Soil is a critical component of the global sulfur (S) cycle acting as source and a sink for various S species and mediating changes of S oxidation states. However, very little is known about the identities of these specific organic and inorganic S containing molecules, especially in Brazilian soils under no-tillage (NT) system. Thus, the objectives of this study were: (i) to report long and medium term effects of the application of lime and up to 12 t ha-1 of phosphogypsum (PG) in samples from two Oxisols collected in field experiments carried out under no-tillage (NT) systems; (ii) to assess the effect of PG application on the amount, form and distribution of organic and inorganic S pools in soils under NT comparing to a natural forest ; (iii) to investigate C, N and S mineralization/immobilization in soil samples affected by plant residues and biochar, thus identifying the major transformations in the S fractions. After 13 years of lime application in a loamy Oxisol, changes in soil acidity and exchangeable Ca2+ ad Mg2+ supply were visible up to 80 cm depth. The effect of PG providing Ca2+ and S-SO4 2- were more pronounced at lower depths. S-SO4 2- distribution in the soil profile was mostly correlated with contents of free dithionite extractable Fe (Fed) and amorphous dithionite extractable Fe minus oxalate extractable Fe (Fed-Feo). There was no effect of lime and PG in maize grain yield, showing that the plants were unable to benefit of the soil ameliorations. An appreciable movement of sulfate to the subsoil was observed in soil samples from a clayey Oxisol, even in a medium-term (after 3.5 years), despite the fact that the soil had presented high SO4 2- adsorption capacity. In this area, PG had positive benefits in cereal crop yield due to the supply of Ca2+ and S-SO4 2-. PG application and changes in landuse practice alters both quantitative (evaluated by the wet-chemical technique) and qualitative (evaluated by means of X-Ray Near Edge Structure - XANES spectroscopy) composition of S functional groups in this wet subtropical Brazilian soil under NT. Compared to the forest site, soils under NT system had lower amounts of organic C, total N and total S Sulfur losses due to cultivation were higher than losses of C and N, and the use of fertilizers containing S seems to be vital for the recovery of S moieties. The dynamics of the plant materials decomposition was mostly governed by the C/S ratio. Sulfur mineralization was driven by the form of S in the starting materials rather than S concentration in the tissue, as revealed by XANES. The incorporation of plant residues and biochar led to an increase in the amount of ester sulfate in the early stage of incubation, which was further mineralized and had a steady decline at the end of evaluation. These findings encourage further investigations of biochar as S source, involving particularly chars produced from different feedstocks and pyrolysis temperatures. / O solo é um componente crítico do ciclo global de enxofre (S), agindo como fonte e dreno das várias espécies de S e mediando mudanças nos seus estados de oxidação. No entanto, pouco se sabe sobre as identidades dos compostos orgânicos e inorgânicos de S, especialmente em solos brasileiros sob plantio direto (PD). Assim, os objetivos deste estudo foram: (i) relatar os efeitos a longo e médio prazo da aplicação de calcário e de até 12 t ha-1 de fosfogesso (FG) em amostras de dois Latossolos coletadas em experimentos de campo realizados sob PD; (ii) avaliar o efeito da aplicação de PG na quantidade, forma e distribuição das frações orgânicas e inorgânicas de S em solos sob PD em comparação com uma floresta natural; (iii) investigar a mineralização/imobilização de C, N e S em amostras de solo afetadas por fontes de resíduos vegetais e biocarvão, identificando as transformações nas frações de S. Após 13 anos de aplicação de calcário em um Latossolo Vermelho distrófico de textura média, foi verificado efeito na correção da acidez do solo e no fornecimento de Mg2+ até 80 cm de profundidade enquanto os efeitos do FG fornecendo Ca2+ e S-SO4 2- foram mais pronunciados em profundidade. A distribuição de S-SO4 2- no perfil deste solo foi correlacionada com o conteúdo de Fe-ditionito (Fed) e Fe-ditionito menos Fe-oxalato (Fed, Feo). Não houve efeito do calcário e do FG na produção de grãos de milho, mostrando que as plantas não puderam se beneficiar das melhorias no solo. Foi observado apreciável movimento de S para o subsolo em amostras de um Latossolo Vermelho distrófico muito argiloso, mesmo em médio prazo (após 3,5 anos), apesar de o solo apresentar alta capacidade de adsorção de sulfato. Nesta área, o FG teve efeitos positivos no rendimento das culturas de cereais, devido ao fornecimento de Ca2+ e S-SO4 2- . A aplicação de FG e as mudanças no uso da terra alteraram tanto a composição quantitativa (avaliada pela técnica de fracionamento químico) quanto qualitativa (avaliada por meio da espectroscopia de raios-X próxima à borda de absorção - XANES) dos grupos funcionais de S em um solo subtropical da região úmida sob PD. Em comparação com o PD, os solos sob floresta apresentaram maior conteúdo de C orgânico, N e S total. As perdas de S devido ao cultivo foram superiores às perdas de C e N, e o uso de fertilizantes sulfatados parece ser vital para a recuperação do S do solo. A dinâmica de decomposição dos materiais vegetais foi principalmente regida pela razão C/S. A mineralização de enxofre foi impulsionada pela forma de S nos materiais iniciais, e não pela concentração S no tecido, conforme revelado por XANES. A incorporação de resíduos vegetais e biocarvão levou ao aumento nos ésteres de sulfato na fase inicial de incubação, fração posteriormente mineralizada, apresentando declínio no final da avaliação. Estas descobertas incentivam mais investigações do biocarvão como fonte de S, envolvendo carvões produzidos a partir de diferentes matérias-primas e temperaturas de pirólise.

Soil is a critical component of the global sulfur (S) cycle acting as source and a sink for various S species and mediating changes of S oxidation states. However, very little is known about the identities of these specific organic and inorganic S containing molecules, especially in Brazilian soils under no-tillage (NT) system. Thus, the objectives of this study were: (i) to report long and medium term effects of the application of lime and up to 12 t ha-1 of phosphogypsum (PG) in samples from two Oxisols collected in field experiments carried out under no-tillage (NT) systems; (ii) to assess the effect of PG application on the amount, form and distribution of organic and inorganic S pools in soils under NT comparing to a natural forest ; (iii) to investigate C, N and S mineralization/immobilization in soil samples affected by plant residues and biochar, thus identifying the major transformations in the S fractions. After 13 years of lime application in a loamy Oxisol, changes in soil acidity and exchangeable Ca2+ ad Mg2+ supply were visible up to 80 cm depth. The effect of PG providing Ca2+ and S-SO4 2- were more pronounced at lower depths. S-SO4 2- distribution in the soil profile was mostly correlated with contents of free dithionite extractable Fe (Fed) and amorphous dithionite extractable Fe minus oxalate extractable Fe (Fed-Feo). There was no effect of lime and PG in maize grain yield, showing that the plants were unable to benefit of the soil ameliorations. An appreciable movement of sulfate to the subsoil was observed in soil samples from a clayey Oxisol, even in a medium-term (after 3.5 years), despite the fact that the soil had presented high SO4 2- adsorption capacity. In this area, PG had positive benefits in cereal crop yield due to the supply of Ca2+ and S-SO4 2-. PG application and changes in landuse practice alters both quantitative (evaluated by the wet-chemical technique) and qualitative (evaluated by means of X-Ray Near Edge Structure - XANES spectroscopy) composition of S functional groups in this wet subtropical Brazilian soil under NT. Compared to the forest site, soils under NT system had lower amounts of organic C, total N and total S Sulfur losses due to cultivation were higher than losses of C and N, and the use of fertilizers containing S seems to be vital for the recovery of S moieties. The dynamics of the plant materials decomposition was mostly governed by the C/S ratio. Sulfur mineralization was driven by the form of S in the starting materials rather than S concentration in the tissue, as revealed by XANES. The incorporation of plant residues and biochar led to an increase in the amount of ester sulfate in the early stage of incubation, which was further mineralized and had a steady decline at the end of evaluation. These findings encourage further investigations of biochar as S source, involving particularly chars produced from different feedstocks and pyrolysis temperatures. / O solo é um componente crítico do ciclo global de enxofre (S), agindo como fonte e dreno das várias espécies de S e mediando mudanças nos seus estados de oxidação. No entanto, pouco se sabe sobre as identidades dos compostos orgânicos e inorgânicos de S, especialmente em solos brasileiros sob plantio direto (PD). Assim, os objetivos deste estudo foram: (i) relatar os efeitos a longo e médio prazo da aplicação de calcário e de até 12 t ha-1 de fosfogesso (FG) em amostras de dois Latossolos coletadas em experimentos de campo realizados sob PD; (ii) avaliar o efeito da aplicação de PG na quantidade, forma e distribuição das frações orgânicas e inorgânicas de S em solos sob PD em comparação com uma floresta natural; (iii) investigar a mineralização/imobilização de C, N e S em amostras de solo afetadas por fontes de resíduos vegetais e biocarvão, identificando as transformações nas frações de S. Após 13 anos de aplicação de calcário em um Latossolo Vermelho distrófico de textura média, foi verificado efeito na correção da acidez do solo e no fornecimento de Mg2+ até 80 cm de profundidade enquanto os efeitos do FG fornecendo Ca2+ e S-SO4 2- foram mais pronunciados em profundidade. A distribuição de S-SO4 2- no perfil deste solo foi correlacionada com o conteúdo de Fe-ditionito (Fed) e Fe-ditionito menos Fe-oxalato (Fed, Feo). Não houve efeito do calcário e do FG na produção de grãos de milho, mostrando que as plantas não puderam se beneficiar das melhorias no solo. Foi observado apreciável movimento de S para o subsolo em amostras de um Latossolo Vermelho distrófico muito argiloso, mesmo em médio prazo (após 3,5 anos), apesar de o solo apresentar alta capacidade de adsorção de sulfato. Nesta área, o FG teve efeitos positivos no rendimento das culturas de cereais, devido ao fornecimento de Ca2+ e S-SO4 2- . A aplicação de FG e as mudanças no uso da terra alteraram tanto a composição quantitativa (avaliada pela técnica de fracionamento químico) quanto qualitativa (avaliada por meio da espectroscopia de raios-X próxima à borda de absorção - XANES) dos grupos funcionais de S em um solo subtropical da região úmida sob PD. Em comparação com o PD, os solos sob floresta apresentaram maior conteúdo de C orgânico, N e S total. As perdas de S devido ao cultivo foram superiores às perdas de C e N, e o uso de fertilizantes sulfatados parece ser vital para a recuperação do S do solo. A dinâmica de decomposição dos materiais vegetais foi principalmente regida pela razão C/S. A mineralização de enxofre foi impulsionada pela forma de S nos materiais iniciais, e não pela concentração S no tecido, conforme revelado por XANES. A incorporação de resíduos vegetais e biocarvão levou ao aumento nos ésteres de sulfato na fase inicial de incubação, fração posteriormente mineralizada, apresentando declínio no final da avaliação. Estas descobertas incentivam mais investigações do biocarvão como fonte de S, envolvendo carvões produzidos a partir de diferentes matérias-primas e temperaturas de pirólise.

Orientador : Prof. Ph.D. Carlos Roberto Sanquetta / Coorientadora : Profª. Drª. Ana Paula Dalla Corte / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 10/04/2017 / Inclui referências : f. 58-64 / Resumo: Uma estratégia fundamental na mitigação das mudanças climáticas é considerar o potencial das florestas na fixação do carbono em sua biomassa. Um componente essencial na composição da biomassa florestal total é a necromassa que, embora desempenhe um importante papel nos ecossistemas florestais, muitas vezes não é mensurada em inventários florestais. A necromassa pode ser dividida em árvores mortas em pé e material vegetal morto caído sobre o solo. Isto posto, este trabalho objetivou quantificar o volume (Vn), massa (W) e estoque de carbono (C) na necromassa caída sobre o solo, bem como gerar informações relativas à dependência espacial desta variável e correlacioná-la com outras variáveis biométricas da floresta por meio do Índice de Correlação de Spearman. Utilizou-se para tal, os dados coletados no Inventário Florestal Nacional do Paraná (IFN), no ano de 2013, nas regiões Centro-Sul, Sudeste e Centro-Ocidental paranaense. Na coleta dos dados foi utilizado o método de amostragem por linhas transectais mensurando-se todos os diâmetros acima de 2,5 cm das peças de necromassa que as interceptassem. Aproximadamente 88% das peças encontravam-se na classe de diâmetro entre 2,5 e 10 cm, produzindo uma curva de distribuição diamétrica do tipo "J invertido", tendência esta, semelhante às curvas de distribuição do Vn, W e C. O Vn variou de 0 a 303,06 m³.ha-1, sendo a média entre todas as unidades amostrais, 20,04 m³.ha-1; os W variaram de 0 a 103,12 Mg.ha-1; sendo que a média encontrada foi de 6,72 Mg.ha-1; o C variou de 0 a 43,79 Mg.ha-1, cuja média foi de 2,87 Mg.ha-1. A interpretação visual da distribuição do Vn, W e C indicou falta de dependência espacial para as variáveis analisadas. O Índice de Correlação de Spearman resultou no valor de 0,28 ao correlacionar necromassa e biomassa e 0,20 ao correlacionar necromassa e profundidade de serapilheira, indicando fraca correlação entre ambos conjuntos de dados. Os resultados obtidos reforçam a necessidade de maiores estudos referentes à variável necromassa, a fim de serem geradas informações mais seguras e precisas. Palavras-chave: Mudanças climáticas. Necromassa. Linhas transectais. Dependência espacial. Correlação. / Abstract: A key strategy in climate change mitigation is to consider the importance of forests in carbon sequestration in their biomass. An essential component in the composition of total forest biomass is dead wood which, although it plays an important role in forest ecosystems, is often overlooked in inventories. The dead wood can be divided into standing dead trees and dead plant material lying on the ground. This work aimed at quantifying the volume (Vn), mass (W) and carbon stock (C) in dead wood on the ground, as well as to generate information related to the spatial dependence of this variable and to correlate it with other biometric variables of the forest by means of the Spearman Correlation Index. The data collected in the National Forest Inventory of Paraná (NFI) in the central-south, southeastern and central-western regions of the state of Paraná in 2013, were used for this purpose. In the data collection, the method of sampling by transected lines was used, measuring all diameters above 2.5 cm of the pieces intercepting the lines. Approximately 88% of the pieces were in the diameter class between 2.5 and 10 cm, producing a diametric distribution curve of type "inverted J" similar to the distribution curve of Vn, W and C, which showed the same tendency. Vn varied from 0 to 303.06 m³.ha-1, with the mean of all sample units being 20.04 m³.ha-1; W ranged from 0 to 103.12 Mg.ha-1, the average found was 6.72 Mg.ha-1, and C ranged from 0 to 43.79 Mg.ha-1, whose mean was 2.87 Mg.ha-1 The visual interpretation of the Vn, W and C distribution indicated a lack of spatial dependence for the analyzed variable The Spearman Correlation Index resulted in a value of 0.28 when correlating dead wood and biomass and 0.20 when correlating dead wood and litter, indicating a weak correlation between both data sets. The results obtained reinforce the need for further studies on the variable dead wood, in order to generate safer and more accurate information. Keywords: Climate change. Dead wood. Transected lines. Spatial dependence. Correlation.

No Brasil, tanto o agronegócio quanto a fabricação de celulose trazem resultados relevantes para a economia. Sob uma perspectiva de sustentabilidade, as indústrias beneficiadoras de materiais vegetais geram grande volume de resíduos, os quais podem servir de fonte de celulose, configurando-se numa alternativa atraente para gerar lucros e diminuir impactos ambientais negativos. O objetivo geral desta dissertação é realizar um estudo exploratório de extração de celulose a partir de resíduo do processo produtivo de empresa beneficiadora de material vegetal, sob perspectiva das dimensões ambiental e econômica da sustentabilidade. O estudo foi desdobrado em cinco etapas: i) identificação na literatura das diretrizes para os processos produtivos sustentáveis, por meio das abordagens que tratam da sustentabilidade; ii) identificação dos processos industriais de extração de celulose e suas características operacionais; iii) definição da empresa para realização do estudo, a sazonalidade e o volume disponível dos resíduos vegetais provenientes do processo de beneficiamento de vegetais; iv) adaptação do processo industrial de extração de celulose para uso com resíduos vegetais e atendimento às restrições da fábrica definida para o estudo e v) realização de testes de extração com o uso de projeto de experimentos para posterior caracterização da polpa de celulose obtida do resíduo. Neste último, foi empregado um Projeto Fatorial Composto de Segunda Ordem (PSCO) com Metodologia de Superfície Resposta (MSR) para analisar a influência dos fatores controláveis sobre as variáveis de resposta. Os fatores controláveis foram definidos de acordo com dados da literatura específica e foram analisadas as variáveis de resposta que caracterizam polpa de celulose, aplicáveis a fins sanitários, como Número Kappa, capacidade de absorção, velocidade de absorção e densidade. Resultados indicaram que limitações quanto ao uso de altas temperaturas no processo de extração é um fator relevante, para atingir maiores teores de deslignificação. Os estudos mostraram a influência do uso de aditivo de processo, antraquinona, carga alcalina e tempo de polpeamento, bem como, tratamento de hidrólise ácida no resíduo na qualidade da polpa. / Agribusiness and pulp production bring both relevant results to the Brazilian economy. In a sustainable perspective, the wastes of Industries that benefit vegetable materials may serve as pulp’s source, configuring itself as an attractive alternative for profit generation and reduction of negative environmental impacts. The aim in this dissertation is to carry out an exploratory study of pulp extraction from the waste of productive process of a firm which processes vegetal material, under the perspective of environmental and economic dimensions of sustainability. The study was unfolded in five steps: i) identification, in literature, the guidelines for sustainable productive processes, through approaches that embrace sustainability; ii) identification of industrial processes of pulp extraction and respective operational features; iii) definition of an industrial unit to perform the study, as well as the seasonality and the availability of vegetal wastes coming from the vegetable process; iv) adaptation of the industrial process of pulp extraction for using with vegetable wastes, and attendance to constraints of the current process in the industrial unit chosen for the study; and v) the performance of extraction tests using a project of experiments for further characterization of the cellulose pulp resulting from the waste. It was employed a Factorial composite second-order design in a Surface Response Methodology (SRM) in order to analyze the influence of the controlled variables over the response variables. Variables of the extraction process were defined according with the specific literature’s data, and response variables, adequate to the cellulose pulp characterization as Kappa Number, capability, absortion speed and apparent density were analyzed. Results indicate that constraints related to the high temperature used in the equipment available for extraction is a relevant factor in the process for obtaining higher contents of delignification. Studies show the influence of using additive process, anthraquinone, load time and alkaline pulping, as well as treatment of hydrolysis in the waste of pulp quality. The remarkable difference in the quality of vegetable waste after hydrolysis treatment indicates that a pretreatment stage of such waste is interesting, since the fiber is resistant and requires high alkali and addictive charges.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-02-26T17:50:19Z No. of bitstreams: 1 Condicionamento de resíduo de Eucalyptus grandis para produção de biocombustível sólido.pdf: 2443147 bytes, checksum: a845b56c7efbb1231c0f2402882404ff (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-09T15:56:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Condicionamento de resíduo de Eucalyptus grandis para produção de biocombustível sólido.pdf: 2443147 bytes, checksum: a845b56c7efbb1231c0f2402882404ff (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T15:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Condicionamento de resíduo de Eucalyptus grandis para produção de biocombustível sólido.pdf: 2443147 bytes, checksum: a845b56c7efbb1231c0f2402882404ff (MD5) / A busca por novas fontes de energia que provoquem um menor impacto ambiental é cada dia mais evidente e importante. Processos industriais como papel e celulose usam madeira como matéria prima, especificamente o eucalipto. Durante a colheita, somente toras de 6 metros com 4 cm de diâmetros, são aproveitados e conduzidos a indústria e os resíduos, correspondendo a 29% do total, são deixados no local. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo estudar o reaproveitamento de resíduos de eucalipto através do processo de torrefação, tornando este resíduo um potencial biocombustível sólido. Inicialmente o resíduo de Eucalyptus grandis foi caracterizado por análise imediata (umidade, voláteis, cinzas e carbono fixo), composição elementar (C, H, O e N), poder calorífico (PCS e PCI), hidrofobicidade e extrativos. Os teores de lignina, celulose e hemicelulose foram obtidos por TG/DTG. A torrefação foi realizada nas temperaturas de 200, 250 e 300°C. Análises termogravimétricas foram realizadas com N2 e o biochar foi gaseificado com ar sintético e CO2. Dados cinéticos dinâmicos foram obtidos, para verificar as energias envolvidas durante o processo de pirólise e gaseificação do resíduo de eucalipto. Análise cinética isotérmica da torrefação foi realizada em na faixa de 200 a 300°C. O processo de torrefação levou a um aumento do poder calorífico, em torno de 20 MJ Kg-1, quando comparado com o resíduo de eucalipto seco, 16 MJ Kg-1; à diminuição dos teores de umidade (média 1,7%) e de voláteis (em torno de 75%); ao aumento do teor de carbono fixo (47%) e de cinzas (0,5%). A hidrofobicidade aumentou com o aumento da temperatura, o que contribui significativamente para um maior rendimento energético. Os gases obtidos foram CO e CO2, provenientes de reações de degradação da hemicelulose. A fração líquida era composta de ácido acético, furfural, acetol, ácido fórmico, fenol e ácido lático, sendo ácido acético e furfural os componentes majoritários, quando a torrefação foi realizada a 250 e 300°C. Os componentes minerais principais do biochar foram os óxidos de Ca, K, Fe, Al e Si. Os índices Bases/Ácidos e o Índice Alcalino indicaram uma tendência média formação de incrustações e escória. Os resultados obtidos de cinética isotérmica indicam a degradação da biomassa em duas etapas, sendo a 1ª etapa correspondente a degradação da hemicelulose e a 2ª correspondente a degradação da celulose. A cinética de pirólise da biomassa mostrou que as energias envolvidas para degradação da hemicelulose, celulose e lignina são Ea = 106, 169 e 30 kJ mol-1, respectivamente. A combustão completa foi observada na gaseificação do biochar na presença de ar sintético, correspondendo a Ea = 180 kJ mol-1, em temperaturas em torno de 550°C. Em presença de CO2, a Ea = 350 kJ mol-1, em temperatura em torno de 900°C. Os resíduos de biomassa também passaram por um processo de pelletização e a amostra que apresentou as características mais adequadas, tais como resistência, umidade (4%), densidade (1.1 g cm-3) e PCS (22 MJ mol-1) foi a amostra torrificada a 250°C. Desta forma pode-se verificar, com base nos resultados obtidos que o resíduo de Eucalyptus grandis, descartado pela indústria de papel e celulose, apresenta um potencial energético que pode ser aproveitado como biocombustível sólido / The pursuit for new environmentally benign sources of energy is becoming more essential and important. Wood, mainly eucalyptus, is used as raw material for the paper pulp industry. During the harvest, logs of 6m and diameter higher than 4cm are utilized and an amount roughly corresponding to 29% is left in planting. In this context, the aim of this study was to evaluate the use of this eucalyptus waste as a solid biofuel, after a torrefaction process initially, the characteristics of the residue were determined by proximate analysis (moisture, volatile, ash and fixe carbon), ultimate analysis (C, H, N and O), heating value (HHV e LHV), hydrophobicity and extractives. Lignin, cellulose and hemicellulose were determined by TG/DTG. The torrefaction experiments were carried out at 200, 250 e 300°C. Thermogravimetry analyses of the raw and thermally treated materials were performed in N2 while the gasification of the resulting biochars was performed either in synthetic air or CO2. Dynamic kinetic data were obtained to verify the activation energies during the processes of pyrolysis and gasification of the eucalyptus residue. The isothermal kinetic analysis of torrefaction was investigated in the range of 200 to 300°C. As a consequence of the torrefaction process, the higher heat value (HHV), around 20 MJ Kg-1, increased as compared to that of the dry residue of eucalyptus, 16 MJ Kg-1; moisture (average 1.7%) and volatiles (75%) contents decreased while those of fixed carbon (47%) and ash (0.5%) decreased. The hydrophobicity increased with increasing temperature, which significantly contributes to increase the energy yield. The produced gas mainly consisted of CO and CO2 from the reactions degradations hemicellulose. Acetic acid and furfural were the main component of the liquid fraction, which also contained acetol, formic acid, phenol and lactic acid. The main inorganic components of the biochar were Ca, K, Fe, Al e Si oxides. The Base/Acid and Alcaline Indice indexes indicated an intermediate trend toward fouling and slagging. The isothermal kinetics studies indicated that the degradation of the biomass occurred in two stages: first stage corresponding to the degradation of hemicellulose and the 2nd corresponding to cellulose degradation. The pyrolysis kinetics showed that the activation energies of the degradation of hemicellulose, cellulose and lignin are Ea 106, 169 and 30 kJ mol-1, respectively. The complete combustion was observed during the gasification of the biochar in the presence of synthetic air, at temperature 550°C, and Ea of 180 kJ mol-1. In the presence CO2, Ea was found to be 350kJmol-1, at a temperature of around 900°C. The raw and thermally treated biomass samples were pelletized and the most suitable characteristics, such as strength, moisture content (4%), density (1.1 g cm-3) and PCS (22 MJ Kg-1) were achieved at the sample torrefied at 250°C. Thus, based on the presented results, the residues of Eucalyptus grandis, useless for the pulp and paper industries, may be successfully utilized as a source of renewable energy for the production of a solid biofuel.

Com o crescimento da geração de resíduos e a superlotação dos aterros sanitários, tornou-se necessário buscar alternativas para destinação desses resíduos. Neste trabalho são apresentados resultados sobre a possibilidade de utilização do compósito para produção de um material de construção civil, tendo em sua composição: sedimento dragado do porto de Paranaguá como agregado, cinzas de madeira de bracatinga (Mimosa Scabrella) como adição e por fim, cal residual como aglomerante. Na parte experimental, os materiais foram caracterizados quanto sua composição química, mineralógica e granulométrica. Com os resíduos selecionados, foram desenvolvidas quinze composições, os teores de sedimento dragado variaram entre 30 e 70%, os teores de cinzas variaram entre 5 e 40% e a quantidade da cal residual variou entre 15 e 30%. Os compósitos foram submetidos a ensaios de resistência mecânica à compressão uniaxial, absorção de água, resistência à água, expansão linear, densidade aparente, DRX, MEV e EDS. Assim, estudando as interações componentes durante o período de cura, foi possível verificar que a resistência à compressão uniaxial cresce com o aumento do teor de aglomerante e com tempo o de cura. Os materiais desenvolvidos apresentaram valores de resistência à compressão uniaxial máxima no 3º dia de 2,39 MPa, no 28° dia de 2,44 MPa, no 60º dia de 4,51 MPa, no 90° dia de 5,45 MPa e no 180° dia 8,77 MPa. Os valores de absorção de água aos 28 dias de cura variaram entre 9,50% a 17,20%, já no 90° dia houve um decréscimo, obtendo valores que variaram no intervalo de 8,30% a 16,60%. Através de métodos de DRX, MEV e EDS, foi possível observar que durante o processo de hidratação e cura das misturas, ocorreu uma destruição parcial das partículas de cinza de madeira e do sedimento dragado em meio alcalino com a síntese de novos minerais cristalinos e amorfos, principalmente carbonatos responsáveis pela formação de novas estruturas. Os resultados apontam que a mistura desses três resíduos resulta em um compósito com viável utilização prática no setor da construção civil, o qual possui como principais benefícios, a redução da extração de matéria prima natural e redução do volume de material disposto em forma de rejeitos. / With the growth of industrial and municipal wastes generation and overcrowding of their landfills, it increases the necessity to develop alternatives for their economically and ecologically efficient disposal. This research presents results of three type of industrial wastes utilization - dredged sediment (DS) from the Seaport of Paranaguá, wood ashes (WAB) of bracatinga (Mimosa scabrella) and lime production wastes (LPW) - as raw materials for production of construction materials. DS was used as aggregate (30 -70 wt.%), WA – as filler (5 to 40%) and LPW (15 - 30%) - as a binder. The raw materials and final products were characterized and testes by the following complementary methods: XRF, XRD, SEM with EDS, uniaxial compressive strength, water absorption, water resistance, linear expansion and bulk density. It was determined that the uniaxial compressive strength increases with increasing content of the LPW and of the curing time. The max resistance of the test samples (TSs) reaches at the 3rd day of 2.39 MPa, at the 28th day of 2.44 MPa, at the 60th of 4.51 MPa, at the 90th day of 5.45 MPa, and 180th day of 8.77 MPa. The water absorption on the 28th day of curing ranged from 9.50% to 17.20% and on the 90th day was decreased, ranging from 8.30% to 16.60%. All these changes of TSs’ mechanical properties took place due to chemical interaction of the initial components in the moist alkaline outdoors condition with partial chemical destruction of DS and WA particles and with synthesis of new crystalline and amorphous minerals, mainly of carbonates and CSH compositions. New materials can be economically attractive due to cheap industrial wastes utilization as raw materials for manufacturing of civil construction materials and, thus, considerable reduction of their price. Widespread use of this ecologically clean method of wastes utilization could significantly improve the environmental situation of ocean coastal and industrial regions and decrease consuming of natural resources for civil construction.

No Brasil, tanto o agronegócio quanto a fabricação de celulose trazem resultados relevantes para a economia. Sob uma perspectiva de sustentabilidade, as indústrias beneficiadoras de materiais vegetais geram grande volume de resíduos, os quais podem servir de fonte de celulose, configurando-se numa alternativa atraente para gerar lucros e diminuir impactos ambientais negativos. O objetivo geral desta dissertação é realizar um estudo exploratório de extração de celulose a partir de resíduo do processo produtivo de empresa beneficiadora de material vegetal, sob perspectiva das dimensões ambiental e econômica da sustentabilidade. O estudo foi desdobrado em cinco etapas: i) identificação na literatura das diretrizes para os processos produtivos sustentáveis, por meio das abordagens que tratam da sustentabilidade; ii) identificação dos processos industriais de extração de celulose e suas características operacionais; iii) definição da empresa para realização do estudo, a sazonalidade e o volume disponível dos resíduos vegetais provenientes do processo de beneficiamento de vegetais; iv) adaptação do processo industrial de extração de celulose para uso com resíduos vegetais e atendimento às restrições da fábrica definida para o estudo e v) realização de testes de extração com o uso de projeto de experimentos para posterior caracterização da polpa de celulose obtida do resíduo. Neste último, foi empregado um Projeto Fatorial Composto de Segunda Ordem (PSCO) com Metodologia de Superfície Resposta (MSR) para analisar a influência dos fatores controláveis sobre as variáveis de resposta. Os fatores controláveis foram definidos de acordo com dados da literatura específica e foram analisadas as variáveis de resposta que caracterizam polpa de celulose, aplicáveis a fins sanitários, como Número Kappa, capacidade de absorção, velocidade de absorção e densidade. Resultados indicaram que limitações quanto ao uso de altas temperaturas no processo de extração é um fator relevante, para atingir maiores teores de deslignificação. Os estudos mostraram a influência do uso de aditivo de processo, antraquinona, carga alcalina e tempo de polpeamento, bem como, tratamento de hidrólise ácida no resíduo na qualidade da polpa. / Agribusiness and pulp production bring both relevant results to the Brazilian economy. In a sustainable perspective, the wastes of Industries that benefit vegetable materials may serve as pulp’s source, configuring itself as an attractive alternative for profit generation and reduction of negative environmental impacts. The aim in this dissertation is to carry out an exploratory study of pulp extraction from the waste of productive process of a firm which processes vegetal material, under the perspective of environmental and economic dimensions of sustainability. The study was unfolded in five steps: i) identification, in literature, the guidelines for sustainable productive processes, through approaches that embrace sustainability; ii) identification of industrial processes of pulp extraction and respective operational features; iii) definition of an industrial unit to perform the study, as well as the seasonality and the availability of vegetal wastes coming from the vegetable process; iv) adaptation of the industrial process of pulp extraction for using with vegetable wastes, and attendance to constraints of the current process in the industrial unit chosen for the study; and v) the performance of extraction tests using a project of experiments for further characterization of the cellulose pulp resulting from the waste. It was employed a Factorial composite second-order design in a Surface Response Methodology (SRM) in order to analyze the influence of the controlled variables over the response variables. Variables of the extraction process were defined according with the specific literature’s data, and response variables, adequate to the cellulose pulp characterization as Kappa Number, capability, absortion speed and apparent density were analyzed. Results indicate that constraints related to the high temperature used in the equipment available for extraction is a relevant factor in the process for obtaining higher contents of delignification. Studies show the influence of using additive process, anthraquinone, load time and alkaline pulping, as well as treatment of hydrolysis in the waste of pulp quality. The remarkable difference in the quality of vegetable waste after hydrolysis treatment indicates that a pretreatment stage of such waste is interesting, since the fiber is resistant and requires high alkali and addictive charges.

No Brasil, tanto o agronegócio quanto a fabricação de celulose trazem resultados relevantes para a economia. Sob uma perspectiva de sustentabilidade, as indústrias beneficiadoras de materiais vegetais geram grande volume de resíduos, os quais podem servir de fonte de celulose, configurando-se numa alternativa atraente para gerar lucros e diminuir impactos ambientais negativos. O objetivo geral desta dissertação é realizar um estudo exploratório de extração de celulose a partir de resíduo do processo produtivo de empresa beneficiadora de material vegetal, sob perspectiva das dimensões ambiental e econômica da sustentabilidade. O estudo foi desdobrado em cinco etapas: i) identificação na literatura das diretrizes para os processos produtivos sustentáveis, por meio das abordagens que tratam da sustentabilidade; ii) identificação dos processos industriais de extração de celulose e suas características operacionais; iii) definição da empresa para realização do estudo, a sazonalidade e o volume disponível dos resíduos vegetais provenientes do processo de beneficiamento de vegetais; iv) adaptação do processo industrial de extração de celulose para uso com resíduos vegetais e atendimento às restrições da fábrica definida para o estudo e v) realização de testes de extração com o uso de projeto de experimentos para posterior caracterização da polpa de celulose obtida do resíduo. Neste último, foi empregado um Projeto Fatorial Composto de Segunda Ordem (PSCO) com Metodologia de Superfície Resposta (MSR) para analisar a influência dos fatores controláveis sobre as variáveis de resposta. Os fatores controláveis foram definidos de acordo com dados da literatura específica e foram analisadas as variáveis de resposta que caracterizam polpa de celulose, aplicáveis a fins sanitários, como Número Kappa, capacidade de absorção, velocidade de absorção e densidade. Resultados indicaram que limitações quanto ao uso de altas temperaturas no processo de extração é um fator relevante, para atingir maiores teores de deslignificação. Os estudos mostraram a influência do uso de aditivo de processo, antraquinona, carga alcalina e tempo de polpeamento, bem como, tratamento de hidrólise ácida no resíduo na qualidade da polpa. / Agribusiness and pulp production bring both relevant results to the Brazilian economy. In a sustainable perspective, the wastes of Industries that benefit vegetable materials may serve as pulp’s source, configuring itself as an attractive alternative for profit generation and reduction of negative environmental impacts. The aim in this dissertation is to carry out an exploratory study of pulp extraction from the waste of productive process of a firm which processes vegetal material, under the perspective of environmental and economic dimensions of sustainability. The study was unfolded in five steps: i) identification, in literature, the guidelines for sustainable productive processes, through approaches that embrace sustainability; ii) identification of industrial processes of pulp extraction and respective operational features; iii) definition of an industrial unit to perform the study, as well as the seasonality and the availability of vegetal wastes coming from the vegetable process; iv) adaptation of the industrial process of pulp extraction for using with vegetable wastes, and attendance to constraints of the current process in the industrial unit chosen for the study; and v) the performance of extraction tests using a project of experiments for further characterization of the cellulose pulp resulting from the waste. It was employed a Factorial composite second-order design in a Surface Response Methodology (SRM) in order to analyze the influence of the controlled variables over the response variables. Variables of the extraction process were defined according with the specific literature’s data, and response variables, adequate to the cellulose pulp characterization as Kappa Number, capability, absortion speed and apparent density were analyzed. Results indicate that constraints related to the high temperature used in the equipment available for extraction is a relevant factor in the process for obtaining higher contents of delignification. Studies show the influence of using additive process, anthraquinone, load time and alkaline pulping, as well as treatment of hydrolysis in the waste of pulp quality. The remarkable difference in the quality of vegetable waste after hydrolysis treatment indicates that a pretreatment stage of such waste is interesting, since the fiber is resistant and requires high alkali and addictive charges.

Submitted by Kamila Costa (kamilavasconceloscosta@gmail.com) on 2015-06-26T18:28:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertação-Andressa CR da Silva.pdf: 1300901 bytes, checksum: 26daf98c814dcef48fd3d3f740cdf454 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-08T17:42:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Andressa CR da Silva.pdf: 1300901 bytes, checksum: 26daf98c814dcef48fd3d3f740cdf454 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-08T17:54:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação-Andressa CR da Silva.pdf: 1300901 bytes, checksum: 26daf98c814dcef48fd3d3f740cdf454 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T17:54:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação-Andressa CR da Silva.pdf: 1300901 bytes, checksum: 26daf98c814dcef48fd3d3f740cdf454 (MD5) Previous issue date: 2013-11-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the 1970s, new concepts were established about environmental, economic and social sustainability by setting a new ideal standard for generation and consumption of energy. These new concepts have been spreading, especially in relation to the increased consumption of oil for electric power generation, since it is a non-renewable and a pollutant-generating source. In this context the biomass appears as an alternative energy source, since it is from renewable sources and do not degrade the environment. The objective of the present work was to evaluate the chemical characteristics of wood residues to produce energy. The residues of forest species were selected based on the project: Periodic Monitoring Study of Woods Sold in the city of Itacoatiara in Amazonas State, from which the most commonly used species in sawmills of the region, Brosimum portabile Ducke (amapá), Brosimum rubescens Taub (muirapiranga), Hymenolobium petraeum Ducke (angelim pedra) and Simarouba amara Aubl (marupá) were selected. Samples of wood residues were taken from these species, which have been anatomically identified, fragmented for the determination of basic density and milled for the determination of wood moisture content, heat value and chemical properties (content of extractives, cellulose, lignin, ashes and silica). The density of the studied species ranged from 0.55 to 0.88 g/cm3 and humidity from 8.5% to 9.5%. The descriptive analysis by species showed that from the four studied species, the ones that showed better performances for the production of energy were muirapiranga with heat value (4,866.6 cal/g), extractives (22.61%), lignins (34.53%), ashes (0.46%) and angelim pedra with heat value (4,568 cal/g), extractives (10.29%), lignins (34%) and ashes (0.52%). Regression analysis showed that there are positive correlations between heat value and extractives, between heat value and lignin and between heat value and silica. However the regression analysis showed a negative correlation between heat value and cellulose, and between heat value and ash content. / Na década de 1970, surgiram novos conceitos de sustentabilidade ambiental, econômica e social estabelecendo-se um novo padrão ideal de geração e de consumo de energia. E esses novos conceitos vem se difundindo cada vez mais, principalmente em relação ao aumento do consumo do petróleo para geração de energia elétrica, por se tratar de uma fonte não renovável, e geradora de poluentes. Neste âmbito a biomassa surge como fonte de energia alternativa, uma vez que é oriunda de fontes renováveis e não degrada o meio ambiente. O presente trabalho teve como objetivo avaliar as características químicas dos resíduos madeireiros para a produção de energia. Os resíduos das espécies florestais foram selecionados com base no projeto de estudo de Monitoramento Periódico das madeiras comercializadas no município de Itacoatiara no Estado do Amazonas, onde se selecionou os resíduos das espécies Brosimum portabile Ducke (amapá doce), Brosimum rubescens Taub (muirapiranga), Hymenolobium petraeum Ducke (angelim pedra), Simarouba amara Aubl (marupá) sendo as espécies mais utilizadas nas serrarias da região. Das espécies foram retiradas amostras dos resíduos madeireiros, que foram identificados anatomicamente, fragmentados para determinação da densidade básica e submetidos a moagem para determinação do teor de umidade da madeira, poder calorífico e propriedades químicas (teor de extrativos, teor de celulose, teor de Lignina, teor de cinzas, teor de sílica). A densidade das espécies estudadas variou de 0,55 a 0,88 g/cm3 e a umidade dos resíduos das espécies de 8,5% a 9,5%. A análise descritiva por espécie demonstrou que das quatro espécies estudadas, as que apresentaram melhores desempenhos para produção de energia foram muirapiranga com o poder calorífico (4866,6 cal/g), extrativos (22,61%), ligninas (34,53%) e cinzas (0,46%) e angelim pedra com o poder calorífico (4568 cal/g), extrativos (10,29%), ligninas (34%) e cinzas (0,52%). A análise de regressão demonstrou que há correlações positivas entre o poder calorífico e os extrativos, entre o poder calorífico e a lignina e entre o poder calorífico e a sílica. No entanto a análise de regressão demonstrou haver uma regressão negativa entre o poder calorífico e a celulose, e entre o poder calorífico e o teor de cinzas.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gilberto_Alves_Fereira.pdf: 2149647 bytes, checksum: cf5d015f2b3d6a66b8343e8244e8da51 (MD5) Previous issue date: 2013-08-22 / The use of forage species in production systems such as integrated crop livestock can be key to improving fertility and increasing productivity of pastures and crops. The objective this study was to evaluate the effects height of grazing of Brachiaria ruziziensis on straw production, on the physical properties of the soil, in levels and stocks of carbon and nitrogen of the soil and in the soybean yield in crop livestock integration system. The experiment was conducted in the Experimental Farm of the Agronomic Institute of Paraná (IAPAR), located in the municipality of Xambrê-PR, in september 2010 to april 2012, during the agricultural year 2010/2011 and 2011/2012. The experimental design used was randomized in blocks, split plot in time (sampling time), with five treatments (grazing height of 10, 20, 30 and 40 cm and an area with no grazing) and three repetitions. Were determined the dry matter the mass of the aerial part of Brachiaria ruziziensis, vegetable residue dry matter and mass of total dry matter. The layers of 0-10, 10-20 and 20-30 cm were studied the density, macroporosity, microporosity, total porosity, gravimetric water, levels and stocks of total organic carbon, particulate carbon and carbon associated with minerals and the levels and stocks of mineral nitrogen and total of the soil. In culture of soy were evaluated the number of plants per meter, height of plants and grain productivity. The dry matter mass of the aerial part of Brachiaria ruziziensis and the total dry matter mass were significant (P<0,05) in the two seasons of evaluation, with higher production in the ungrazed compared to grazed area (P<0,05). The variable dry matter of plant residue was not significant (P>0,05) for the first time and significant in second season (P<0,05). The density, macroporosity, microporosity, total porosity and gravimetric soil moisture were not altered by grazing height and area not grazed at all depths evaluated (P>0,05). Density reduction occurred, increase macroporosity and total porosity in the 0-10 cm layer of soil, at the end of the experiment (P<0,05). There was a higher microporosity after brachiaria in relation to the time after the soybean crop (P <0,05). The levels and stocks of total organic carbon of the soil and its fractions, besides levels and stocks of mineral and total nitrogen of the soil were not altered by grazing heights and the area not grazed (P>0,05). However, there was an increase in levels and stocks of total organic carbon and carbon associated with minerals and a reduction of the particulate carbon of the soil in the final experiment (P<0,05). There was an increase of mineral nitrogen after harvest soybeans for all soil layers (P<0,05), however, the increase of total nitrogen and stocks of the soil occurred only in the 0-10 cm depth, in the last evaluation. The number of plants per meter, plant height and yield of soybean were not affected by the different Heights and the absence of grazing (P>0,05) / O emprego de espécies forrageiras em sistemas de produção como a integração lavoura pecuária pode ser determinante para a melhoria da fertilidade e incremento de produtividade das pastagens e das culturas. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da altura de pastejo de Brachiaria ruziziensis na produção de palhada, nas propriedades físicas do solo, nos teores e estoques de carbono e nitrogênio do solo e na produtividade da soja em sistema de integração lavoura pecuária. O experimento foi conduzido em área da Fazenda Experimental do Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR), localizada no município de Xambrê-PR, no período de setembro de 2010 a abril de 2012, durante os anos agrícolas de 2010/2011 e 2011/2012. O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso, em parcelas subdivididas no tempo (época de amostragem), com cinco tratamentos (altura de pastejo de 10, 20, 30 e 40 cm e uma área sem pastejo) e três repetições. Foram determinadas a massa de matéria seca da parte aérea de Brachiaria ruziziensis, matéria seca de resíduo vegetal e massa de matéria seca total. Nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm foram estudadas a densidade, macroporosidade, microporosidade, porosidade total, água gravimétrica, teores e estoques de carbono orgânico total, carbono particulado e carbono associados aos minerais do solo e os teores e estoque de nitrogênio mineral e total do solo. Na cultura da soja foram avaliadas o número de plantas por metro, altura das plantas e produtividade de grãos. A massa de matéria seca da parte aérea de Brachiaria ruziziensis e a massa de matéria seca total foram significativas (P<0,05) nas duas épocas de avaliação, com maior produção na área sem pastejo em relação às áreas pastejadas (P<0,05). Já a variável matéria seca de resíduo vegetal não foi significativa (P>0,05) para a primeira época e significativo na segunda época (P<0,05). A densidade, macroporosidade, microporosidade, porosidade total e umidade gravimétrica do solo não foram alteradas pelas alturas de pastejo e área não pastejada em todas as profundidades avaliadas (P>0,05). Ocorreu redução da densidade, aumento da macroporosidade e da porosidade total na camada 0-10 cm do solo, ao final do experimento (P<0,05). Houve maior microporosidade após a braquiária em relação à época após a cultura da soja (P<0,05). Os teores e estoques de carbono orgânico total do solo e suas respectivas frações, além dos teores e estoques de nitrogênio mineral e total do solo não foram alteradas pelas alturas de pastejo e a área não pastejada (P>0,05). Todavia, ocorreu aumento dos teores e estoques de carbono orgânico total e carbono associado aos minerais e redução do carbono particulado do solo ao final do experimento (P<0,05). Houve aumento do nitrogênio mineral após a colheita da soja para todas as camadas do solo (P<0,05), porém, o aumento do nitrogênio total do solo e seus estoques ocorreram apenas na profundidade 0-10 cm, na última avaliação. O número de plantas por metro, a altura das plantas e a produtividade da cultura da soja não foram influenciados pelas diferentes alturas e pela ausência do pastejo (P>0,05)