Hydrogen can be produced from biomass; this hydrogen is called biohydrogen. Biohydrogen produced in Western Canada can partially contribute to meeting the demand for hydrogen needed for bitumen upgrading. Gasification and pyrolysis are two promising pathways for producing biohydrogen in a large-scale plant. Syngas, produced from the gasification of biomass, and bio-oil, produced from fast pyrolysis of biomass, can be steam reformed to produce biohydrogen. The cost of biohydrogen delivered by pipeline to a distance of 500 km is $2.20 per kg of H2, assuming that a plant utilizes 2000 dry tonnes of whole-tree biomass per day processing it in a Battelle Columbus Laboratory (BCL) gasifier. For forest residue- and straw-based biohydrogen plants the values are similar: $2.19 and $2.31 per kg of H2, respectively. Maximum economy of scale benefits are realized for biohydrogen production plants capable of processing 2000 and 3000 dry tonnes per day using BCL and GTI (Gas Technology Institute) gasification technology, respectively. The cost of biohydrogen from fast pyrolysis ($2.47 per kg of H2 from a 2000 dry tonne per day plant), using forest residue as the feedstock, is higher than the cost of biohydrogen produced by gasification. Carbon credits of about $120-$140 per tonne of CO2 are required to make biohydrogen competitive with natural-gas-based hydrogen.

CAPES / O sistema plantio direto é o modelo predominante no cenário agrícola da região Sul do país. Assim, a utilização de plantas de cobertura é relevante em função do aporte de fitomassa, para proteção do solo em superfície e contribuição na ciclagem e/ou fixação de nutrientes, em especial o nitrogênio (N), com liberação para a cultura subsequente. Dentre as espécies hibernais, é constatado uso predominante da aveia para obtenção de palha no sistema. Embora aporte elevadas quantidades de resíduos, não é a espécie preferencial para anteceder o cultivo de milho, cereal de expressiva importância na região Sudoeste do Paraná. Objetivou-se avaliar a capacidade produtiva do milho em plantio direto, na ausência ou presença de adubação nitrogenada em cobertura, sobre resíduos de plantas de cobertura hibernais nas condições edafoclimáticas da região Sudoeste do Paraná. A instalação do plantio direto foi realizada em 2010 na área experimental pertencente à UTFPR, Câmpus Dois Vizinhos, sob Latossolo Vermelho. Para o presente estudo, foram utilizados dados referentes a três safras agrícolas (2012/2013; 2013/2014 e 2014/2015). O delineamento experimental foi de blocos ao acaso, em parcelas subdivididas, com três repetições. As parcelas principais foram constituídas por plantas de cobertura (aveia preta, azevém, centeio, nabo forrageiro, ervilhaca comum, tremoço branco, consórcio Aveia+Ervilhaca e Aveia+Ervilhaca+Nabo), que antecederam a cultura do milho. Nas subparcelas, foram utilizadas duas doses de adubação nitrogenada (0 e 180 kg ha cobertura na cultura do milho. As maiores taxas de cobertura ocorreram nos consórcios, com 95% aos 62 dias após a semeadura das espécies. O efeito residual da dose 180 kg ha incrementou 4,8% a taxa de cobertura das plantas hibernais no ano seguinte. O efeito residual dos 180 kg ha poáceas. A ervilhaca comum acumulou 32 kg de N para cada tonelada de matéria seca (MS) adicionada. A aveia preta e o centeio mantem mais de 50% dos resíduos em cobertura do solo, após 120 dias, enquanto o azevém e ervilhaca comum proporcionam baixa proteção. Consórcio Aveia+Ervilhaca+Nabo, ervilhaca comum e tremoço branco, liberaram as maiores quantidades de N, entre 52 e 59 kg ha diâmetro e comprimento de espigas, número de grãos por fileira e número total de grãos por espiga de milho, sob ausência de N mineral. A massa de mil grãos é aumentada em 12,4% pela adição de 180 kg ha de 180 kg ha fabáceas, brássica e consórcio Aveia+Ervilhaca+Nabo, e de 5,6 Mg ha a poáceas. Os consórcios aportaram quantidade entre 4,0 a 6,4 Mg ha estudo. Não há efeito da aplicação de N mineral para os componentes de rendimento do milho, quando cultivado sobre ervilhaca comum. Sistemas compostos por fabáceas, brássica e consórcio proporcionam produtividades de grãos similares aos sistemas com adição de 180 kg ha Palavras-chave: Culturas de cobertura. Plantio direto. Produtividade de grãos. Zea mays em Agronomia (Área de Concentração: Produção vegetal), Universidade -1 de N), em -1 de N, -1 de N no sistema milho/plantas de cobertura, reduziu 21% a relação C/N das -1 . Fabáceas, brássica e consórcios influenciam positivamente o -1 de N mineral. O incremento médio de produtividade de grãos pela adição de N em relação a dose 0 kg ha -1 -1 -1 de N é de 2,1 Mg ha de grãos de milho sobre de grãos em sucessão de MS nos anos de -1 -1 Aveia+Ervilhaca+Nabo, antecedendo o milho, na ausência de N mineral, proporcionam produtividades de grãos similares aos sistemas com adição de 180 kg ha-1 de N. / The no-tillage system is the predominant model in the agricultural scenario of southern Brazil. Thus, the use of cover crops is significant due to the addition of biomass to protect the soil surface, and contribute to the cycling and/or fixing of nutrients, and in particular nitrogen (N) with liberation for the subsequent culture. Among the cool season species, it was found predominant use of oat to obtain straw to system. Though large quantities input of residue is not the preferred species to precede the corn, cereal with relevant importance in the Paraná Southwest region. It was aimed to evaluate the productivity capacity of corn in no-tillage, in the absence or presence of nitrogen fertilization, on waste of winter cover crops on soil and climatic conditions of the Paraná Southwest region. The installation of no-tillage was held in 2010 in the experimental area belonging to UTFPR, Campus Dois Vizinhos, on a Red Latosol. For the present study, we used data relating to three agricultural years (2012/2013, 2013/2014 and 2014/2015). The experimental design was randomized block design with split plots with three replications. The main plots consisted of systems composed by cover crops (black oat, ryegrass, rye, turnip, vetch, white lupine, aot+vetch consortium and oat+vetch+turnip), preceding corn. In the subplots were used two doses of nitrogen fertilization (0 and 180 kg ha N) coverage in maize.The biggest coverage rates occurred in the consortium with 95% at 62 days after sowing. The residual effect of 180 kg ha cool season plants following year. The residual effect of 180 kg ha systems, reduced in 21% the C/N ratio of poaceae. The common vetch accumulated 32 kg N per ton of MS added. The oat and rye keeps more than 50% waste to the land cover, after 120 days, while the ryegrass and vetch provide low soil protection. Consortium oat+vetch+turnip, vetch and white lupine, released the largest amounts of N, between 52 and 59 kg ha brassica and consortia positively influencing the diameter and length of cobs, number of kernels per row and, total number of grains per ear of corn, in the absence of mineral N. The weight of a thousand grains was increased by 12.4% by the addition of 180 kg ha increase in productivity of grain by the addition of 180 kg ha N, was 2.1 Mg ha 5.6 Mg ha 6.4 Mg ha components when cultivated on vetch. Systems containing fabaceae, brassica and consortium oat+vetch+turnip, predating the corn, in the absence of mineral N, provided similar grain yelds inrelation to the systems with the addition of 180 kg ha Keywords: Cover crops. No-tillage. Grain yield. Zea mays - 1 -1 N, increased 4.8% coverage rate in the of N in corn/cover crops -1 -1 . Fabaceae, -1 N mineral. The average N, in relation to dose 0 kg ha corn kernels on fabaceae, brassica and consortium oat+vetch+turnip, and poaceae the grains in succession. The consortium added amount between 4.0 the DM in the years of study. There was no effect of mineral N rate for corn yield components when cultivated on vetch. Systems containing fabaceae, brassica and consortium oat+vetch+turnip, predating the corn, in the absence of mineral N, provided similar grain yelds inrelation to the systems with the addition of 180 kg ha-1 N.

O crescente avanço da agricultura faz com que propiciar condições adequadas ao crescimento e desenvolvimento das plantas seja o principal objetivo dos sistemas de manejo do solo. Grande parte do sucesso do PD é atribuído aos restos culturais deixados pelas culturas de cobertura que não exigem altas entradas de nitrogênio, podendo assim, ser utilizadas para reduzir a entrada de nitrogênio no agro-ecossistema. O nitrogênio é um dos elementos mais aplicados na agricultura, sendo sua falta o maior limitador do rendimento de grãos de culturas como a do milho. Deste modo, verificou-se a influência do plantio direto e plantio convencional aliados à diferentes culturas de cobertura de inverno e ao solo nu, quando em sucessão à cultura do milho, sobre os teores de nitrogênio mineral. O trabalho experimental foi realizado na Estação Experimental do Instituto Agronômico do Paraná – Iapar. O delineamento implantado foi de blocos ao acaso com parcelas subdivididas e três repetições, em esquema fatorial 6 x 2 x 3 x 5. As parcelas principais tiveram como tratamento, além do solo nu, 5 espécies de inverno (azevém, ervilhaca, ervilhaca + aveia preta, aveia e nabo forrageiro), enquanto nas subparcelas foram utilizados dois sistemas de preparo de solo (plantio direto e plantio convencional). Três coletas foram realizadas (antes do manejo, antes da ureia e depois da ureia), sendo estas realizadas em 5 profundidades (0-5, 5-10, 10-20, 20-40 e 40-60 cm). Para tanto, a camada 0-5 cm é a que apresenta maior quantidade do íon NH4 +. O uso do sistema plantio direto associado à presença de culturas de cobertura de inverno, diminuíram as perdas de NO3 - no perfil do solo. / The increasing advancement of agriculture makes providing adequate conditions for the growth and development of plants is the primary purpose of soil management systems. Much of the success of PD is attributed to cultural remains left by cover crops that do not require high nitrogen inputs and can thus be used to reduce nitrogen input in the agro- ecosystem. The nitrogen is one of the elements applied in agriculture, it is absorbed in higher quantities and limiting the yield of grain crops such as corn. Thus, there has been the influence of the no-till and conventional tillage combined with different crops of winter cover and bare soil when in succession to corn, on mineral nitrogen content. The experimental work was made at the experimental station of the Agronomic Institute of Paraná - Iapar. The implemented design was blocks at random split plot with three replications in factorial 6 x 2 x 3 x 5. The main plots were as treatment, beyond the bare soil, 5 winter species (ryegrass, vetch, vetch + oat, oat and radish), while in the subplots were used two tillage systems (No-till and conventional tillage). Three collections made were (before management, the urea before and after the urea), these being held in 5 depths (0-5, 5-10, 10-20, 20-40 and 40-60 cm). So a layer 0-5 cm and a que presents increased amount to NH4 + ion. The use of associated PD system in the presence of winter cover crops decreased as NO3 - losses in soil profile.

Resumo: Na região do Cerrado, a integração lavoura-pecuária sob sistema plantio direto é uma das alternativas para elevar a produtividade e o desempenho econômico de sistemas agrícolas. O trabalho de pesquisa objetivou: 1) avaliar a produtividade de grãos da cultura de milho em épocas de consorciação com o Panicum maximum cv. Tanzânia, Panicum maximum cv. Mombaça, Brachiaria brizantha cv. Marandu e Brachiaria ruziziensis; 2) avaliar a adubação nitrogenada dos capins após a colheita do milho em quatro épocas de corte no inverno/primavera quanto à produtividade de massa seca, a composição bromatológica, o índice ICF, a eficiência de conversão do N-fertilizante em forragem e a decomposição da palha após a última época de corte; 3) avaliar o efeito residual da adubação nitrogenada nos capins na cultura do milho em sucessão; 4) avaliar o desempenho econômico do milho consorciado, da pastagem adubada com nitrogênio, do milho em sucessão e do sistema como um todo, considerando o ganho de peso vivo médio diário de 0,2 e 0,6 kg/animal. Para atingir tais propósitos, foram conduzidos três experimentos sequenciais, durante os anos agrícolas de 2007/08 e 2008/09 na Fazenda de Ensino, Pesquisa e Extensão, da Faculdade de Engenharia - Unesp, Campus de Ilha Solteira, em um Latossolo Vermelho distroférrico em condições de cerrado, com histórico de cinco anos sob sistema plantio direto. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. No experimento I (2007/2008), os tratamentos foram constituídos de oito consórcios da cultura do milho com capins (semeado simultaneamente ou por ocasião da adubação nitrogenada de cobertura) e do milho sem consorciação. No expetimento II, após a colheita da cultura do milho (2007/2008), em esquema de parcelas subdivididas constituídas pela ausência e doses de 200, 400 e 800 kg/ha/ano de N na ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the Brazilian "Cerrado" conditions, the crop-livestock integration under no-tillage system is an alternative to increase the yield and the economic performance of agricultural systems. The present work aimed: 1) to evaluate corn grain yield under different intercropping times with Panicum maximum cv. Tanzânia, Panicum maximum cv. Mombaça, Brachiaria brizantha cv. Marandu e Brachiaria ruziziensis; 2) to evaluate the nitrogen fertilization of the grasses after the corn harvest in four seasons cut in the winter/spring, considering the dry mass yield, chemical composition, ICF index, conversion efficiency of N-fertilizer on forage and the straw decomposition in "Litter-bags" after the last season of cut; 3) to evaluate the residual effect of nitrogen fertilization on grasses in corn crop in succession; 4) to evaluate to economic performance of corn intercropped, pasture fertilized with nitrogen, the corn crop in succession and the crop-livestock integration system as a whole, considering the daily weight gain of 0.2 and 0.6 kg/animal. To reach these purposes, they were conducted three sequenced studies during the 2007/2008 and 2008/2009 growing seasons, at Experimental Station from College of Engineering in Ilha Solteira, São Paulo State, Brazil, in a Red Latosol (Oxisol) in "Cerrado" conditions, with a history of five years under no-tillage system. The experimental design was a completely randomized block, with four replicates. In the experiment I (2007/2008), the treatments consisted of eigth methods for growing corn intercropped with Panicum maximum cv. Tanzania, Panicum maximum cv. Mombaça, Brachiaria brizantha cv. Marandu, and Brachiaria ruziziensis, sown simultaneously or at time of side dressing nitrogen fertilization, besides single grown corn. In the experiment II, after the corn harvest (2007/2008), in split-plot scheme was applied urea at side dressing ... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Marcelo Andreotti / Coorientador: Antonio Fernando Bergamaschine / Banca: Enes Furlani Júnior / Banca: Ciniro Costa / Mestre

Le réchauffement climatique et le coût élevé des matériaux de construction conventionnels (ciment, chaux, acier) nous obligent à recourir aux matériaux locaux, disponibles et sans effet négatif sur l’atmosphère. Il s’agit de blocs de terre comprimée (BTC) stabilisés par de la gomme arabique et renforcés avec de la paille de riz. L’objectif principal de ce travail est la valorisation des matériaux locaux et écologiques pour la construction des habitations durables. L’étude concerne la caractérisation mécanique, thermique et la durabilité des éprouvettes fabriquées avec de l’argile, du sable, de la gomme arabique, de la paille de riz et de l’eau en des différentes proportions. A cet effet, les pourcentages massiques de gomme arabique sont de 5%, 10% et 15%. Ceux de la paille de riz sont de 0,5%, 1%, 1,5% et 30% de sable sont retenus pour ce travail de recherche. Des briques en BTC de 30 x 15 x 8 cm et des éprouvettes de dimension 4 x 4 x 16 cm sont fabriquées pour réaliser les essais mécaniques. Une méthode « fil chaud » adaptée sur les éprouvettes cylindriques de 16 cm de diamètre sur 32 cm de hauteur est utilisée pour la détermination des conductivités thermiques. L’utilisation de la gomme arabique comme liant dans la construction a donné des résultats satisfaisants. A un taux de 15% de gomme arabique associée à une contrainte de compactage beaucoup plus élevée, nous permettent d’obtenir des BTC ayant une résistance mécanique acceptable ainsi qu'une meilleure résistance à l’eau de pluie. Les résultats mécaniques montrent que la gomme arabique améliore la résistance mécanique de même que la contrainte de compactage. Par contre l’utilisation de paille de riz dans le mélange fait chuter sa résistance mécanique et allège le matériau. Les valeurs de conductivité thermique mesurées, montrent que les différents échantillons ne peuvent pas être considérées comme étant des matériaux isolants. Les éprouvettes exposées aux aléas climatiques (pluie et humidité) pendant un mois montrent que les blocs de terre non stabilisés se sont détériorés sous la pluie. Par contre les éprouvettes stabilisées par la gomme arabique ont conservé leurs bonnes tenues. De même, des éprouvettes stabilisées et non stabilisées sont immergées dans l’eau. A partir de 15 min, toutes les éprouvettes sont détériorées. Les matériaux argileux stabilisés par la gomme arabique ne pourront pas servir en fondation dans la construction. Ce travail de recherche sera complété par des essais de vieillissement du matériau sur des différents échantillons pour sa validation comme nouveau matériau de construction durable / Global warming and the high cost of conventional building materials (cement, lime, steel) force us to use local, available materials with no negative effect on the atmosphere. These are compressed earth blocks (BTC) stabilized with arabic gum and reinforced with rice straw. The main objective of this work is the valorization of local and ecological materials for the construction of sustainable homes. The study concerns the mechanical, thermal and durability characterization of specimens made of clay, sand, arabic gum, rice straw and water in different proportions. For this purpose, the percentages of gum Arabic are 5%, 10% and 15%. Those of rice straw are 0.5%, 1%, 1.5% and 30% of sand are retained for this research work. BTC bricks measuring 30 x 15 x 8 cm and specimens measuring 4 x 4 x 16 cm are manufactured to perform the mechanical tests. A "hot wire" method adapted to cylindrical specimens 16 cm in diameter and 32 cm in height is used for the determination of thermal conductivities. The use of arabic gum as a binder in the construction has given satisfactory results. At a rate of 15% gum Arabic associated with a much higher compressive stress, allow us to obtain BTCs having an acceptable mechanical strength as well as a better resistance to rainwater. Mechanical results show that gum Arabic improves mechanical strength. As is the compaction constraint. By cons the use of rice straw in the mixture reduces its mechanical strength and lightens the material. The measured thermal conductivity values show that the different formulations cannot be considered as insulating materials. The specimens exposed to the climatic hazards (rain and moisture) for a month show that the unstabilized earth blocks have deteriorated in the rain. On the other hand, samples stabilized by gum Arabic have retained their good habits. Similarly, stabilized and unstabilized specimens are immersed in water. From 15 min, all test pieces are deteriorated. The clay materials stabilized by gum Arabic can not be used as a foundation in construction. This research work will be completed by aging tests on the various formulations for validation as a new sustainable building material

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:51:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leonardo Peroni.pdf: 823023 bytes, checksum: 025aac3b955d96c5a6c8ecbe8978f8ae (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / This study aimed to test the use of sewage sludge and renewable organic waste in the composition of substrates for the production of Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden seedlings. The seedlings were grown in the Forest Nursery of the of Forest and Wood Department of the Agricultural Sciences Center from the Federal University of Espírito Santo, in the municipality of Alegre, in tubes with a capacity of 280 cm3, containing different combinations of substrates. After 90 days, the morphological and nutritional characteristics were evaluated. The used substrates were made from different combinations of sewage sludge with renewable vegetable waste such as coconut fiber, fresh coffee straw, organic compost (manure + fresh coffee straw) and fresh rice husk, in proportions of 100:0, 80:20, 60:40, 40:60 and 20:80 (sewage sludge : crop residues), and a control, consisting of a commercial substrate, totaling 18 treatments with six replicates of four plants each. Physical analysis of all the formulated substrates demonstrated that they showed low density, with a tendency to increase according to the rise of sewage sludge proportions in their composition. It was observed in the treatments containing higher proportions of sludge an increased porosity. There was a reduction of macroporosity values in treatments containing over 60% of coconut fiber and over 40% of fresh rice husk in the substrates composition. Most treatments showed appropriate microporosity, and in general, the microporosity corresponded to a higher percentage of porosity distribution in all treatments. The treatments composed of waste such as fresh coffee straw and fresh rice husks allowed a greater drain to the substrate, which provided more room for airing and a lower amount of water easily available. Chemical analysis of substrates revealed a low pH, between 4.0 and 5.7, for all treatments and adequate CTC for most of them. The use of increasing proportions of coconut fiber, fresh rice husk and fresh coffee straw promoted additions of K to the substrate and reduction of the Ca available. The use of growing proportions of sewage sludge promoted an increase of the total content of soluble salts of the substrate. The treatments containing organic compound in the composition provided the best developments of the seedlings morphological characteristics. Most treatments had proper foliar levels of N, Ca, S, Mn and B, high levels of P and Cu and low concentrations of K, Mg, Fe and Zn. The combination of renewable vegetable organic waste and sewage sludge provided significant differences in terms of seedling growth, compared to the commercial substrate commonly used, demonstrating the importance of evaluating the potential of each residue as a component of the substrate before employing it commercially, since some materials may provide a less impressive seedling development / Este estudo teve como objetivo testar a utilização de lodo de esgoto e resíduos orgânicos renováveis na composição de substratos para a produção de mudas de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden. As mudas foram produzidas no Viveiro Florestal do Departamento de Ciências Florestais e da Madeira do Centro de Ciências Agrárias da UFES, no município de Alegre, em tubetes de 280 cm3 de capacidade, contendo diferentes combinações de substratos. Após 90 dias foram avaliadas as características morfológicas e nutricionais. Os substratos utilizados foram formulados a partir de diferentes combinações de lodo de esgoto com resíduos renováveis de origem vegetal, tais como: fibra de coco, palha de café in natura, composto orgânico (esterco bovino + palha de café in natura) e casca de arroz in natura, nas proporções de 100:0, 80:20, 60:40, 40:60 e 20:80 (lodo de esgoto:resíduo vegetal), e uma testemunha, constituída por substrato comercial, totalizando 18 tratamentos, com seis repetições de quatro plantas cada. A análise física de todos os substratos formulados demonstrou que os mesmos apresentaram baixa densidade, com tendência de aumento conforme o aumento das proporções de lodo de esgoto na sua composição. Observou-se nos tratamentos com maiores proporções de lodo de esgoto um aumento da porosidade total. Houve redução da macroporosidade em tratamentos que continham valores acima de 60% de fibra de coco e casca de arroz in natura acima de 40% na composição de substratos. A maioria dos tratamentos apresentaram microporosidade adequada, e de forma geral, a microporosidade correspondeu a uma maior proporção da distribuição da porosidade em todos os tratamentos. Os tratamentos compostos por resíduos como a palha de café in natura e a casca de arroz in natura possibilitaram uma maior drenagem ao substrato, o que proporcionou maior espaço de aeração e menor quantidade de água facilmente disponível. A análise química dos substratos revelou um pH baixo, entre 4,0 e 5,7, para todos os tratamentos e CTC adequada para a maioria deles. A utilização de proporções crescentes de fibra de coco, casca de arroz in natura e palha de café in natura promoveu acréscimos de K ao substrato e redução nos teores de Ca disponível. A utilização de proporções crescentes de lodo de esgoto promoveu aumento do teor total de sais solúveis do substrato. Os tratamentos que continham composto orgânico em sua composição proporcionaram os melhores desenvolvimentos das características morfológicas da mudas. A maioria dos tratamentos apresentou adequados teores foliares de N, Ca, S, Mn e B, altos teores de P e Cu e baixos teores de K, Mg, Fe e Zn. A combinação de resíduos orgânicos renováveis de origem vegetal e lodo de esgoto proporcionaram diferenças importantes em termos de crescimento das mudas, em relação ao substrato comercial comumente utilizado, demonstrando a importância de se avaliar o potencial de cada resíduo como componente de substrato antes de empregá-lo comercialmente, visto que alguns materiais podem proporcionar um desenvolvimento de mudas aquém do desejado

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Conservation tillage is based on minimum tillage and on the maintenance of crop residues on the soil surface throughout the year, thus protecting the soil from rainfall damage and increasing water infiltration in the soil. The relationships between crop residue maintenance and its effects on water loss by evaporation are particularly important during crop initial phases, when the soil coverage by the crop is not effective. However, especially regarding such phase, information on water loss by evaporation is scarce. The objective of this study was to evaluate water loss by evaporation in three distinct soil classes as well as to evaluate the effect of crop residue on soil evaporation and soil temperature. For that purpose, experiments were conducted in a set of 12 drainage lysimeters located in an area belonging to the Department of Rural Engineering of the Federal University of Santa Maria, RS, in 2007 and 2008. Experimental delineation was entirely random, bifactorial, with two replications. Factor soil consisted of three soils: (i) typical dystrophic red latosol (Rhodic Hapludox), of a very clayish texture; (ii) umbric aluminum yellowred argisol (Haplohumult), of frank clay-lime texture and; (iii) sandy distrophic red argisol (Rhodic Paleudalf). Fator residue comprised two levels of crop residue coverage: 0 and 4 Mg ha-1 of oat with two replications, comprising a total of 12 experimental plots. The volumetric content of water in the soil (cm3 water / cm-3 soil) was determined at the layer comprising 0 to 10 cm by using FDR (Frequency Domain Reflectometry) and daily evaporation was assumed as the variation in the volumetric content of water in the soil between two consecutive days. To estimate soil temperature, temperature sensors were installed at 2.5 cm depth. Regarding the evaluation of soil temperature, no significant differences were observed between classes of soil texture for maximum, minimum and mean temperatures, as well as for thermic amplitude on the first and third drying cycles, both carried out periods of increased reference evapotranspiration. The presence of 4 Mg ha-1 of crop residue over the soil surface reduced minimum and maximum temperatures, which resulted decreased daily thermic amplitude in the soils. Greater effect of crop residue coverage on the temperature of the soils was observed as the drying cycle progressed. During the third drying cycle, crop residues coverage rendered a reduction of 1,8oC in the soil maximum temperature on the first day of the cycle (soils at field capacity) and 12,2oC on the eighth day, when cumulative reference evapotranspiration reached 50 mm. The effect of crop residues in reducing water loss by evaporation was observed for the three drying cycles. Crop residue resulted in lower water loss especially on the initial days of the drying cycles. In cycles 1 and 3, such effect was observed until the third day, while in experiment 2, it was extended to the sixth day. However, when the time scale was altered into reference evapotranspiration, the presence of crop residue on soil surface affected water losses by evaporation for a period of approximately 10 mm of cumulative reference evapotranspiration. / Os sistemas conservacionistas se baseiam no mínimo revolvimento e na manutenção de resíduos sobre o solo o ano todo, protegendo-o da erosão e aumentando a infiltração de água no solo. As relações entre a manutenção de resíduos em superfície e o seu efeito sobre as perdas de água por evaporação são especialmente importantes nas fases iniciais dos cultivos, enquanto a cobertura do solo pela cultura ainda não é efetiva. Ainda há carência de informação sobre as perdas de água por evaporação. A finalidade deste trabalho foi avaliar as perdas de água por evaporação em três classes de solos distintas, bem como avaliar efeito que os resíduos em superfície exercem sobre a evaporação e sobre a temperatura dos solos. Para tanto, experimentos foram realizados em um conjunto de 12 lisímetros de drenagem, em área pertencente ao Departamento de Engenharia Rural da Universidade Federal de Santa Maria, RS, nos anos de 2007 e 2008. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, bifatorial, com duas repetições. O fator solos foi constituído de três solos: (i) Latossolo vermelho distroférrico típico, de textura muito argilosa; (ii) Argissolo vermelho-amarelo alumínico úmbrico, de textura franco-argilo-siltosa e; (iii) Argissolo vermelho distroférrico arênico. O fator resíduo correspondeu a dois níveis de cobertura do solo: 0 e 4 Mg ha-1 de resíduos de aveia, em duas repetições, perfazendo um total de 12 parcelas experimentais. O conteúdo volumétrico de água do solo (cm3 água cm-3 solo) foi determinado na camada que compreende de 0 a 10 cm por um conjunto TDR (Reflectometria no Domínio de Tempo) e a evaporação diária foi considerada como sendo a variação no conteúdo volumétrico de água no solo entre dois dias consecutivos. Para avaliação da temperatura do solo, foram utilizados sensores de temperatura instalados a 2,5 cm de profundidade. Na avaliação da temperatura da superfície do solo, não foram observadas diferenças significativas entre as classes de texturas dos solos para as temperaturas máxima, mínima, média e amplitude térmica no primeiro e terceiro ciclos de secagem, ambos realizados em épocas de elevada evapotranspiração de referência. A presença de 4 Mg ha-1 de resíduos de aveia em superfície atenuou as temperaturas mínimas e máximas e, por conseqüência, a amplitude térmica diária dos solos. Maior efeito dos resíduos sobre a temperatura dos solos foi observado à medida que o ciclo de secagem se desenvolvia. Durante o terceiro ciclo de secagem, os resíduos em superfície proporcionaram uma redução na temperatura máxima do solo de 1,8oC no primeiro dia do ciclo (solos na capacidade de campo) e 12,2oC no oitavo dia, quando a evapotranspiração de referência acumulada era de 50 mm. O efeito dos resíduos na redução das perdas de água por evaporação foi observado nos três ciclos de secagem do solo. Os resíduos em superfície proporcionaram menor evaporação especialmente nos primeiros dias dos ciclos de secagem. Nos ciclos 1 e 3, esse efeito pode ser verificado até o terceiro dia, enquanto que, no ciclo 2, o efeito se estendeu até o sexto dia. Porém, quando a escala de tempo foi alterada para evapotranspiração de referência, a presença de resíduos em superfície afetou as perdas de água por evaporação por um período de aproximadamente 10 mm de evapotranspiração de referência acumulada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6815.pdf: 3994382 bytes, checksum: 2a2e4e4a401cef8480b7d85ce94ee511 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / For biofuels production, the recovery of lignocellulosic feedstock is seen as a promising alternative, both from environmental and economic point of views. Among the lignocellulosic biomasses most important in Brazil, sugarcane straw plays a prominent position regarding the production of second generation ethanol (E2G), due to its great availability in the field. One of the main challenges involving the production of second generation ethanol is to obtain high conversion rates of polysaccharides into fermentable sugars, in the hydrolysis step. A solid knowledge is an important pre-requisite to optimize the conversion of lignocellulosic biomass into ethanol. In this context, the aim of this work is to study the kinetics of the enzymatic hydrolysis of cellulose from hydrothermally pretreated sugarcane straw (HPS) (195oC, 10 min e 200 rpm) and hydrothermally pretreated followed by alkaline pretreatment (NaOH 4% w/v, 30 min, 121oC). The influence of process variables as stirring speed, pH, temperature and, concentration of substrate and enzyme was evaluated. Experiments using HPS were carried out in Erlenmeyers (50oC, pH 5, 5 FPU.gcellulose -1 e 10% solids m/v) with shaking from 0 to 300 rpm. Then, the influences of pH and temperature were analyzed. Initially, the pH was ranged from 3 to 7 and afterwards, the temperature was varied from 40 to 60oC. After determining and setting the ideal conditions of agitation, pH and temperature, it was studied the effect of substrate and enzyme concentration for both pretreated and delignified biomass. In order to verify the effect of substrate concentration, solid load was varied in a range of 2.5 to 10.0% (w/v), in initial velocity and long term assays. Enzyme concentration (Cellic®CTec2 Novozymes S/A) was varied from 275 to 5,000 FPU.Lsolution -1 (5 to 80 FPU.gcellulose -1), with solid load settled at 10% (w/v). Finally, it was possible to fit Michaelis-Menten (MM), modified MM, with and without competitive inhibition by glucose, and Chrastil model. For HPS, modified MM model with inhibition (suitable for heterogeneous system, with high resistance to diffusion) was fitted. For alkaline delignified HPS pseudo-homogeneous and modified MM models were fitted. The Chrastil model was also used to fit long term assays for both pretreated biomass. The fitted models were able to identifying key features of the hydrolysis process, and, therefore, useful within the perspective of engineering bioreactors. / O aproveitamento de resíduos lignocelulósicos é visto como uma alternativa promissora, tanto do ponto de vista ambiental quanto econômico, para produção de biocombustíveis. Dentre as biomassas lignocelulósicas de maior importância no território nacional, a palha de cana-de-açúcar ocupa posição de destaque no que se refere à produção de etanol de segunda geração (E2G) por apresentar grande disponibilidade no campo. Um dos principais desafios que envolvem a produção de E2G é obter altas conversões de polissacarídeos em açúcares fermentescíveis, durante a etapa de hidrólise enzimática, de maneira que otimizar esta etapa requer um bom conhecimento da cinética de reação. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo realizar o estudo cinético da etapa de hidrólise enzimática da fração celulósica da palha de cana-de-açúcar, pré-tratada hidrotermicamente (PTH) (195oC, 10 min e 200 rpm) e pré-tratada hidrotermicamente, seguida de prétratamento alcalino (PA) (NaOH 4% m/v, 30 min, 121oC). Neste estudo, foi analisada a influência das seguintes variáveis de processo: velocidade de agitação, pH, temperatura e concentrações de enzima e substrato. Experimentos empregando palha PTH foram realizados em Erlenmeyers (50oC, pH 5, 5 FPU.gcelulose -1 e 10% sólidos m/v) com agitações de 0 a 300 rpm. Em seguida, foram analisadas as influências do pH e da temperatura. Inicialmente, o pH foi variado de 3 a 7 e, posteriormente, a temperatura foi variada de 40 a 60oC. Após determinadas e fixadas as condições ótimas de agitação, pH e temperatura, estudaram-se os efeitos da concentração de substrato e enzima para ambas as biomassas (PTH e PTH com PTA). Para verificar o efeito da concentração de substrato, a carga de sólidos variou de 2,5 a 10% (m/v), em ensaios de velocidade inicial e de longa duração. A concentração de enzima (Cellic®CTec2 Novozymes S/A) variou de 275 a 5000 FPU.Lsolução -1 (5 a 80 FPU.gcelulose -1), com carga de sólidos fixada em 10% (m/v). Finalmente, foi possível ajustar os modelos de Michaelis-Menten (MM) pseudohomogêneo e MM modificado, com e sem inibição competitiva por glicose, e o modelo de Chrastil. Para a palha PTH um modelo de MM modificado com inibição (adequado para sistemas heterogêneos, com alta resistência à difusão) mostrou-se mais apropriado do que o MM pseudo-homogêneo. Para a palha PTH seguida de PTA, o modelo de MM modificado com inibição também foi mais adequado do que o MM pseudo-homogêneo. O modelo de Chrastil também foi aplicável na modelagem de ambas as biomassas pré-tratadas. Os modelos foram capazes de identificar características essenciais do processo de hidrólise, sendo, úteis dentro da perspectiva da engenharia de biorreatores.

La méthanisation de la biomasse lignocellulosique est un des moyens les plus efficients pour la production d’énergie renouvelable. Cependant, la lignine présente dans cette biomasse est difficile à hydrolyser. Cette limite peut être surmontée grâce aux prétraitements. Parmi eux, les prétraitements peu couteux par pourritures blanches sont attrayants mais ils ont été peu appliqués pour la digestion anaérobie. La présente étude explore les prétraitements par pourritures blanches de la paille de blé afin d’en améliorer sa méthanisation. Tout d’abord, une étape de sélection a révélé l’efficacité de la souche Polyporus brumalis BRFM 985 puisque 43% de méthane supplémentaire ont été obtenus par gramme de matières volatiles par comparaison avec la paille témoin. En prenant en compte les pertes de matières occasionnées par le prétraitement, cela correspondait à 21 % d’amélioration par gramme de matière sèche initiale. De plus, il a été montré que l’addition de glucose durant le prétraitement limitait la délignification et donc la production de méthane du substrat. Puis, des échantillons prétraités furent obtenus lors d’un plan d’expérience visant à optimiser le prétraitement par P. brumalis BRFM 985 ; les paramètres du prétraitement testés étaient : la durée et la température de culture, l’humidité initiale du substrat et l’addition de métaux. Les surfaces de réponse de la production de méthane à partir de ces échantillons furent construites. La production optimale de méthane ne fut pas atteinte dans le domaine expérimental testé mais l’impact positif de l’addition de métaux fut démontré, ainsi que l’importance de choisir une durée de culture adaptée. Ensuite, l’usage de la technique de la pyrolyse-GC-MS pour évaluer l’efficacité du prétraitement fut étudié. Une estimation de la quantité de biomasse fongique avec cette méthode apparaît possible. Le ratio polysaccharides/lignine déterminé par py-GC-MS a permis de classer des échantillons prétraités selon leur biodégradabilité anaérobie. La digestion anaérobie en voie sèche (DAVS) de paille de blé prétraitée en réacteur pilote fut menée en batch avec recirculation des lixiviats. Durant le démarrage de la DAVS, un trop fort S/I mène à une accumulation d’acides gras volatils (AGV) et parfois à la défaillance de la DAVS. Néanmoins, de forts S/I permettent de traiter plus de substrat et augmentent la production de méthane par volume de réacteur. Avec la paille de blé, des S/I entre 2 et 3 (en matières volatiles) permettent un bon démarrage de la DAVS. Alors qu’un ratio AGV totaux/alcalinité inférieur à 0,6 correspond à des réacteurs stables en digestion anaérobie voie liquide ; cette limite semble mal adaptée à la DAVS. Il fut observé que la DAVS pouvait récupérer d’une phase d’acidification tant que le ratio AGV totaux/alcalinité était inférieur à 2 et que la concentration en AGV était inférieure à 10 g/L dans les lixiviats. Malgré une amélioration de la biodégradabilité et une phase de démarrage facilitée, le prétraitement fongique non optimisé ne permit pas d’améliorer la production de méthane après prise en compte des pertes de matière occasionnées par le prétraitement. / Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass is one of the most efficient ways to produce renewable energy. However, lignin contained in this biomass is difficult to hydrolyze. This limitation can be overcome by pretreatments. Among them, low-cost white-rot fungi pretreatments seem attractive but were scarcely applied for anaerobic digestion. The current study investigates white-rot fungi pretreatments of wheat straw to improve its methane production. Firstly, a selection step has revealed the efficiency of Polyporus brumalis BRFM 985 since 43% more methane per gram of pretreated volatile solids were obtained compared to the control straw. Taking into account the dry weight loss occurring during the pretreatment, it still corresponded to 21% more methane per gram of initial total solids. Moreover, glucose addition during the pretreatment was shown to limit delignification and thus methane production from the substrate. Secondly, pretreated samples were obtained in an experiment device aiming to optimize the pretreatment with P. brumalis BRFM 985; tested pretreatments parameters were: culture duration, temperature, initial substrate moisture content and metals addition. Response surfaces of methane production from those samples were built. Optimum methane production was not reached in the experimental domain but the positive impact of metals addition was demonstrated, so as the importance to choose adequate culture duration. Then, the use of pyrolysis-GC-MS technic to access pretreatment efficiency was studied. Estimation of fungal biomass amount on wheat straw with this method appeared possible. Polysaccharides/lignin ratio determined with py-GC-MS allowed to classify some pretreated samples according to their anaerobic degradability. Solid State Anaerobic Digestion (SSAD) of wheat straw pretreated in pilot-reactor was carried out in batch with leachate recycle. During SSAD start-up phase, too high Substrate/Inoculum (S/I) ratio leads to Volatile Fatty Acid (VFA) accumulation and sometimes to reactor failure but with high S/I more substrate can be treated and methane production per reactor volume increases. With wheat straw, S/I between 2 and 3 (Volatile Solid basis) allow a successful start-up in SSAD. Whereas Total VFA/alkalinity ratio under 0.6 corresponds to stable wet anaerobic digestion; this limit seems not well adapted to SSAD. It was observed that SSAD reactors were able to recover from acidification phase when Total VFA/alkalinity was lower than 2 and with VFA concentrations inferior to 10 g/L in leachate. Despite the improvement of biodegradability and the facilitation of start-up phase, non-optimized fungal pretreatment did not improve methane production after taking into account mass losses occurring during the pretreatment.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-26T10:38:48Z No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:17:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Approved for entry into archive by Camila Passos (camilapassos@ufscar.br) on 2017-02-08T11:18:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T11:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRBAS.pdf: 3071110 bytes, checksum: 4bc20655670d1f098b42e903740d3795 (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The complex cell wall structure of lignocellulosic biomass makes pretreatment one of the most relevant 2G ethanol production process steps due to the difficulty of hydrolyzing lignocellulose to fermentable sugars and the cost of the process as a whole. The optimization of enzymatic hydrolysis conditions is crucial for reaching high yields that make the process feasible. In this way, the aim of this work is to assess the stages of pretreatment and enzymatic hydrolysis of the cellulosic fraction of straw sugarcane. All samples were chemically characterized before and after the pretreatment step. Hydrothermally pretreatment was evaluated in four conditions: 170ºC / 5 min, 170ºC / 15 min, 220°C / 5 min, 220°C / 5 min, and 195ºC / 10 min. Higher hemicellulose removal (85.58%) was found at 195ºC / 10 min. This operational condition was set as a reference. Hydrolysis experiments were carried out in Erlenmeyer flasks at 50ºC, 250 rpm and pH 4.8, with a reaction volume of 50 mL. Two sets of experiments were performed. In the first, the effect of substrate concentration was evaluated varying solid load (5; 10; 15; 20% msolid/vsolution) with enzyme load constant in 13 FPU.gbiomass. At 72h of enzymatic reaction, cellulose conversions were: 72% (5% of solids), 84% (10% of solids), 72% (15% of solids), and 59% (20% solids). In the second set, the enzyme (Cellic®CTec2) load effect (3; 7; 10; 13; 16; 40 FPU/gbiomass) with solid load settled at 15% (msolid/vsolution), was assessed. For assays with 15% of solid load, cellulose conversions were: 48% (3 FPU/gbiomass), 58% (7 FPU/gbiomass), 66% (10 FPU/gbiomass), 72% (13 FPU/gbiomass), 71% (16 FPU/gbiomass), and 74% (40 FPU/gbiomass). A trade-off between solid load and enzyme dosage was found (15% m/v and 13 FPU/gbiomass) which results in 72,4% of cellulose to glucose conversion. After that it was studied the products inhibition effect on hydrolysis was assessed. glucose and cellobiose (10 and 30g.L-1) caused a higher inhibitory effect. Xylose did not show the significant inhibitory effect on β-glucosidase. However, glucose and cellobiose had significant inhibitory effects on endoglucanase and exoglucanase as well as on β-glucosidase. Hydrolysis experiments were conducted in the batch reactor (3 L) with 10% solids to compare the performance with the hydrolysis conducted in Erlenmeyer flasks. At 72h hydrolysis cellulose to glucose, conversion was obtained in 84.8% (Erlenmeyer flask) and 80.2% (in the reactor); hydrolysis profiles obtained were similar in both conditions evaluated. In face of this, it was opted by conduct experiments in bioreactor (50 mL) using solid loads of 15 and 20% showed the best cellulose to glucose conversions when compared to those carried out in shake flasks in the same conditions. / A complexa estrutura da parede celular da biomassa lignocelulósica torna o pré-tratamento uma das etapas operacionais do processo de produção do etanol 2G mais relevantes, devido tanto à dificuldade de se hidrolisar lignocelulose a açúcares fermentescíveis quanto ao custo do processo como um todo. A otimização das condições de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática é crucial, para atingir altos rendimentos que tornem o processo de produção de etanol 2G viável. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar as etapas de pré-tratamento hidrotérmico e hidrólise enzimática da fração celulósica da palha de cana-de-açúcar. Todas as amostras foram caracterizadas quimicamente antes e após o pré-tratamento. Neste estudo foram avaliadas quatro condições de pré-tratamento: 170oC/5 min., 170oC/15 min., 220ºC/5 min, 220ºC/15 min e 195oC/10 min. A amostra proveniente do tratamento a 195oC/10 min. foi a que obteve maior remoção de hemicelulose, 85,58%, sendo essa condição de tratamento empregada como referência. Os experimentos de hidrólise enzimática foram realizados em frascos de Erlenmeyer a 50oC, 250 rpm e pH 4,8 (volume reacional de 50 mL). Foram avaliados o efeito da carga de sólidos (5, 10, 15 e 20% m/v) mantendo a carga enzimática em 13 FPU/gbiomassa. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose obtidas foram: 72% (5% de sólidos), 84% (10% de sólidos), 72 % (15% de sólidos) e 59% (20% de sólidos). Em seguida foram avaliados o efeito da carga de enzima (3, 7, 10, 13, 16, e 40 FPU/gbiomasssa) mantendo a carga de sólidos em 15%. Nos experimentos realizados com 15% de sólidos as conversões obtidas foram: 48% (3 FPU/gbiomasssa), 58% (7 FPU/gbiomasssa), 66% (10 FPU/gbiomasssa), 72% (13 FPU/gbiomasssa), 71% (16 FPU/gbiomasssa) e 74% (40 FPU/gbiomasssa). Considerou-se como melhor resultado o ensaio com 15% de sólidos e 13 FPU/gcelulose, que resultou em 72,4% de conversão de celulose em glicose. Em seguida foi estudado o efeito de inibição dos produtos durante a hidrólise obtendo-se um maior efeito inibidor para a glicose e celobiose (10 e 30g.L-1). A xilose não apresentou efeito inibidor significativo sobre a -glicosidase, porém a glicose e a celobiose apresentaram efeitos inibitórios significativos tanto nas endoglucanase e exoglucanase quanto na -glicosidase. Foram realizados experimentos de hidrólises em reator de bancada (3 L) com 10% de sólidos para comparar o desempenho com as hidrólises realizadas em frascos de Erlenmeyer. Em 72h de hidrólise as conversões de celulose a glicose obtidas foram de 84,8% (em frasco de Erlenmeyer) e de 80,2% (em reator), os perfis de hidrólises obtidos foram similares em ambas às condições avaliadas. Diante do que foi colocado, optou-se pela realização de experimentos em reator (50 mL) nas cargas de sólidos de (15 e 20%) que então apresentaram melhores conversões de celulose a glicose quando comparados com os resultados de experimentos realizados em frascos de Erlenmeyer nas mesmas cargas de sólidos.