A necessidade de desenvolver novos materiais que atendam aos aspectos econômicos e ambientais leva à busca de se fazer uso dos recursos naturais para várias aplicações tecnológicas. Assim, o desenvolvimento de materiais compósitos poliméricos utilizando fibras naturais como reforço é crescente, e vem ocupando novos segmentos de mercado, devido ao baixo custo das fibras, biodegradabilidade, menor densidade e boas propriedades mecânicas. Este trabalho teve como objetivo a separação dos principais componentes da palha e do bagaço de cana-de-açúcar para a obtenção de insumos químicos com maior valor econômico, sendo proposta a obtenção e caracterização da celulose, que será utilizada como reforço, e da lignina que atuará como agente compatibilizante em compósitos poliméricos. Para alcançar os objetivos propostos no projeto, foi realizado o pré-tratamento por ácido diluído da palha e do bagaço de cana-deaçúcar, seguido de uma etapa de deslignificação com NaOH. As polpas de bagaço e de palha foram submetidas a um pré-branqueamento com xilanase e a um branqueamento composto de extração alcalina, quelação com EDTA e tratamento com peróxido de hidrogênio. O licor negro foi acidificado para que as ligninas precipitassem. Após lavagem, secagem e maceração, as ligninas obtidas foram submetidas ou não à oxidação química em meio ácido com peróxido de hidrogênio. Além da caracterização química das frações a cada etapa do processamento, foram determinados o número Kappa, viscosidade, e também foram feitas medidas de DRX e MEV. A confirmação e extensão da reação de oxidação das ligninas foi avaliada por RMN, FTIR, MEV e TGA/DSC. Os compósitos foram obtidos por mistura em homogeneizador termocinético de alta intensidade e, depois de injetados, caracterizados por ensaios mecânicos, análises térmicas, microscopia, FTIR, medidas de ângulo de contato e energias de superfície, absorção de água e sorção dinâmica de vapor. Os resultados obtidos por meio da caracterização química, número Kappa e viscosidade indicaram expressiva remoção de hemiceluloses e de lignina durante todas as etapas de obtenção da celulose branqueada, tanto de bagaço quanto de palha, mas também houve significativa perda de celulose. Os resultados de DRX mostraram significativa diminuição da cristalinidade da celulose, para as duas biomassas estudadas. Os resultados de FTIR e RMN confirmaram a mudança na estrutura das ligninas após a oxidação. O tempo de mistura dos compósitos variou com a composição e/ou presença ou não de lignina/lignina oxidada. Nas análises de TGA observou-se que os compósitos PP/celulose sem a adição de lignina/lignina oxidada apresentaram temperatura inicial de decomposição menor do que os compósitos nos quais utilizou-se a lignina como aditivo. As curvas de DSC dos compósitos apresenta perfil e picos de temperatura e entalpias de fusão semelhantes ao PP puro. A lignina não tem notável efeito sobre as propriedades mecânicas dos compósitos, sendo que a melhora nestas propriedades é principalmente devido à incorporação das fibras de celulose. As imagens de MEV para as ligninas mostraram o grande efeito da oxidação sobre a superfície deste material. A análise do ângulo de contato estático para ligninas mostrou que a oxidação produziu um material mais hidrofóbico. As energias de superfície mostraram que os compósitos têm uma superfície mais hidrofóbica do que o PP puro. As curvas de FTIR dos materiais mostraram-se bastante similares, porém as maiores diferenças foram na intensidade das bandas correspondentes aos grupos hidroxila presentes nas fibras e, aos anéis aromáticos da estrutura da lignina. Os resultados DVS mostraram que a absorção de umidade dos compósitos é muito baixa, e corrobora os resultados de absorção de água. / The need of developing new materials that attend economic and environmental aspects leads to the search of using natural resources for various technological applications. Thus, the development of polymeric composite materials using natural fibers as reinforcement is growing, and occupying new market segments, due to the low cost of fibers, biodegradability, low density and good mechanical properties. This work aimed to separate the main components of sugarcane straw and bagasse for obtaining chemical products with higher economic value, it proposes the obtaining and characterization of cellulose, which will be used as a reinforcement, and of the lignin that will act as coupling agent in polymeric composites. To achieve these objectives, it was carried out a dilute acid pretreatment of straw and bagasse of sugar cane, followed by a step of delignification with NaOH. The pulps of bagasse and straw were submitted to a pre-bleaching with xylanase and a bleaching step, composed by an alkaline extraction, EDTA chelation and a treatment with hydrogen peroxide. The black liquor was acidified for the precipitation of the lignins. After washing, drying and milling, the lignins obtained were subjected or not to an oxidation reaction in acid medium with hydrogen peroxide. In addition to the chemical characterization of the fractions at each stage of processing, the Kappa number and viscosity were determined, and it was also made measures of DRX and MEV for bagasse and straw. The confirmation of the oxidation reaction of the lignins was analysed by NMR, FTIR, MEV and TGA/DSC. The composites were obtained by mixing in thermokinetic mixer and once injected, they were characterized by mechanical tests, thermal analysis, microscopy, FTIR, contact angle and surface energies, water absorption and dynamic vapor sorption. The results obtained by the chemical characterization, Kappa number and viscosity indicated a great solubilization of hemicelluloses and lignin during all stages of production of bleached cellulose, both from bagasse and straw, but it was also observed an expressive cellulose loss. The results of DRX showed a great decrease of cellulose crystallinity, for both biomasses, demonstrating that the removal of hemicellulose and lignin affected the structure of cellulose. The FTIR and NMR results confirmed the change in structure of the lignins after oxidation. The mixing time of composites varied with the composition and the presence or absence of lignin/oxidized lignin. From TGA analyses it was observed that the composites PP/cellulose without the addition of oxidized lignin/lignin showed an initial degradation temperature lower than the composites in which lignin was used as an additive. The DSC curves of composites presents profile and temperature peaks and enthalpies of fusion similar to pure PP. Lignin has no remarkable effect on the mechanical properties of the composites, and the improvement in these properties is mainly due to the incorporation of the cellulosic fibers. MEV pictures of lignins showed that the oxidation had a great effect on the surface of this material. From the analysis of the static contact angle for lignins, it was observed that the oxidation produced a more hydrophobic material. The energies of surface showed that the composites have a more hydrophobic surface than the pure PP. FTIR curves of materials were quite similar, however the greatest differences were in the intensity of the bands corresponding to the hydroxyl groups present in the fibers and the aromatic rings of lignin structure. DVS results showed that the moisture absorption of composites is very low, and corroborates the results of water absorption.

The usage of crop residues, among other lignocellulosic biomass, has being considered a promising alternative feedstock for bioenergy (i.e., second generation ethanol - ethanol 2G and bioelectricity) production. With the adoption of sugarcane-mechanical harvesting in Brazil, in average 15 Mg ha-1 of straw are left on the field annually. Partial straw removal for bioenergy production has become a common practice, while partial straw retention on the field ensures several benefits for the soil-plant system. Efforts have being done in order to establish the best route to straw recovery from the field and defining the amount which meeting both needs. Thus, the aims of this study were: i) to establish a step-by-step guidelines to straw recovery from the field; ii) to determine the implications of increasing rates of straw removal on plant growth, stalk yield and stalk industrial quality; iii) to evaluate the effectiveness of straw-blanket raking practice on plant growth and yield, and iv) to use Soil Management Assessment Framework (SMAF) as a tool to perform an integrated approach of soil quality (SQ) under different rates of straw removal. To achieve the proposed goals, a 2-years experiment was set up within the dry and wet seasons at Valparaíso and Capivari, São Paulo, locations with different edaphoclimatic conditions. Increases of primary extractor fan\'s velocity on the harvester lead to placement and removal of straw rates proportionally to 0, 25, 50, 75 e 100%. After two years, parameters associated to the soil- chemical [(Phosphorus-P, Potassium-K and pH), physical-(bulk density) and biological- (microbial biomass carbon-MBC and SOC)] attributes were analyzed within the 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm. Under colder climatic condition, plant tillering improved by the increasing rates of straw removal, however plant growth and stalk yield are slightly affected by the straw management. Stalk harvested in the dry season presented higher industrial quality than those harvested within the wet season but this parameter is unaffected by straw removal. Further, under colder climatic condition, to rake the straw blanket enhanced plant tillering while plant growth and stalk yield were not influenced by raking the straw blanket. No straw removal increases P content on plant tissue, regardless of blanket management, especially under the poorest inherent soil condition. The SMAF tool was able to detect changes on soil quality under different rates of straw removal and Oxisol responds faster to straw removal management than Ultisol in the short term. Total straw removal leaded to Oxisoil physical quality degradation; among the soil attributes, soil-physical attribute within the 0-10 cm is correlated with stalk yield. The partial straw removal for bioenergy production leads to the optimization on sugarcane biomass usage. However, the appropriate rate of straw to be removed is site specific and ranged 4-9 Mg ha-1 under the conditions in which this study was performed. The stalk yield was unaffected by raking the straw blanket. The monitoring of SOC, adoption of traffic controller and application of subproducts from the sugarcane industry are strategies to increase soil quality and, consequently, the sustainability of the crop cultivation. / O uso de resíduos culturais, dentre outros tipos de biomassa lignocelulósica, tem sido considerado uma alternativa promissora para produção de bioenergia (etanol de segunda geração e bioeletricidade). Com a implementação da colheita mecanizada da cana-de-açúcar no Brasil, em média 15 Mg ha-1 palha são deixadas no campo anualmente. A utilização de parte deste resíduo para produção de bioenergia tem se tornado uma prática comum, enquanto a manutenção de parte da palha no campo viabiliza vários benefícios ao sistema solo-planta. Esforços têm sido feitos a fim de estabelecer a melhor rota para remoção da palha do campo e definir a quantidade que atenda ambas demandas. Assim, os objetivos deste estudo foram: i) estabelecer um guia que viabilize a remoção de diferentes taxas de palha; ii) determinar as implicações oriundas da remoção de taxas de palha no crescimento, produtividade e qualidade tecnológica de colmos; iii) avaliar a eficácia do enleiramento da camada de palha sobre o crescimento e produtividade da cultura e, iv) utilizar Soil Management Assessment Framework (SMAF) como ferramenta para avaliar de modo integrado os efeitos da remoção de diferentes taxas de remoção de palha sobre a qualidade do solo (QS). Para tanto, foram conduzidos quatro ensaios, sendo um na estação seca e outro na estação úmida em dois locais: Capivarí e Valparaíso, SP; locais com diferentes condições edafoclimáticas. Crescentes rotações no extrator primário da colhedora viabilizaram a deposição e remoção de taxas de palha proporcionais a 0, 25, 50, 75 e 100%. Após dois anos, análises de parâmetros associados aos atributos químicos [(P, K, pH), físicos (densidade) e biológicos (carbono da biomassa microbiana - MBC e SOC)] do solo foram realizadas nas profundidades 0- 5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Em condições climática mais fria, a remoção de crescentes quantidades de palha melhora o perfilhamento da cultura; entretanto, o crescimento e produtividade de colmo são pouco afetadas pelo manejo da palha. A qualidade tecnológica de colmos colhidos na época seca é superior aos colhidos na época úmida, entretanto, este parâmetro não é afetado pela remoção de crescentes quantidades de palha. Sobre condições climática mais fria, o perfilhamento é beneficiado pelo enleiramento da palha, ao passo que tanto o crescimento quanto a produtividade são insensíveis à essa prática. A retenção da palha aumenta o conteúdo de P no tecido vegetal, especialmente em solo naturalmente pouco fértil. A SMAF foi capaz de detectar alterações na QS em função da remoção de taxas de palha; sendo o Latossolo Vermelho distrófico típico o mais afetado pela remoção da palha em relação ao Argissolo Vermelho- Amarelo distrófico típico em curto prazo. A remoção total da palha promoveu degradação física do primeiro tipo de solo; dentre os atributos do solo avaliados, o atributo físico na profundidade 0-10 cm está correlacionado com a produtividade da cultura. A remoção parcial da palha de canade- açúcar para produção de bioenergia promove otimização no uso da biomassa da cultura. Entretanto, a taxa de palha a ser removida é intrínseca para cada local e variou de 4-9 Mg ha-1 neste estudo. A produtividade é insensível ao enleiramento da palha. O monitoramento nos teores de carbono do solo, a adoção do controle de tráfego de máquinas e a aplicação de resíduos da agroindústria canavieira podem ser estratégias adotadas para melhorar a QS e, por consequência, a sustentabilidade de cultivo da cana-de-açúcar.

Este trabalho avaliou a extração de xilose da palha de cana-de-açúcar sob diferentes condições de hidrólise por ácido sulfúrico diluído visando à obtenção de um hidrolisado hemicelulósico rico em xilose e ainda a fermentabilidade deste para a bioconversão a etanol por Pichia stipitis Y-7124. Inicialmente caracterizou-se a palha de cana e a fração hemicelulósica representou 30,79% da massa seca da palha, enquanto que a celulose representou 40,84% e a lignina 25,80%. Verificou-se ainda que 26,57% da palha corresponde à xilose, representando 86,27% de sua fração hemicelulósica. As hidrólises ácidas foram realizadas de acordo com um planejamento experimental fatorial fracionado 24-1 visando-se à resposta concentração de xilose (g/L) no hidrolisado hemicelulósico. Levou-se em consideração os fatores: tempo, temperatura, concentração da solução ácida e a relação sólido:líquido. A melhor resposta para a concentração de xilose foi encontrada nas condições do ponto central, com a média da concentração igual a 31,70 g/L. A análise de variância foi realizada para um screening do planejamento e observou-se que apenas os fatores concentração da solução ácida e temperatura foram significativos ao nível de 95% de confiança. Em seguida realizou-se ensaios para otimização da hidrólise ácida considerando os fatores temperatura e concentração da solução ácida. As condições de ótimo encontradas foram 130 ºC e a solução de ácido sulfúrico em 2,9% m/v, empregadas com uma relação sólido:líquido igual a 1:4 (g/mL) por 30 minutos de reação. Estas condições de ótimo permitiram a obtenção de um hidrolisado hemicelulósico com concentração igual a 56,5 g/L de xilose, correspondendo à extração de 85,1% da xilose da palha. Posteriormente, ensaios de fermentação foram conduzidos com o hidrolisado hemicelulósico obtido, visando à produção de etanol por P. stipitis em frascos Erlenmeyer de 250 mL com 100 mL de meio hidrolisado para avaliar a fermentabilidade do hidrolisado obtido bem como a necessidade de suplementação nutricional e utilizou-se um planejamento experimental fatorial 23 de face centrada para verificar a influência dos fatores: concentração de ureia, concentração de MgSO4*7H2O e concentração de extrato de levedura. Os ensaios foram conduzidos a 200 rpm e 30 ºC. Verificou-se que o extrato de levedura (5 g/L) exerceu maior influência sobre o processo fermentativo e que o MgSO4*7H2O (0,5 g/L) não apresentou significância estatística. A melhor condição na fermentação para produção de etanol por P. stipitis encontrada foi empregando-se extrato de levedura (5 g/L), ureia (5 g/L) e MgSO4*7H2O (1,0 g/L), em que se obteve um fator de rendimento em etanol YP/S igual a 0,38 g/g e produtividade volumétrica igual a 0,41 g/L.h, em 60 horas de fermentação. / This work evaluated the sugar cane straw xylose extration under different diluted sulfuric acid hydrolysis conditions aiming at the attainment of hemicellulosic hydrolysate rich in xylose and their fermentability for ethanol bioconversion by Pichia stipitis Y 7124. Previous assays for chemical characterization of the sugar cane straw has been carried. The hemicellulosic fraction represented 30.79% of the dry straw mass, whereas the cellulose represented 40.84% and the lignin represented 25,80%. It was verified despite 26,57% of the straw corresponded to xylose, representing 86,27% of its hemicellulosic fraction. The acid hydrolysis was carried out using an experimental design 24-1 aiming at it the xylose concentration (g/L) response on the hemicellulosic hydrolysate regarding the factors: time, temperature, acid solution concentration and the ratio solid:liquid. The best result for the xylose concentration has been found on the center point conditions, with concentration of 31,70 g/L. The analysis of variance was carried out to one screening of the design and it was observed that only the parameters temperature and acid solution concentration has been significant at 95% reliable level. After that acid hydrolysis assays has been carried regarding the factors temperature and acid solution concentration aiming the acid hydrolysis optimization. The optimum point conditions were 130 ºC and the sulfuric acid solution of 2,9% m/v, carried with the ratio solid:liquid of 1:4 (g/mL) at 30 minutes of reaction. Later, fermentation assays was carried out with the hemicellulosic hydrolysate obtained in 250 mL Erlenmeyer flasks containing 100 mL of hydrolysate to evaluate the hydrolysate fermentability obtained as well tha needless of nutritional supplementation and for it used an experimental design 23 of face centered to verify the influence of the factors: urea concentration, MgSO4*7H2O concentration and yeast extract concentration. Assays has been carried at 30 ºC and 200 rpm. It was verified that the yeast extract (5 g/L) exerts greater influence on the fermentation and the MgSO4*7H2O (0,5 g/L) did not present statistic significance. The best conditions were achieved using yeast extract (5 g/L), urea (5 g/L) and MgSO4*7H2O (0,5 g/L). with ethanol yield and volumetric productivity of 0,38 g/g and 0,41 g/L.h, respectively, after 60 hours of fermentation.

Orientador: Pedro de Oliva Neto / Resumo: Desejando ao final do trabalho obter um bioprocesso integrado usando palha de cana-de-açúcar (PC), este trabalho teve início com a utilização desse substrato para produção de enzimas fribrolíticas, xilanases e celulases, em culturas axênicas, incluindo espécies de Trichoderma e Aspergillus. A triagem para o melhor produtor foi realizada em “shaker” em fermentação submersa. A cultura do fungo T. reesei QM9414 alcançou a melhor produção de enzimas, e em tanque agitado, utilizando um biorreator de 3 L, mostrou o mesmo perfil de produção (~90 U/mL, 0.6 FPU/mL para xilanase e celulases, respectivamente). Em relação a este resultado, a produção de enzimas para as misturas binárias e ternárias destes fungos foi menor, sendo que a melhor combinação, T. reesei QM 9414+A. fumigatus M51, alcançou 60 U/mL e 0.08 FPU/mL respectivamente. Com intuito de otimizar a produção de enzimas utilizando um mix de substratos: palha de cana, como principal componente, e o farelo de trigo e a polpa cítrica, como supostos indutores de atividade enzimática, foi realizado um delineamento de misturas do tipo D-optimal. O resultado da otimização da mistura dos substratos mostrou que o trigo e a polpa cítrica não tiveram um efeito indutivo na produção das enzimas tendo a palha de cana como principal substrato. A enzima xilanase foi caracterizada em seu pH e temperatura ótimos (pH 5, e 50 ºC respectivamente), bem como a estabilidade da enzima nestes parâmetros. Alguns íons e EDTA foram aplicados para determin... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In order to obtain an integrated bioprocess using Sugarcane Straw (SS), this work began with the use of this substrate for the fibrolytic enzymes production, xylanases and cellulases, in axenic fungal cultures, including Trichoderma and Aspergillus species. The screening for the best producer was performed in shaker under submerged fermentation. The T. reesei QM9414 culture achieved the best enzyme production, and in a stirred tank using a 3 L bioreactor showed the same production profile (~90 U/mL and 0.6 FPU/mL for xylanase and cellulase, respectively). Regarding this result, the enzyme production by binary and ternary mixtures of these fungi was lower, as example the best combination T. reesei QM 9414+A. fumigatus M51, reached 60 U/mL and 0.08 FPU/mL, respectively. Aiming optimize the enzyme production by a mix of substrates using SS as the main substrate, and wheat bran and citrus pulp as supposed enzyme inductors, a D-optimal mixture design was performed. The mixture substrates optimization showed that wheat bran and citrus pulp did not have an inductive effect on the enzymes production. The enzyme xylanase was characterized by its optimal pH and temperature (pH 5 and 50 ºC, respectively, as well as the stability of the enzyme in these parameters. Some ions and EDTA were applied to determine the xylanase stability under these conditions, and the ion Mn2+ was the best inductor, 49% (10 mM). The extract containing xylanases, produced under previous optimized conditions was... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Este estudo analisa os fatores, as tendências e as fundamentações jurídico-ideológicas que permeiam as decisões judiciais em Ações Civis Públicas, impetradas pelo Ministério Público do Estado de São Paulo (MPSP) e Federal (MPF), requerendo a proibição imediata da queima da palha de cana-de-açúcar, na região de Piracicaba/SP. Para isso, foram levantadas, junto aos órgãos jurisdicionais da cidade de Piracicaba, as Ações Civis Públicas impetradas em face de grandes usinas e agropecuárias dedicadas ao cultivo e industrialização da cana-de-açúcar, requerendo a proibição da queima da palha na lavoura desde o advento da Lei nº 7.347 de 1985 até 2014, ano em que finalizou-se a pesquisa empírica desta dissertação. Nesses padrões, a pesquisa arrojou a existência de quatro processos, dos quais foram extraídas para análise a totalidade de vinte-e-um (21) manifestações judiciais. O marco teórico-metodológico empregado foi a abordagem marxista da filosofia da linguagem, perspectiva capaz de proporcionar uma fecunda imersão não só no que se diz, mas nas condições de produção desse dizer, valorizando a função socioideológica da palavra, permitindo vislumbrar a visão social de mundo de quem a emprega ou do grupo social ao qual o autor pode ou não pertencer (VOLOCHINOV,1929; GOLDMANN, 1979). Conclui-se que, nos pleitos judiciais pela proibição imediata da queima da cana-de-açúcar em Piracicaba/SP, o Poder Judiciário se mostra majoritariamente conservador, arguindo e decidindo pela continuidade da prática em evidente defesa do setor sucroalcooleiro. No entanto, se reconhece a importância do tímido mas importante viés progressista por parte do judiciário, uma vez que somente nas contradições presentes nas diferentes práxis jurídicas pode avançar-se no processo permanente de construção de um direito comprometido com a obtenção de igualdade e justiça social. / This study analyzes the factors, trends and legal and ideological foundations that underlie judgments in civil class actions, filed by the Public Ministry of the State of São Paulo (MPSP) and Federal (MPF), requiring an immediate ban on burning straw sugar cane in the region of Piracicaba / SP. For that, were raised, at the courts of the city of Piracicaba, the civil class actions filed in the face of large plants and agricultural dedicated to the cultivation and industrialization of sugarcane, requiring a ban on straw burning in agriculture since the advent of the legislation act nº 7.347, from 1985 until 2014, the year it was finished the empirical research of this dissertation. In these patterns, the search threw the existence of four processes, which were extracted for analysis of all twenty-one (21) decisions. The theoretical and methodological framework used was the Marxist approach to the philosophy of language, a perspective that can provide a fruitful immersion, not only in what is said but also on the production conditions that say, valuing the ideological partner function of the word allowing to glimpse at the social worldview who employs or the social group which the author may or may not belong to (Volochinov 1929; GOLDMANN, 1979). We conclude that the legal claims by immediate ban on the burning of sugarcane in Piracicaba / SP, the Judiciary has shown mostly conservative, arguing and deciding to continue the practice in apparent defense of this sector. However, it recognizes the importance of shy but important progressive bias by the judiciary, behold, only the contradictions present in the different legal practice, can advance on the ongoing process of building a committed right with obtaining equality and social justice.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-03-02T19:40:52Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T11:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vitor Debiazzi Pereira Pinto - 2016.pdf: 2426609 bytes, checksum: f2521c3bf3a568b508c24d06c318197a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / From the economic point of view it is important to process high charges of solid in enzimatic hydrolysis of the lignocellulosic residues for the production of 2G ethanol, but batch operation with high initial charges of substrate can cause inefficient mixture, damaging the reactional process. An attractive alternative is operating the reactors in fed batch. The aim of this work was to determine, applying the theory of optimal control, the optimal feeding profile of substrate in bench reactor. For this, it was tested two kinetic of Michaelis-Menten: pseudo-homogeneous Michaelis-Menten kinetic and Michaelis Menten kinetic with inhibition by the product, in the last kinetic was obtained the best fit to experimental data. The developed algorithm was run in Matlab® software and the simulation results were experimentally validated. Enzymatic hydrolysis assays were performed with hydrothermally pre-treated sugar cane straw followed by the alkaline delignification. It was obtained good fiting of the simulation data with respect to the experimental data, with values of glucose final concentration close to 164.647 g/L (triplicate average) and in simulation the concentration was 174.93 g/L. Proving that the sugar cane straw, besides being a good feedstock cheap and abundant, it has a great energetic potential. Furthermore, the optimal control strategy was very efficient in optimization of the proposed problem. / Do ponto de vista econômico é importante processar elevadas cargas de sólidos na hidrólise enzimática dos resíduos lignocelulósicos para a produção de etanol 2G, mas operação em batelada com altas cargas iniciais de substrato pode causar uma mistura ineficiente, prejudicando o processo reacional. Uma alternativa atraente é operar os reatores em batelada alimentada. O objetivo deste trabalho foi determinar, aplicando a teoria do controle ótimo, o perfil ótimo de alimentação de substrato em reator de bancada. Para isso, foram testadas duas cinéticas de Michaelis-Menten, a cinética de Michaelis Menten psêudo-homôgenea e a cinética de Michaelis Menten com inibição competitiva pelo produto, onde nesta última cinética foi obtido o melhor ajuste aos dados obtidos experimentalmente. O algoritmo desenvolvido foi executado no software Matlab® e os resultados das simulações foram experimentalmente validados. Os ensaios de hidrólise enzimática foram realizados com palha de cana-de-açúcar pré- tratada hidrotérmicamente, seguido pela deslignificação alcalina com NaOH. Foram obtidos bons ajustes dosdados simulados com respeito aos dados experimentais, com valores de concentração final de glicose de 164,647 g / L (média da triplicata) e na simulação a concentração foi 174,93 g / L. Provando que a palha de cana-de-açúcar, além de ser uma matéria-prima barata e abundante, tem um grande potencial energético. Além disso, a estratégia de controle ótimo foi eficiente na otimização do problema proposto.

O processamento da cana gera vários co-produtos tais como, o bagaço e a palha, sendo esta considerada um dos principais resíduos gerados devido à mecanização da colheita. Assim, a disponibilidade e a composição desse resíduo de cana-de-açúcar têm impulsionado muitas pesquisas para o desenvolvimento de tecnologias que proporcionem o seu aproveitamento efetivo. Este trabalho teve como objetivo a separação dos principais componentes da palha de cana-de-açúcar para a obtenção de insumos químicos com maior valor econômico, sendo proposta a obtenção, caracterização e modificação da celulose desta biomassa vegetal, a ser utilizada na síntese da carboximetilcelulose (CMC) partindo da celulose branqueada por meio da combinação do processo químico com o enzimático, utilizando xilanase. Foi também avaliada a influência nas propriedades mecânicas, termogravimétricas e morfológicas das poliuretanas, ao adicionar-se celulose a esses polímeros obtidos a partir de óleo de mamona (Ricinus communis L.). A palha de cana foi pré-tratada por explosão a vapor e submetida à deslignificação alcalina. Foi realizado, posteriormente, o tratamento utilizando-se xilanase e então, a polpa foi branqueada com peróxido de hidrogênio. A polpa branqueada obtida foi utilizada para obtenção de CMC. Foi determinado o ganho de massa após a reação de obtenção e o grau de substituição da CMC obtida. A polpa deslignificada (celulose) foi utilizada como reforço para obtenção de biocompósitos com poliuretana obtida a partir do óleo de mamona. Os biocompósitos obtidos foram analisados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA), foram determinadas as propriedades mecânicas, microscopia eletrônica de varredura e estudo de absorção de água. A adição de fibras de palha em matriz de PU de óleo de mamona melhorou as propriedades mecânicas comparado à matriz pura, e uma possível redução no custo sugere uma aplicação industrial do produto final. / The sugarcane processing generates various agricultural byproducts such as bagasse and straw, which is considered one of the main waste generated due to the mechanization of the harvest in Brazil. Thus, the availability and composition of sugarcane straw have driven a great effort to develop technologies that provide its effective utilization. This study aimed to separate the main components of sugarcane straw to obtain chemical products with higher economic value, and the proposed obtainment is the modification and characterization of cellulose biomass to be used in the synthesis of carboxymethylcellulose (CMC) based on the bleached pulp through a combination of chemical process with the enzyme, using xylanase. It was also studied the influence in mechanical, thermal and morphological properties of polyurethane obtained from castor oil (Ricinus Communis L.) reinforced composites. Sugarcane straw was pretreated by steam explosion, delignified, treated with xylanase and bleached with hydrogen peroxide. The bleached cellulose obtained was used to produce CMC. It was determined the mass gain and the degree of substitution of the obtained CMC. The delignified pulp (cellulose) was used as reinforcement in composites of polyurethane obtained from castor oil. The biocomposites were analysed by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TGA), and it was also determined the mechanical properties, scanning electron microscopy (SEM) and water absorption. The incorporation of sugarcane straw fibers in the polyurethane matrix improved the mechanical properties compared with the pure matrix, and a possible reduction in the costs of production suggests a industrial application of the material.

A queimada da palha da cana-de-açúcar como método preparatório à colheita é prática bastante polêmica e combatida, que está amparada por vários atos legislativos e conta com o apoio de setores dos três poderes constituídos. Contudo, esta proteção legislativa específica não outorga a ela a licitude, que é a harmonia com os princípios legais e sociais e com a aprovação da sociedade, que devem nortear qualquer lei e é necessária à sua subsistência. Neste trabalho é examinada a licitude das queimadas da palha da cana-de-açúcar, considerando diversos impactos que elas provocam no meio ambiente (flora, fauna, saúde humana, ar, água, solo, clima e meio de trabalho) e na economia. São analisados os argumentos favoráveis e contrários às queimadas, expostos por juízes, promotores de justiça, doutrinadores, entidades ambientais, pesquisadores, usineiros, cortadores de cana e profissionais de diversas áreas de interesse à matéria. Com a análise é possível concluir que a queimada da palha da cana-de-açúcar, apesar de sua econômica e social, é prática nociva ao meio ambiente e contrária a princípios sociais e legais relevantes e, por isso, deve ser reputada ilícita e não pode continuar a ser praticada. / Burned sugar cane husk as a harvest preparatory method is a very polemic and combated practice, although it is being sustained by many law acts and is supported by departments of the three Powers. However, this specific legislative protection doesn\'t award to this action the necessary lawful, which means having the harmony of the legal and social principals and the society approval, guiders of any law and its necessary support. At the present work the lawful for burned sugar cane husk is discussed considering its impacts over the environment (animals, plants, human health, air, water, soil, climate and working space) and on the economy. The arguments forward and against the burned sugar cane husk are examined through judicial decisions, public prosecutors actions, environmental entities, doctrines, scientists, the sugar cane workers and others involved with the subject. The conclusion is that burned sugar cane husk as a harvest preparatory method, even considering its economic and social importance, is a harmful practice to the environment and opposing to relevant social and legal principals and, therefore, has to be considered unlawful and also to be extinguished as a practice.

As tecnologias de conversão de biomassa para produção de biocombustíveis são principalmente desenvolvidas de forma empírica, baseadas na compreensão das suas propriedades biológicas e químicas. Muitos estudos de variações de parâmetros de processo são realizados, porém todos encontram dificuldades na compreensão do que ocorre com o material lignocelulósico durante as reações. Neste contexto, os estudos topoquímicos tornam-se uma ferramenta de fundamental importância para elucidar estes mecanismos. Este trabalho tem por objetivo avaliar diferentes condições de pré-tratamento hidrotérmico seguida de deslignificação alcalina de bagaço e palha de cana de açúcar. E, a partir de uma condição otimizada, compreender, o que ocorre com a parede celular vegetal durante estes processos de modificação. O bagaço e a palha de cana apresentaram comportamentos distintos ao final do seu processamento. Observou-se uma maior mudança morfológica do bagaço comparado à palha, a qual apresentou exposição das fibras, porém ainda agregadas. Tal fato pode ser explicado pela menor remoção de lignina e hemicelulose desta biomassa quando comparada as mesmas condições de processamento do bagaço. Este fator contribuiu para uma maior digestibilidade da celulose de bagaço, devido a uma área maior de contato da enzima com o substrato e minimização da interferência de inibidores, como a lignina. As condições de pré-tratamento mais promissoras para o bagaço e a palha foram a 180oC por 20 e 30 min. respectivamente, mostrando que a palha necessita de tratamentos mais prolongados para obter uma maior digestibilidade no processo de hidrolise enzimática. A condição otimizada para o bagaço de cana foi utilizada para caracterização das mudanças que ocorrem nas células de parênquima e feixes vasculares do colmo da cana, em diferentes regiões de crescimento, após o seu processamento. Os resultados mostraram uma variação de tamanho das células em função do crescimento da planta sendo a diferença entre medula e casca mais pronunciada para a região do topo da cana, onde observou-se 60% de diferença no tamanho das células de parênquima. Além disso, observou-se que após processamento estas células e os feixes vasculares perderam sua conformação estrutural e tornaram-se mais frágeis, após secagem, evidenciando a significativa remoção dos componentes estruturais. Os dados de microscopia Raman revelaram que a lignina das células de parênquima foi totalmente removida após a deslignificação, diferentemente do que ocorreu com os feixes vasculares, os quais apresentaram lignina principalmente localizada nos cantos das células. Em relação à orientação de celulose foi possível determinar que a parte inicial do colmo da cana apresenta duas direções preferenciais de orientação, sendo uma paralela e outra perpendicular ao eixo de crescimento da planta, que podem estar associadas à fase de maturação da cana que se apresenta incompleta, uma vez que a parte intermediária e topo da cana apresentam apenas uma direção preferencial evidenciando que a contribuição da camada S1 é proeminente, sendo a camada secundária S2 ainda não depositada. Outro indicativo de maturação incompleta pode ser associado à porosidade do parênquima e feixes vasculares, os quais apresentam o topo da cana mais poroso, que indica um processo de lignificação incompleto. Os resultados revelam que o processo de pré-tratamento contribui para um aumento de até 54% na porosidade, sendo este tratamento o mais impactante nesta variável, uma vez que o processo de deslignificação não alterou significativamente a porosidade das células. / Studies of fuels from renewable sources are a topic of fundamental importance. Taking into account, the production of ethanol from biomass, such as bagasse and straw sugarcane, offers benefits to sustainable production and energy security. Biomass conversion technologies are mainly developed empirically, based on chemical and biological properties of biomass and many studies include variations of parameters of process. But there are difficulties to understand the changes of the lignocellulosic material during reactions. In this context, topochemical studies are a tool of significant importance to elucidate these characteristics. This study aims to evaluate different conditions of hydrothermal pretreatment followed by a fixed condition of alkaline delignification of straw and bagasse sugarcane. Additionally, this work deals the evaluation of plant cell wall modification during hydrothermal pretreatment an alkaline delignification in the optimized condition, considering the best cellulose digestibility at enzymatic hydrolysis process of bagasse. Results reveal a different behavior of bagasse and straw from sugarcane at the end of its processing. There was a greater morphological change of sugarcane bagasse compared to straw, which presented exposure of the fibers, but also aggregated. This fact can be explained by less removal of lignin and hemicellulose of this biomass compared to the same processing conditions of bagasse. The exposure of fibers contributed to increase the cellulose of bagasse digestibility, since there was a greater area of contact of the enzyme with the substrate and a minimization of interference from inhibitors, such as lignin. The conditions of pretreatment most promising for bagasse and straw sugarcane were 180oC for 20 and 30 min. respectively, showing that the straw requires longer treatments to reach a higher digestibility in the enzymatic hydrolysis process. The optimal condition for the sugarcane bagasse was used to characterize the changes in parenchyma cells and vascular bundles from stalk of sugarcane at different growth regions, after its processing. The results showed a variation of cell size depending on growth of the plant. The top of sugarcane stalk presented the more pronounced difference between parenchyma cells from pith and rind region. Furthermore, it was observed that after processing these cells and vascular bundles lost its structural conformation and become more fragile after drying. This result indicated the significant removal of the structural components for all growth region of sugarcane stalk analyzed. Differently from vascular bundles, which presented lignin mainly located in the cell corners, the lignin from parenchyma cells was completely removed after delignification. Regarding the orientation of cellulose, determined by SAXS and Raman microscopy, the parenchyma cells from initial part of stalk presented two preferential directions of orientation, one parallel and other perpendicular to the axis of plant growth. This feature may be associated with maturation phase of sugarcane which appears incomplete, since the middle and top part of the stalk showed only one preferred direction, indicating that the contribution of the layer S1 is prominent, and the S2 layer is not deposited. Another indication of incomplete maturation process may be associated with porosity of parenchyma and vascular bundles, which have the top of the cane more porous that indicates an incomplete lignification process. The results showed that the pretreatment can be considered the most important treatment which affects this variable, since promotes an increase of up to 54% in porosity, differently of alkaline delignification process which no presented significant changes in the porosity of the cells.

A manutenção da palha de cana-de-açúcar sobre a superfície do solo promove diversos benefícios à qualidade do solo, como a redução das altas temperaturas e a manutenção da umidade do solo. Com base nisso, os objetivos deste trabalho consistiram em avaliar o impacto da palha de cana-de-açúcar na dinâmica da umidade e da temperatura do solo em situações edáficas distintas em três regiões do Estado de São Paulo e verificar a influência da temperatura e umidade do solo na decomposição de diferentes quantidades de palha de cana-de-açúcar. O estudo foi conduzido nos municípios de Igaraçu do Tietê, Piracicaba e Dois Córregos (solo muito argiloso, textura média e arenoso, respectivamente) com delineamento experimental de blocos ao acaso. As quantidades de palha utilizadas foram: 0; 2; 3,2; e 7,5 Mg ha-1 (Igaraçu do Tietê) e 0; 3; 6; e 12 Mg ha-1 (Piracicaba e Dois Córregos). Para a determinação da umidade do solo foram realizadas coletas periódicas de amostras indeformadas de solo nas linhas de plantio (0-20, 20-40, 40-60 e 60-80 cm de profundidade) e analisadas através do método da pesagem. A avaliação da temperatura do solo foi feita por sensores termopares inseridos no solo a 0-5 e 5-10 cm de profundidade. Na análise da decomposição da palha utilizaram-se caixas plásticas onde as diferentes quantidades de palha foram mantidas. Cinco coletas de palha (30, 60, 120 e 180 e 360 dias após a implantação do experimento) foram realizadas para quantificar a perda de massa. Os resultados demonstraram que em relação ao solo descoberto, os tratamentos com diferentes quantidades de palha interferiram significativamente (p<=0,05) na manutenção da umidade do solo, principalmente entre 7 e 30 dias após o corte nas camadas de 0-20 e 20-40 cm. A temperatura média, máxima e amplitude térmica do solo foram as variáveis que apresentaram as maiores diferenças entre o solo descoberto e o solo com diferentes quantidades com palha, com um comportamento semelhante nas duas profundidades avaliadas. A temperatura mínima foi a variável que menos sofreu efeito dos tratamentos. Em geral, quando foram mantidas quantidades maiores de palha sobre a superfície do solo verificou-se maior umidade e menor a amplitude térmica do solo. A textura do solo afetou a dinâmica da água do solo, onde a manutenção da palha sobre solo arenoso manteve maior a umidade em todas as camadas avaliadas em comparação aos solos de textura mais argilosa que apresentaram diferenças apenas na fase inicial de crescimento da cultura. Diferentes quantidades de palha mantidas sobre o solo pouco alteraram a matéria seca remanescente de palha nas em Piracicaba e Dois Córregos, enquanto em Igaraçu do Tietê o processo foi diretamente proporcional a quantidade de palha mantida na superfície do solo. Os resultados demonstram a importância da adoção de práticas conservacionistas de manejo como a manutenção de parte da palha, de modo que concilie a produção de etanol de segunda geração (2G) e evite eventuais problemas com déficit hídrico, temperaturas extremas e consequentes implicações negativas às plantas. / The sugarcane straw maintenance on soil surface promotes several benefits to soil quality, such as reduction of extreme temperatures and preservation of soil moisture. Based on this, the objective of this study was to evaluate the sugarcane straw removal effects on the soil moisture and temperature dynamics in three regions of São Paulo State, as well as verify the influence of soil temperature and moisture on the sugarcane straw decomposition. The study was conducted in the municipalities of Igaraçu do Tietê, Piracicaba and Dois Córregos (clay soil, medium texture and sandy soil, respectively), under a randomized block experimental design. The amounts of straw were: 0; 2; 3.2; and 7.5 Mg ha-1 (Igaraçu do Tietê) and 0; 3; 6; and 12 Mg ha-1 (Piracicaba e Dois Córregos). Undisturbed soil samples were periodically collected within the crop planting line at the 0-20, 20-40, 40-60 and 60-80 cm depths, and the soil moisture was quantified using the weighing method. The soil temperature was mensured every hour by thermocouple sensors inserted at 0-5 and 5-10 cm soil depths. In the straw decomposition analysis, plastic boxes were used to keep the different amounts of straw over time. Five destructive sampling were performed (30, 60, 120 and 180 and 360 days after the experiment implantation) to quantify dry mass losses. The results showed that, in relation to the uncovered soil, the treatments with different amounts of straw preserved higher soil moisture (p<=0,05), especially, between 7 and 30 days in the 0-20 and 20-40 cm soil depths. The average temperature, maximum and thermal amplitude of the soil were the variables that presented the greatest differences between the uncovered soil and the soil with different amounts of straw, with a similar pattern for both depths evaluated. The minimum temperature was less effected by the treatments. Overall, the larger the straw amount left on soil surface the higher the soil moisture and lower the soil thermal amplitude. Soil texture affected soil water dynamics, where straw maintenance on sandy soil kept moisture at all depths compared to clayey soils that showed differences only in the initial growth stage of the crop. Different amounts of straw left on the soil surface slightly altered the remaining dry matter in Piracicaba e Dois Córregos, while in Igaraçu do Tietê the process was inversely proportional to the amount of straw left on the soil surface. The results showed the importance of the adoption of conservationist management practices such as the straw maintenance, so that part can be destined for the production of second generation ethanol (2G) and another part can be maintained in the field to avoid possible problems with water deficit, extreme temperatures and consequent negative implications to plants.