, in autoclave and in pressurized polytetrafluoroethylene reactor. The hydrolysis conditions were optimized by factorial design for the pressurized acid hydrolysis; temperature, time and acid catalyst concentration (HCl or H2SO4) were evaluated. For the acid hydrolysis in autoclave, it was optimized the ratio rice husks mass: acid volume, time and concentration of HCl or H2SO4. It was observed that the sugar production by using autoclave was lower than by the pressurized hydrolysis system, needing further concentration of the hydrolysate for the subsequent fermentation step. The best results were obtained with the polytetrafluoroethylene reactor, by 59 bar, with HCl 0,26 mol L-1, at 175°C and reaction time of 46 min, yielding 19.0 g L- 1 of glucose and 3.01 g L- 1 of xylose. The efficiency of different detoxification methods of the hydrolyzed rice husk were evaluated; the combined method of pH adjustment plus adsorption on active carbon was the most effective by eliminating inhibitors, without appreciable reduction of the sugar concentration. The detoxified hydrolysate was sterilized and adjusted at pH 7 and fermented with A. succinogenes at 37 ° C, in anaerobic medium, occurring the conversion of the two main monosaccharides, glucose and xylose, into succinic acid. The nutrient concentration and the agitation rate of the medium were also optimized by factorial design. As a result, after 54 h of static fermentation, the hydrolysate was supplemented with 8.40 g L-1 yeast extract and 1.40 g L -1 of NaHCO3, to yield 59.9% succinic acid. Almost all of the sugar at this time was consumed and converted to succinic acid; at the same time, acetic and formic acid are formed, but, in low concentrations related to the production of succinic acid, not compromising the yield of the process. For the succinic acid extraction and purification, the fermentate was submitted to the solid phase extraction procedure; cartridges with different extraction phases were tested, and among them, the ion exchange one was the only effective, with recoveries up to 96%. After solid phase extraction, the eluted solution, containing 12.05 g L- 1 succcinic acid, was lyophilized, and crystals of succinic acid with 80.7% (m m- 1) were obtained. The raw material used in the bioprocess has no commercial value, representing a zero cost carbon source, which reveals itself adequate to the succinic acid production by fermentation with A. succinogenes, after hydrolysis. The use of the residual rice husk can contribute to the mitigation of the environmental impact resulting from the illegal discharge in the environment. / A casca de arroz é um subproduto da indústria de alimentos, rico em carboidratos, que pode ser fracionada e, parcialmente, convertida em açúcares fermentescíveis. Neste trabalho, investigou-se as melhores condições para a conversão da biomassa residual, casca de arroz, em ácido succínico, importante insumo para a síntese industrial farmoquímica. Com o objetivo de separação da lignina e transformação da celulose e da hemicelulose em açúcares, a casca de arroz foi submetida, inicialmente, à hidrólise ácida em autoclave e em reator de politetrafluoretileno, à pressão. As condições de hidrólise foram otimizadas através de planejamento fatorial, sendo avaliado na hidrólise ácida pressurizada, a influência da temperatura, do tempo e da concentração do catalisador ácido (HCl ou H2SO4); já, na hidrólise em autoclave, otimizou-se a relação massa de casca de arroz : volume de solução ácida, tempo e concentração de HCl ou H2SO4. Observou-se que a produção de açúcares em autoclave é inferior à do sistema de hidrólise à pressão, necessitando, inclusive, concentração do hidrolisado para utilização na etapa fermentativa. Os melhores resultados foram obtidos com o reator de politetrafluoretileno, à pressão de 59 bar, com 0,26 mol L-1 de HCl, temperatura de 175 °C e tempo de reação de 46 min, produzindo-se 19 g L-1 de glicose e 3,01 g L-1 de xilose. Avaliou-se a eficiência de diferentes métodos de destoxificação do hidrolisado de casca de arroz, sendo o método combinado, de ajuste de pH seguido de adsorção em carvão ativado, o mais eficaz na eliminação de inibidores, sem redução apreciável da concentração de açúcares. O hidrolisado destoxificado foi esterilizado, ajustado a pH 7 e fermentado com A. succinogenes, à 37 ºC, em meio anaeróbio, ocorrendo a conversão dos monossacarídeos predominantes, glicose e xilose, em ácido succínico. A concentração dos nutrientes e a velocidade de agitação do meio também foram otimizadas por meio de planejamento fatorial. Após 54 h de fermentação estática do hidrolisado, suplementado com 8,40 g L-1 de extrato de levedura e 1,40 g L-1 de NaHCO3, o rendimento em ácido succínico foi de 59,9%. Praticamente, toda a concentração de açúcar é consumida neste tempo e convertida em ácido succínico; simultaneamente, formam-se ácido acético e fórmico, porém, em baixas concentrações em relação à produção de ácido succínico, não comprometendo o rendimento do processo. Para a extração e purificação do ácido succínico, o fermentado foi submetido ao procedimento de extração em fase sólida; cartuchos com diferentes fases extratoras foram testados, e, dentre eles, somente o de troca iônica se mostrou efetivo, com recuperação de até 96,0%. Após a extração, o eluido da extração em fase sólida, contendo 12,0 g L-1 de ácido succínico foi liofilizado, obtendo-se cristais com pureza de 80,7% (m m-1). A matéria-prima utilizada no bioprocesso, casca de arroz, não tem valor comercial, representando fonte de carbono de custo zero, que se revelou adequada à produção de ácido succínico por meio de fermentação com A. succinogenes, após hidrólise. O aproveitamento da casca de arroz residual pode contribuir para a mitigação do impacto ambiental resultante da disposição ilegal no ambiente.

A demanda por recursos para o desenvolvimento de produtos se tornou uma importante área de pesquisa no início do século 21. O desperdício e o descarte de recursos, sem preocupação alguma com o meio ambiente, era uma atitude corriqueira, e sem grande importância para a sociedade global. Entretanto, o elevado custo para a extração de matérias-primas do meio ambiente, bem como a redução dos recursos no planeta, fez com que a indústria recorresse ao reaproveitamento de materiais ao longo de toda a cadeia de desenvolvimento de produtos bem como ao uso consciente de cada elemento. A partir da integração de conhecimentos das áreas de engenharia, foi identificada a necessidade de entender as influências das abordagens ecoinovadoras no desenvolvimento de produtos para a indústria. Assim essa tese tem por objetivo geral propor estratégias para desenvolvimento de produtos baseadas na ecoinovação como contribuição à melhoria da sustentabilidade de organizações. Os objetivos específicos são: (i) definir o conceito de ecoinovação através de uma pesquisa e avaliar exemplos brasileiros de acordo com sua definição; (ii) propor a criação de um produto ecoinovador através da aplicação dos conceitos de ecoeficiência e da filosofia ZERI; (iii) criar uma solução ecoinovadora para a geração de produtos desenvolvidos através do projeto berço-a-berço como alternativa para a redução dos resíduos sólidos; (iv) desenvolver e analisar as características físico-químicas de um compósito ecoinovador elaborado a partir de resíduos de casca de arroz e resíduos de MDF para aplicações de absorvedores de radiações eletromagnéticas; (v) criar um absorvedor piramidal de radiações eletromagnéticas baseado num compósito ecoinovador. Para atingir os objetivos desta tese foram utilizados, métodos e conhecimentos, para a geração de novos produtos com base em recursos obtidos através do reaproveitamento de resíduos. Também foram usadas estratégias que minimizam os impactos ambientais destes novos produtos concebidos no conceito da ecoinovação. Testes experimentais foram realizados com os produtos ecoinovadores desenvolvido por meio dessas abordagens. Os resultados envolveram a obtenção de conhecimento científico acerca do tema do desenvolvimento de produtos ecoinovadores para a melhoria da sustentabilidade de organizações, bem como protótipos, apresentados na forma de cinco estudos científicos. / The demand for resources to product development has become an important research area in the early 21st century Waste and the disposal of resources without any concern for the environment, was a commonplace attitude, and without great importance for society global. However, the high cost for the extraction of raw materials from the environment, and the reduction of resources on the planet, made the industry resort to reuse of materials throughout the product development chain and the conscious use of each element. From the integration of knowledge from engineering, we identified the need to understand the influences of ecoinovadoras approaches in product development for the industry. So this thesis has the objective to propose strategies for product development based on eco-innovation as a contribution to improving the sustainability of organizations. The specific objectives are: (i) define the concept of eco-innovation through research and evaluate Brazilian examples according to their definition; (ii) propose the creation of a ecoinovador product through the application of the concepts of eco-efficiency and ZERI philosophy; (iii) create a ecoinovadora solution for the production of products developed through the cradle-to-cradle design as an alternative to the reduction of solid waste; (iv) develop and analyze the physical and chemical characteristics of a ecoinovador composite made from rice husks and MDF waste for absorbers of electromagnetic radiation applications; (v) create a pyramidal absorber of electromagnetic radiation based on a composite ecoinovador. To achieve the objectives of this thesis were used, methodologies and knowledge to generate new products based on resources obtained through the reuse of waste. Also were used strategies that minimize the environmental impacts of these new products designed on the concept of eco-innovation. Experimental tests were performed with the ecoinovadores products developed through these approaches. The results involved obtaining scientific knowledge about ecoinovadores product development theme for improving the sustainability of organizations, as well as prototypes, presented as five scientific studies.

A demanda por recursos para o desenvolvimento de produtos se tornou uma importante área de pesquisa no início do século 21. O desperdício e o descarte de recursos, sem preocupação alguma com o meio ambiente, era uma atitude corriqueira, e sem grande importância para a sociedade global. Entretanto, o elevado custo para a extração de matérias-primas do meio ambiente, bem como a redução dos recursos no planeta, fez com que a indústria recorresse ao reaproveitamento de materiais ao longo de toda a cadeia de desenvolvimento de produtos bem como ao uso consciente de cada elemento. A partir da integração de conhecimentos das áreas de engenharia, foi identificada a necessidade de entender as influências das abordagens ecoinovadoras no desenvolvimento de produtos para a indústria. Assim essa tese tem por objetivo geral propor estratégias para desenvolvimento de produtos baseadas na ecoinovação como contribuição à melhoria da sustentabilidade de organizações. Os objetivos específicos são: (i) definir o conceito de ecoinovação através de uma pesquisa e avaliar exemplos brasileiros de acordo com sua definição; (ii) propor a criação de um produto ecoinovador através da aplicação dos conceitos de ecoeficiência e da filosofia ZERI; (iii) criar uma solução ecoinovadora para a geração de produtos desenvolvidos através do projeto berço-a-berço como alternativa para a redução dos resíduos sólidos; (iv) desenvolver e analisar as características físico-químicas de um compósito ecoinovador elaborado a partir de resíduos de casca de arroz e resíduos de MDF para aplicações de absorvedores de radiações eletromagnéticas; (v) criar um absorvedor piramidal de radiações eletromagnéticas baseado num compósito ecoinovador. Para atingir os objetivos desta tese foram utilizados, métodos e conhecimentos, para a geração de novos produtos com base em recursos obtidos através do reaproveitamento de resíduos. Também foram usadas estratégias que minimizam os impactos ambientais destes novos produtos concebidos no conceito da ecoinovação. Testes experimentais foram realizados com os produtos ecoinovadores desenvolvido por meio dessas abordagens. Os resultados envolveram a obtenção de conhecimento científico acerca do tema do desenvolvimento de produtos ecoinovadores para a melhoria da sustentabilidade de organizações, bem como protótipos, apresentados na forma de cinco estudos científicos. / The demand for resources to product development has become an important research area in the early 21st century Waste and the disposal of resources without any concern for the environment, was a commonplace attitude, and without great importance for society global. However, the high cost for the extraction of raw materials from the environment, and the reduction of resources on the planet, made the industry resort to reuse of materials throughout the product development chain and the conscious use of each element. From the integration of knowledge from engineering, we identified the need to understand the influences of ecoinovadoras approaches in product development for the industry. So this thesis has the objective to propose strategies for product development based on eco-innovation as a contribution to improving the sustainability of organizations. The specific objectives are: (i) define the concept of eco-innovation through research and evaluate Brazilian examples according to their definition; (ii) propose the creation of a ecoinovador product through the application of the concepts of eco-efficiency and ZERI philosophy; (iii) create a ecoinovadora solution for the production of products developed through the cradle-to-cradle design as an alternative to the reduction of solid waste; (iv) develop and analyze the physical and chemical characteristics of a ecoinovador composite made from rice husks and MDF waste for absorbers of electromagnetic radiation applications; (v) create a pyramidal absorber of electromagnetic radiation based on a composite ecoinovador. To achieve the objectives of this thesis were used, methodologies and knowledge to generate new products based on resources obtained through the reuse of waste. Also were used strategies that minimize the environmental impacts of these new products designed on the concept of eco-innovation. Experimental tests were performed with the ecoinovadores products developed through these approaches. The results involved obtaining scientific knowledge about ecoinovadores product development theme for improving the sustainability of organizations, as well as prototypes, presented as five scientific studies.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Lignocellulosic agroindustrial wastes, such as rice husks (RH), are abundant, low cost, renewable sources, available to biotransformation in value-added products. Thus, the main objective of this study was to investigate the use of RH with the purpose of its biotransformation in lactic acid (LacA) starting from hydrolysates of this residual biomass. At the same time, aiming to contribute to the mitigation of the growing environmental concern about the illegal disposal of this waste in the State of Rio Grande do Sul the biggest Brazilian rice producer. For this, a central composite rotational design (CCRD) of the hydrolysis experiments of RH in pressurized conversion system with diluted HCl and H2SO4, revealed that experiments conducted at 175 °C, for 46 min, with acid concentrations of 2.2% v v-1, generate the highest glucose contents. For hydrolysis involving HCl, 17.8 g glucose L-1, with an yield of 106.6 mg glucose g-1 RH; for hydrolysis with H2SO4, 14.1 g glucose L-1, with an yield of 84.5 mg glucose g-1 RH. Previous fermentative experiments were carried out with the aim to select resilient and efficient micro-organisms for the LacA production and, also, to evaluate the need of supplementation of the RH hydrolyzate with specific nutrients. L. rhamnosus, in this study, was the most suitable bacteria for the lactic fermentation, among all the Lactobacillus tested, being able to to produce 5.6 g LacA L-1, with a yield of 33.8 mg LacA g-1 RH (hydrolysed with HCl, without nutrient addition, 96 h fermentation). The acid hydrolysis, in this particular case, was carried out at 160 °C, for 70 min, using 4.0% HCl v v-1, generating 14.7 g glucose L-1. The lactic fermentation via CCRD was batch conducted in 4 mL vials, at 37 °C, pH 6.0, using L. casei subsp. rhamnosus ATCC 10863, specialized in catabolization of both hexoses and pentoses (except arabinose). Experiments with RH hydrolysates containing nutrients added produced up to 18.8 g LacA L-1 (maximum yield of 997,1 mg LacA g-1 sugars) in substrate hydrolyzed with HCl, after 52 h fermentation; and 14.6 g LacA L-1 (maximum yield of 999.8 mg LacA g-1 sugars) in substrate hydrolyzed with H2SO4, after 24 h fermentation. Therefore, in this study, the choices of most influence in the LacA production were fermentation with sulfuric acid and employment of L. rhamnosus. / Resíduos lignocelulósicos agroindustriais, como a casca de arroz (CA), são fontes renováveis, abundantes e de baixo custo, disponíveis para a biotransformação em produtos com valor agregado. O principal objetivo deste trabalho foi investigar o aproveitamento da CA com vistas à sua biotransformação em ácido láctico (ALac), partindo-se de hidrolisados desta biomassa residual. Ao mesmo tempo, objetivou-se contribuir para a mitigação do crescente problema ambiental decorrente da disposição irregular deste resíduo no estado do Rio Grande do Sul, maior produtor brasileiro. Para tanto, o delineamento composto central rotacional (DCCR) do planejamento experimental da hidrólise ácida da CA em sistema de conversão à pressão, com HCl e H2SO4 diluídos, revelou que, experimentos conduzidos a 175 °C, por 46 min, com concentração de 2,2% (v v-1) de ácido, produziram os teores máximos de glicose. Para hidrólises envolvendo HCl, teor de 17,8 g de glicose L-1, com rendimento de 106,6 mg de glicose g-1 CA; para hidrólises com H2SO4, teor de 14,1 g de glicose L-1, com rendimento de 84,5 mg de glicose g-1 CA. Ensaios fermentativos prévios foram feitos com o intuito de selecionar micro-organismos resilientes e eficientes para a produção de ALac e, também, para avaliar a necessidade de suplementação do hidrolisado da CA com nutrientes específicos. L. rhamnosus, neste trabalho, foi a bactéria mais apropriada à fermentação láctica, dentre os Lactobacillus testados, sendo capaz de produzir 5,6 g ALac L-1, com rendimento de 33,8 mg ALac g-1 CA (hidrolisado com HCl, sem adição de nutrientes, 96 h de fermentação). A hidrólise ácida, neste caso específico, foi feita a 160 °C, por 70 min, com 4,0% HCl v v-1, gerando 14,7 g L-1 de glicose. A fermentação láctica via DCCR foi conduzida em vials de 4 mL, em batelada, a 37 °C, pH 6,0, empregando-se L. casei subsp. rhamnosus ATCC 10863, cepa especializada em catabolização de hexoses e pentoses (exceto arabinose). Experimentos com hidrolisados da CA adicionados de nutrientes produziram até 18,8 g ALac L-1 (rendimento máximo de 997,1 mg ALac g-1 açúcares) em substrato hidrolisado com HCl, após 52 h de fermentação; e 14,6 g ALac L-1 (rendimento máximo de 999,8 mg ALac g-1 açúcares) em substrato hidrolisado com H2SO4, após 24 h de fermentação. Portanto, neste trabalho, as escolhas de maior influência na produção de ALac foram a fermentação com hidrolisado sulfúrico e emprego de L. rhamnosus.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Rice Husks (RH) can be regarded as an abundant lignocellulosic raw material in the Brazilian southern(se for somente regiões do RS, SC e PR fica South region, senão, tá ok) region, renewable and practically without economic added value able to be bioconverted into industrial and pharmochemical products of great interest. The main objective of this dissertation was to search the use of RH for the production of itaconic acid (IA) and, simultaneously, to contribute to the mitigation of a serious environmental problem arising from the improper disposal of the processing residues. For this, RHs were submitted to pressurized acid hydrolysis with diluted HNO3 and H3PO4in accordance with a statistical multivariate planning using Central Composite Rotatable Design (DCCR). The experiments showed that, at 145 °C and reaction time of 28 min, with 3,4% (v v-1) H3PO4, it was produced 44,4 g sugar L-1, by yield of 266,4 mg sugar g-1 RH. By using 3,76% (v v-1) HNO3, the best experimental was 135 ºC and reaction time of 35 min, resulting on a 42,0 g sugar L-1, by yield of 252,0 mg sugar g-1RH. Compared to the results obtained before in our group for chloridric RH hydrolysis, the outcomes of this work were better, considering the concomitant liberation of glucose, xylose and arabinose. However, no additional benefit was found by applying a RH pretreatment with NaOH and NH4OH. Previous fermentative tests were made to find the best conditions for the grown of the Aspergillus terreus (ATCC 7860) fungus in RH hydrolysate, submitting the fermentative process to a central compound experimental design in blocks, evaluating the variables initial pH, temperature, use of yeast extract (YE) and RH origin. 20 mL flasks were used for the batch experiments. The best experiment produced 1,9 g IA L-1, by yield of 132 mg AI g-1 sugars (or 11,4 mg AI g-1 RH), using chloridric hydrolysate (0,8% HCl v v-1), 145 ºC and reation time of 46 min; detoxification with CaO, fermentation medium 50:50 hydrolysate : potato dextrose solution, with 10,0 g YE L-1, initial pH 6,0, 152 h fermentation). The used analytical techniques were HPLC-DAD and -RID, and UV-visible spectrophotometry, including the figures-of-merit and validation of the developed methodologies. It was possible to demonstrate the viability of the production processes of IA from RH, in laboratory scale, contributing to the efforts to the development of the biotechnological research and scientific innovation. / A casca de arroz (CA) pode ser considerada matéria-prima lignocelulósica abundante na região sul-brasileira, renovável e quase sem valor comercial - passível de bioconversão em produtos de grande interesse industrial e farmoquímico. O principal objetivo deste trabalho foi investigar o aproveitamento da CA na produção de ácido itacônico (AI) e, simultaneamente, contribuir para a mitigação de grave problema ambiental oriundo da disposição imprópria deste resíduo de beneficiamento. Para tanto, a CA foi submetida à hidrólise ácida à pressão segundo planejamento estatístico multivariado, usando-se delineamento composto central rotacional (DCCR) para as hidrólises com HNO3 e H3PO4 diluídos. Os experimentos revelaram que, a 145 °C e 28 min de reação, com 3,4% (v v-1) H3PO4, foram produzidos 44,4 g de açúcar L-1, com rendimento de 266,4 mg de açúcar g-1 CA. Empregando-se 3,76% (v v-1) HNO3, a melhor condição experimental foi 135 ºC e 35 min de reação, produzindo-se 42,0 g açúcar L-1, com rendimento de 252,0 mg de açúcar g-1 CA. Comparados a resultados de hidrólises com HCl de trabalhos anteriores desenvolvidos no grupo, os resultados foram superiores, considerando-se a liberação concomitante de glicose, xilose e arabinose. Nenhum benefício adicional foi obtido, porém, com o pré-tratamento da CA com NaOH e NH4OH. Ensaios fermentativos prévios foram feitos com o intuito de encontrar-se as condições mais adequadas ao crescimento do fungo Aspergillus terreus (ATCC 7860) no hidrolisado de CA, submetendo-se o processo fermentativo a planejamento experimental composto central, em blocos, avaliando-se as variáveis pH inicial do meio, temperatura, uso de extrato de levedura (EL) e origem da CA. Utilizaram-se frascos de 20 mL para os experimentos em batelada. O melhor experimento foi aquele que produziu 1,9 g AI L-1, com rendimento de 132 mg AI g-1 açúcares (ou 11,4 mg AI g-1 CA), usando-se hidrolisado clorídrico (0,8% HCl v v-1), temperatura de 145 ºC e 46 min de reação; destoxificação com CaO, meio de fermentação 50:50 hidrolisado : solução de dextrose de batata, com 10,0 g EL-1, pH inicial 6,0, 152 h de fermentação). As técnicas analíticas utilizadas foram HPLC-DAD e -RID, e Espectrofotometria UV-vis, apresentando-se figuras-de-mérito e validação das metodologias desenvolvidas. Foi possível demonstrar a viabilidade do processo de produção de AI a partir da CA, em escala de laboratório, contribuindo-se para o esforço do desenvolvimento da pesquisa biotecnológica e da inovação científica.