Localización óptima de una planta de bioetanol a partir de tubérculos de pataca (Helianthus tuberosus l.) en la Cuenca del Duero

El objetivo del presente trabajo es determinar la localización óptima de una planta de producción de 30.000 m3/año de bioetanol a partir de tubérculos de pataca (Helianthus tuberosus L.) cultivada en regadío, en tierras de barbecho de la Cuenca Hidrográfica del Duero (CH Duero). Inicialmente se elaboró, a partir de datos bibliográficos, un modelo de producción de pataca en base a una ecuación de regresión que relaciona datos experimentales de rendimientos de variedades tardías con variables agroclimáticas. Así se obtuvo una función de producción basada en la cantidad de agua disponible (precipitación efectiva + dosis de riego) y en la radiación global acumulada en el periodo brotación‐senescencia del cultivo. A continuación se estima la superficie potencial de cultivo de pataca en la CH Duero a partir de la superficie arable en regadío cartografiada por el Sistema de Ocupación del Suelo (SIOSE), a la cual se le aplican, en base a los requerimientos del cultivo, unas restricciones climáticas, edafológicas, topográficas y logísticas mediante el uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG). La proporción de superficie de regadío restringida se cuantifica a escala municipal con el fin de calcular la superficie de barbecho en regadío apta para el cultivo de pataca. A partir de las bases de datos georreferenciadas de precipitación, radiación global, y la dotación de agua para el riego de cultivos no específicos establecida en el Plan Hidrológico de la Cuenca del Duero a escala comarcal, se estimó la producción potencial de tubérculos de pataca sobre la superficie de barbecho de regadío según el modelo de producción elaborado. Así, en las 53.360 ha de barbecho en regadío aptas para el cultivo de pataca se podrían producir 3,8 Mt de tubérculos al año (80 % de humedad) (761.156 t ms/año) de los que se podría obtener 304.462 m3/año de bioetanol, considerando un rendimiento en la transformación de 12,5 kg mf/l de etanol. Se estiman los costes de las labores de cultivo de pataca así como los costes de la logística de suministro a una planta de transformación considerando una distancia media de transporte de 25 km, en base a las hojas de cálculo de utilización de aperos y maquinaria agrícola oficiales del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente (MAGRAMA). Considerando el balance de costes asociados a la producción de bioetanol (costes de transformación, distribución y transporte del producto, costes estructurales de la planta, ahorro de costes por la utilización de las vinazas generadas en el proceso como fertilizante y un beneficio industrial), se ha estimado que el coste de producción de bioetanol a partir de tubérculos de pataca asciende a 61,03 c€/l. Se calculan los beneficios fiscales para el Estado por el cultivo de 5.522 ha de pataca que suministren la materia prima necesaria para una planta de bioetanol de 30.000 m3/año, en concepto de cotizaciones a la Seguridad Social de los trabajadores, impuestos sobre el valor añadido de los productos consumidos, impuesto sobre sociedades y ahorro de las prestaciones por desempleo. Se obtuvieron unos beneficios fiscales de 10,25 c€ por litro de bioetanol producido. El coste de producción de bioetanol depende del rendimiento de tubérculos por hectárea y de la distancia de transporte desde las zonas de producción de la materia prima hasta la planta. Se calculó la distancia máxima de transporte para que el precio de coste del bioetanol producido sea competitivo con el precio de mercado del bioetanol. Como resultado se determinó que el precio del bioetanol (incluido un beneficio industrial del 15%) de la planta sería igual o inferior al precio de venta en el mercado (66,35 c€/l) con una distancia máxima de transporte de 25 km y un rendimiento mínimo del cultivo de 60,1 t mf/ha. Una vez conocido el área de influencia de la planta según la distancia de transporte máxima, se determinó la localización óptima de la planta de producción de bioetanol mediante un proceso de ubicación‐asignación realizado con SIG. Para ello se analizan los puntos candidatos a la ubicación de la planta según el cumplimiento de unos requerimientos técnicos establecidos (distancia a fuentes de suministro eléctrico y de recursos hídricos, distancia a estaciones de ferrocarril, distancia a núcleos urbanos y existencia de Espacios Naturales Protegidos) que minimizan la distancia de transporte maximizando la cantidad de biomasa disponible según la producción potencial estimada anteriormente. Por último, la superficie destinada al cultivo de pataca en el área de influencia de la planta se determina en base a un patrón de distribución del cultivo alrededor de una agroindustria. Dicho patrón se ha obtenido a partir del análisis del grado de ocupación del cultivo de la remolacha en función de la distancia de transporte a la planta azucarera de Miranda de Ebro (Burgos). El patrón resultante muestra que la relación entre el grado de ocupación del suelo por el cultivo y la distancia de transporte a la planta siguen una ecuación logística. La localización óptima que se ha obtenido mediante la metodología descrita se ubica en el municipio leonés de El Burgo Ranero, donde la producción potencial de tubérculos de pataca en la superficie de barbecho situada en un radio de acción de 25 km es de 375.665 t mf/año, superando las 375.000 t mf requeridas anualmente por la planta de bioetanol. ABSTRACT Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a harsh crop with a high potential for biomass production. Its main use is related to bioethanol production from the carbohydrates, inulin mainly, accumulated in its tubers at the end of the crop cycle. The aerial biomass could be used as solid biofuel to provide energy to the bioethanol production process. Therefore, Jerusalem artichoke is a promising crop as feedstock for biofuel production in order to achieve the biofuels consumption objectives established by the Government of Spain (PER 2011‐2020 and RDL 4/2013) and the European Union (Directive 2009/28/EC). This work aims at the determination of the optimal location for a 30,000 m3/year bioethanol production plant from Jerusalem artichoke tubers in the Duero river basin. With this purpose, a crop production model was developed by means of a regression equation that relates experimental yield data of late Jerusalem artichoke varieties with pedo‐climatic parameters from a bibliographic data matrix. The resulting crop production model was based on the crop water availability (including effective rainfall and irrigation water supplied) and on global radiation accumulated in the crop emergence‐senescence period. The crop potential cultivation area for Jerusalem artichoke in the Duero basin was estimated using the georeferenced irrigated arable land from the “Sistema de Ocupación del Suelo” (SIOSE) of Spain. Climatic, soil, slope and logistic restrictions were considered by means of Geographic Information Systems (GIS). The limited potential growing area was then applied to a municipality scale in order to calculate the amount of fallow land suitable for Jerusalem artichoke production. Rainfall and global radiation georeferenced layers as well as data of irrigation water supply for crop production (established within the Duero Hydrologic Plan) were use to estimate the potential production of Jerusalem artichoke tubers in the suitable fallow land according to the crop production model. As a result of this estimation, there are 53,360 ha of fallow land suitable for Jerusalem artichoke production in the Duero basin, where 3.8 M t fm/year could be produced. Considering a bioethanol processing yield of 12.5 kg mf per liter of bioethanol, the above mentioned tuber potential production could be processed in 304,462 m3/year of bioethanol. The Jerusalem crop production costs and the logistic supply costs (considering an average transport distance of 25 km) were estimated according to official agricultural machinery cost calculation sheets of the Minister of Agriculture of Spain (MAGRAMA). The bioethanol production cost from Jerusalem artichoke tubers was calculated considering bioethanol processing, transport and structural costs, industrial profits as well as plant cost savings from the use of vinasses as fertilizer. The resulting bioetanol production cost from Jerusalem artichoke tubers was 61.03 c€/l. Additionally, revenues for the state coffers regarding Social Security contributions, added value taxes of consumed raw materials, corporation tax and unemployment benefit savings due to the cultivation of 5,522 ha of Jerusalem artichoke for the 30.000 m3/year bioethanol plant supply were calculated. The calculated revenues amounted to 10.25 c€/l. Bioethanol production cost and consequently the bioethanol plant economic viability are strongly related to the crop yield as well as to road transport distance from feedstock production areas to the processing plant. The previously estimated bioethanol production cost was compared to the bioethanol market price in order to determine the maximum supply transport distance and the minimum crop yield to reach the bioethanol plant economic viability. The results showed that the proposed plant would be economically viable at a maximum transport distance of 25 km and at a crop yield not less than 60.1 t fm/ha. By means of a GIS location‐allocation analysis, the optimal bioethanol plant location was determined. Suitable candidates were detected according to several plant technical requirements (distance to power and water supply sources, distance to freight station, and distance to urban areas and to Natural Protected Areas). The optimal bioethanol plant location must minimize the supply transport distance whereas it maximizes the amount of available biomass according to the previously estimated biomass potential production. Lastly, the agricultural area around the bioethanol plant finally dedicated to Jerusalem artichoke cultivation was planned according to a crop distribution model. The crop distribution model was established from the analysis of the relation between the sugar beet (Beta vulgaris L.) cropping area and the road transport distance from the sugar processing plant of Miranda de Ebro (Burgos, North of Spain). The optimal location was situated in the municipality of ‘El Burgo Ranero’ in the province of León. The potential production of Jerusalem artichoke tubers in the fallow land within 25 km distance from the plant location was 375,665 t fm/year, which exceeds the amount of biomass yearly required by the bioethanol plant.

Efeito da disponibilidade de oxigénio na produção de bioetanol por Scheffersomyces stipitis

O bioetanol constitui uma alternativa renovável aos combustíveis fósseis. Contudo, o bioetanol de primeira geração, produzido a partir de matérias-primas alimentares, desencadeou sérios problemas económicos e sociais, pelo que é fundamental encontrar estratégias que permitam a viabilidade comercial do bioetanol de segunda geração, produzido a partir de matérias-primas lenho-celulósicas. O licor de cozimento ao sulfito ácido de árvores folhosas (HSSL) é um subproduto da indústria papeleira que, devido ao seu elevado conteúdo em açúcares, pode ser utilizado como substrato para a produção de bioetanol de segunda geração. No entanto, a maior fração dos açúcares do HSSL é composta por pentoses. Por isso, a fermentação do HSSL é realizada pela levedura Scheffersomyces stipitis, pois esta é capaz de fermentar tanto as hexoses como as pentoses. Todavia, a S. stipitis só produz etanol sob condições microaerófilas, pelo que o maior desafio da produção de bioetanol por S. stipitis reside no estabelecimento das condições ótimas de arejamento. Este trabalho teve assim por objetivo estabelecer uma estratégia de arejamento que permita a eficiente produção de bioetanol a partir de HSSL por S. stipitis C4, a qual é uma estirpe adaptada a este substrato. Deste modo, foram realizados ensaios em Erlenmeyer, de modo a caracterizar o crescimento da S. stipitis C4, e ensaios em biorreator, com vista a estudar a produção de etanol por S. stipitis C4 em duas estratégias de arejamento diferentes. Na primeira estratégia foi usado apenas um único estágio de arejamento, com controlo da tensão de oxigénio dissolvido, DOT (%), e na segunda estratégia foram usados dois estágios de arejamento, com controlo da DOT no primeiro estágio e com restrição de oxigénio no segundo estágio. Nos ensaios em Erlenmeyer com HSSL o crescimento da S. stipitis C4 foi completamente inibido. Por sua vez, nos ensaios em biorreator com um único estágio de arejamento o controlo da DOT não permitiu a produção de etanol. No entanto, nos ensaios com dois estágios de arejamento em meio sintético foi possível produzir etanol de forma eficiente. Nesta estratégia, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio de arejamento permitiu aumentar a taxa específica de crescimento máxima e o rendimento em biomassa do primeiro estágio. Para além disso, a utilização de um maior valor de DOT no primeiro estágio também permitiu aumentar a produtividade em etanol durante o segundo estágio de arejamento. Por sua vez, no segundo estágio de arejamento verificou-se que a restrição de oxigénio evitou a reassimilação de etanol pela S. stipitis C4. Deste modo, os melhores resultados para a produção de etanol foram obtidos com controlo da DOT a 50% durante o primeiro estágio e com 0 mLAr.min-1 e 250 rpm durante o segundo estágio de arejamento. A aplicação desta estratégia de arejamento a 60% HSSL/40% meio sintético permitiu obter, no primeiro estágio de arejamento, uma taxa específica de crescimento máxima de 0,17 h-1, o que demonstra que a elevada disponibilidade de oxigénio durante o primeiro estágio aumenta a tolerância da S. stipitis C4 aos inibidores. Para além disso, a taxa volumétrica de produção de etanol e o rendimento em etanol de toda a fermentação foi de respetivamente de 0,03 g.L-1.h-1 e 0,38 g.g-1. Assim, a elevada eficiência de conversão dos açúcares em etanol (74,4%) demostra que a fermentação com dois estágios de arejamento constitui uma estratégia promissora para a produção de bioetanol de segunda geração a partir de HSSL.

Síntese de carboidratos por microalgas e produção de bioetanol

A maior parte da energia hoje consumida no mundo é derivada de fontes como petróleo, carvão e gás natural. Essas fontes, no entanto, não são renováveis e podem se esgotar em data futura. Nas últimas décadas, as fontes renováveis de combustíveis de base biológica, em especial o bioetanol, têm sido consideradas como alternativa à matriz energética convencional. Porém, existe a necessidade de ampliação da oferta de matérias-primas para produção de etanol, sem pressionar a área plantada para produção de alimentos, o que tem levado empresas e países a investirem em pesquisas para maior utilização de outras matériasprimas. As microalgas surgem como uma das alternativas mais promissoras para a produção de bioetanol, sendo que modificações nas condições de cultivo podem propiciar incremento na concentração de carboidratos destas. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da concentração de nutrientes na concentração de carboidratos de microalgas e produzir bioetanol a partir destas. Avaliou-se a síntese de carboidratos das microalgas Chlorella homosphaera e Spirulina platensis LEB 52 em cultivos mixotróficos com diferentes concentrações do componente nitrogenado e cloreto de sódio adicionados aos meios de cultivo. Para a microalga Chlorella minutissima, foram avaliados os efeitos do meio de cultivo e das concentrações dos componentes nitrogenado e fosfatados utilizados no meio de cultivo da microalga sobre a concentração de carboidratos desta. Foram realizadas fermentações alcoólicas utilizando como substrato biomassa das microalgas Chlorella pyrenoidosa e Spirulina sp. LEB 18 acrescidos de glicose e sacarose. Para a microalga Chlorella homosphaera, a maior produtividade em carboidratos foi obtida nos ensaios realizados com a maior concentração de KNO3 com menor concentração de NaCl e menor concentração de KNO3 com maior concentração de NaCl (0,014±0,001 g.L-1 .d-1 e 0,015±0,002 g.L-1 .d-1 , respectivamente). A maior produtividade em carboidratos nos cultivos de Spirulina platensis LEB 52 (0,116±0,002 g.L-1 .d-1 ) foi verificada no experimento no qual a microalga foi cultivada nas menores concentrações de NaNO3 e NaCl. A microalga Spirulina platensis LEB 52 apresentou maior produtividade em carboidratos quando comparada à microalga Chlorella homosphaera. A microalga Chlorella minutissima cultivada em meio Basal, com adição de 0,125 g.L-1 do componente nitrogenado (KNO3) e sem adição dos componentes fosfatados (K2HPO4 e KH2PO4) apresentou a maior produtividade em carboidratos nos cultivos (0,030±0,002 g.L-1 .d-1 ). O ensaio com biomassa de Spirulina sp. LEB 18 com adição de glicose apresentou eficiência superior na formação de etanol e produtividade em etanol (68,487±2,592% e 1,182±0,051g.L-1 .h-1 , respectivamente).

Produção de bioetanol, usando soro do queijo como fonte de carbono. Screening de uma estirpe de levedura competente

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Produção de bioetanol por uma cultura mista de leveduras a partir de um substrato misto de alfarroba e soro de queijo

Dissertação de Mestrado, Engenharia Biológica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Catalisadores à base de platina frente a correntes de H2 contendo acetaldeído geradas via reforma do etanol

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização

Propiedades catalíticas de la lipasa B de Candida antarctica inmovilizada en soportes magnéticos. Actividad sintética en disolventes orgánicos

Este trabajo se centra en la inmovilización de la lipasa B de Candida antarctica en nanopartículas magnéticas y la posterior caracterización cinética de su actividad sintética en medios orgánicos para la pr oducción de biodiesel. La historia del biodiesel comienza en 1893, cuando Rudolph Diesel, el padre del motor diésel, puso en marcha el primer motor de este tipo. Más tarde, en 1900, Diesel ganó el Grand Prix en la Feria Mundial de París con su m otor impulsado por un biodiesel de aceite de cacahuete. En 1903, además, comenzó la producción del Modelo T de Henry Ford, diseñado para utilizar etanol como combustible. Diesel creía que la utilización de biodiesel era el futuro de la automoción: “ el uso de aceites vegetales como combustibles para motor puede parecer insignificante hoy en día, pero estos aceites puede n convertirse, con el transcurso del tiempo, en combustibles tan importantes como el petróleo y el carbón lo son hoy en día ” Sin embargo, a p artir de 1920, los fueles basados en petróleo comenzaron a ganar terreno, debido a su mayor eficiencia, menor precio y mejor disponibilidad. De esta forma, el mercado de los biofueles quedó relegado hasta que las distintas crisis del petróleo (1973, 1979, 19 90) unidas a la creciente preocupación por la polución y la c onservación del medio ambiente, además de al aumento de la población y por tanto de la demanda de combustibles , llevaron a devolve r la mirada a estos fueles . Fue en esta época cuando comenzó, p rincipalmente en EEUU y Brasil, la producción a gran escala de biocombustibles de primera generación, basados en la utilización de excedentes agrícolas como el maíz y la caña de azúcar para la producción de bioetanol y aceites de maíz y grasas animales par a la producción de biodiesel .

Fermentação alcoólica de hidrolisado de farelo de mandioca usando levedura Saccharomyces cerevisiae álcool resistente

A matriz energética mundial é baseada em fontes fósseis e renováveis. No Brasil, o bioetanol é gerado principalmente a partir da cana-de-açúcar. Resíduos agroindustriais (fontes celulósicas ou amiláceas) despontam como biomassas alternativas à cana-de-açúcar, para aumentar a competitividade deste combustível renovável frente aos de origem fóssil e também favorecer a sustentabilidade e a segurança alimentar e energética, pois são ricos em polissacarídeos não diretamente fermentescíveis, abundantes (problema ambiental) e apresentam baixo valor comercial. O farelo de mandioca é um exemplo de resíduo sólido gerado na produção de fécula (amido) e farinha de mandioca que ainda contém, em média, 75% de amido. Consequentemente, deve ser previamente hidrolisado e posteriormente fermentado por leveduras do gênero Saccharomyces para gerar etanol. O objetivo deste estudo foi produzir bioetanol a partir de hidrolisados enzimáticos de farelo de mandioca, usando levedura álcool resistente (AR). Primeiramente, a concentração de açúcares obtida a partir da hidrólise enzimática foi verificada através de um planejamento fatorial completo (24), com triplicata no ponto central, a fim de investigar a influência dos seguintes fatores na hidrólise: concentração de α-amilase (Termamyl 2X), tempo de liquefação, concentração de glucoamilase (AMG 300L) e o tempo sacarificação. A condição de hidrólise mais favorável foi a do ensaio com 0,517 mL de AMG/g amido, 0,270 mL de Termamyl/g amido, 1h de tempo de liquefação e 2h de tempo de sacarificação. O caldo resultante da condição escolhida alcançou altas concentrações de glicose (160 g/L). Os ensaios de fermentação alcoólica foram realizados em duplicata em biorreator de 3L, em regime de batelada, a 30C, 100 rpm e pH 5,5. Cerca de 3 g/L (massa seca) de uma linhagem de levedura álcool tolerante, Saccharomyces cerevisiae Hansen BY4741, crescida por 12h em meio YEDP (2% de glicose) foram usados como inóculo. O mosto consistiu de um litro de hidrolisado (160 g/L de glicose) fortificado com extrato de levedura (1%) e peptona de carne (1%), além da adição de um antiespumante (Tween 80) na concentração de 0,05% (m/v). Em 30 horas de fermentação, a média da concentração de etanol obtida foi de 65 g/L. A eficiência foi de 87,6% e o rendimento e a produtividade foram 0,448 e 2,16 g/L.h, respectivamente. Os resultados indicaram a aplicabilidade do farelo de mandioca como matéria-prima para a produção de bioetanol

El cluster del azúcar en el valle geográfico del Río Cauca, Colombia

El azúcar es un commodity específico y uno de los mayores contribuyentes al producto interno bruto agrícola de los países en desarrollo para el consumo interno y el comercio internacional. A nivel mundial, el azúcar es obtenido industrialmente a partir de remolacha azucarera (Beta vulgaris) y de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) como las únicas fuentes importantes para el comercio (...). El mercado internacional del azúcar es uno de los mercados de commodities agrícolas más altamente distorsionado. El comercio del azúcar crudo y refinado se caracteriza en general, por la ayuda interna significativa y generalizada, y algunas políticas que distorsionan el mercado como: pagos mínimos garantizados a productores, controles de producción y comercialización, regulación de precios, aranceles, cuotas de importación y subvenciones a la exportación (...). A nivel general, se pueden distinguir, básicamente, dos tipos de mercados de azúcar: el mercado protegido y el mercado libre. El mercado protegido consiste en acuerdos preferenciales y contratos de largo plazo que incluyen el sistema de cuotas entre diferentes países. En general, los precios del azúcar presentan fuertes fluctuaciones que obedecen a factores económicos, especulaciones, cambios políticos, recesiones y efectos climáticos (...). No obstante lo anterior, en los últimos años se ha observado una clara tendencia a la globalización de los mercados, y mercado del azúcar no es la excepción. Recientemente, se han centrado esfuerzos para liberalizar parcialmente algunos de los mercados más importantes, como es el caso de EEUU, la UE, Brasil y Australia (...). La creciente demanda de fuentes de energía renovable, entre las cuales se destacan los biocombustibles, también ha afectado significativamente la dinámica comercial y productiva de algunos sectores, en particular el sector azucarero. La caña de azúcar, se ha constituido en la principal materia prima para la elaboración de bioetanol, por lo cual, los países productores han experimentado un reciente cambio en su estructura productiva y comercial, buscando productos de mayor valor agregado, a fin de mejorar su posición competitiva. Bajo este esquema, las industrias productoras de azúcar, sobretodo en países en desarrollo enfrenta enormes retos para convertir sus ventajas comparativas en ventajas competitivas. La estructura de los costos de producción y el rendimiento de cada industria azucarera domestica son unos de los principales impulsores de su competitividad, la determinación de los futuros centros de la producción y el crecimiento de las exportaciones. En medio de este contexto, el presente estudio aborda los principales determinantes de la competitividad de la industria azucarera en Colombia, concentrada en un 98,07 por ciento en el cluster del valle geográfico del rio Cauca.

Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

A computational study of ionic liquids used in the production of fuels and biofuels

For the past decades it has been a worldwide concern to reduce the emission of harmful gases released during the combustion of fossil fuels. This goal has been addressed through the reduction of sulfur-containing compounds, and the replacement of fossil fuels by biofuels, such as bioethanol, produced in large scale from biomass. For this purpose, a new class of solvents, the Ionic Liquids (ILs), has been applied, aiming at developing new processes and replacing common organic solvents in the current processes. ILs can be composed by a large number of different combinations of cations and anions, which confer unique but desired properties to ILs. The ability of fine-tuning the properties of ILs to meet the requirements of a specific application range by mixing different cations and anions arises as the most relevant aspect for rendering ILs so attractive to researchers. Nonetheless, due to the huge number of possible combinations between the ions it is required the use of cheap predictive approaches for anticipating how they will act in a given situation. Molecular dynamics (MD) simulation is a statistical mechanics computational approach, based on Newton’s equations of motion, which can be used to study macroscopic systems at the atomic level, through the prediction of their properties, and other structural information. In the case of ILs, MD simulations have been extensively applied. The slow dynamics associated to ILs constitutes a challenge for their correct description that requires improvements and developments of existent force fields, as well as larger computational efforts (longer times of simulation). The present document reports studies based on MD simulations devoted to disclose the mechanisms of interaction established by ILs in systems representative of fuel and biofuels streams, and at biomass pre-treatment process. Hence, MD simulations were used to evaluate different systems composed of ILs and thiophene, benzene, water, ethanol and also glucose molecules. For the latter molecules, it was carried out a study aiming to ascertain the performance of a recently proposed force field (GROMOS 56ACARBO) to reproduce the dynamic behavior of such molecules in aqueous solution. The results here reported reveal that the interactions established by ILs are dependent on the individual characteristics of each IL. Generally, the polar character of ILs is deterministic in their propensity to interact with the other molecules. Although it is unquestionable the advantage of using MD simulations, it is necessary to recognize the need for improvements and developments of force fields, not only for a successful description of ILs, but also for other relevant compounds such as the carbohydrates.

Produção de enzimas celulósicas, usando resíduos industriais e seu uso como biocatalisador na produção de biocombustíveis

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2010

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Vigilancia tecnológica de los tres principales productos agrícolas base de alimentación y cultivados en Brasil y Argentina

La seguridad agroalimentaria debe ser prioridad para los gobiernos de Brasil y Argentina, debido a que deben garantizar la producción y el abastecimiento de los alimentos básicos para las futuras generaciones, entendido como alimentos básicos aquellos que más se consumen, ya sea en su forma original o por medio de sus subproductos, estos productos son el trigo, el maíz y el arroz. El garantizar la producción y el abastecimiento de estos productos en el corto y largo plazo, implica entender cuáles de los procesos productivos aplicados en la realización de los productos base de alimentación no son compatibles con el medio ambiente, generando impactos negativos sobre este. Estos impactos ambientales generados a partir de la agricultura, son identificados como el uso excesivo de recursos naturales entre ellos el agua, así como su contaminación por agentes toxico como los agroquímicos y fertilizantes. Asimismo, el uso de estos agentes tóxicos, genera la infertilidad de los suelos afectando directamente la producción en el largo plazo. Entender los impactos ambientales, implica desarrollar estrategias transversales que le permitan a los garantizar un desarrollo sostenible a lo largo de todo el ciclo del producto; estas estrategias deben estar acompañadas por un rendimiento y eficiencia de los cultivos, de nada sirve implementar estrategias compatibles con el medio ambiente si no se cumple con el principal objetivo de la producción de estos producto, que es garantizar el abastecimiento y alimentación para las generaciones presentes y futuras.

Patentes e etanol lignocelulósico

Produção intelectual e desenvolvimento tecnológico podem diferenciar países e regiões no processo de desenvolvimento socioeconômico. No caso do Brasil, observa-se o papel energético do etanol combustível para veículos motorizados leves como um resultado importante do avanço tecnológico do país, que vai além da aptidão agroclimática. A contínua busca pela especialização tecnológica verticalizada do setor sucroenergético poderia levar o Brasil a uma posição, se não autônoma, mais confortável, não só de produtor de matéria-prima, mas de processos agregadores de valor no que diz respeito aos processos de produção de etanol de segunda geração, produzido a partir de biomassa lignocelulósica. O objetivo desta dissertação é analisar os esforços de P&D que resultaram em Depósitos e Publicações de patentes em órgãos oficiais como o United States Patent and Trademark Office (USPTO), o European Patent Office (EPO), e o Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), no tema etanol de segunda geração. Ainda, verifica-se se esses esforços impactam no poder concorrencial de países e firmas depositantes de patentes. Além das coletas e observações dos dados dos órgãos acima mencionados, foram calculados para os dados de depósitos e publicações de patentes no tema bioetanol lignocelulósico os índices de Herfindahl Hirschman (HHI) e a razão de concentração (Concentration Ratio) CR4, tradicionalmente utilizados para que órgãos reguladores de defesa do consumidor autorizem fusões e aquisições entre participantes de um determinado mercado. Esse método permite a observação do grau de competitividade entre as firmas depositantes de patentes no tema e a possível tendência sobre a detenção do controle em futuro próximo e a corrida para venda de royalties dos processos desenvolvidos em diferentes áreas tecnológicas para incrementar a produção industrial de etanol avançado. Os resultados indicam uma concentração elevada dos esforços de pesquisa, medidos pelos depósitos de patentes, referentes a etanol de segunda geração, em um número muito reduzido de empresas norte-americanas, quando analisada a base de dados dos EUA. O sucesso desses esforços, mensurados pela publicação de patentes, contudo, não se mostra concentrado nem nos EUA nem na União Europeia. No caso do Brasil, ainda não são encontradas publicações de patentes no tema Lignocellulosic Bioethanol, bem como apenas uma empresa brasileira possui uma patente publicada nos Estados Unidos. Esses resultados sugerem que investimentos em pesquisa científica no Brasil podem produzir mais artigos publicados e titulação acadêmica/científica que propriamente o registro de patentes em órgãos especializados em qualificar a invenção de métodos, processos ou fórmulas, dentro e fora do país. Isso pode significar tanto baixo esforço em pesquisa no assunto quanto à perda pelo autor e/ou sua instituição da oportunidade de ter seu esforço de pesquisa recompensado por meio de royalties, como compensação pela criatividade, dedicação intelectual e de recursos econômicos. Os resultados deste estudo contribuem para o debate a respeito da crescente necessidade de produção e abastecimento de fontes renováveis de energia, como o biocombustível etanol avançado à base do derivado bagaço de cana-de-açúcar, a custos mais competitivos como matéria-prima adicional e para produção incremental de etanol em futuro próximo. As conclusões do estudo indicam a necessidade do aumento na produção de conhecimento aplicado e em esforços para garantir sua propriedade intelectual, permitindo o retorno patrimonial com royalties.