Environmental evaluation of cogeneration scenarios in sugar industry

The development of new techniques that allow the analysis and optimization of energy systems bearing in mind environmental issues is indispensable in a world with finite natural resources and growing demand of energy. Among the energy systems that deserve special attention, cogeneration in the sugar industry must be pointed out, because it uses efficiently a common fuel for generation of useful heat and power. Within this frame, thermoeconomical optimization - 2nd Law of Thermodynamics analysis by exergy function and economic evaluation of the thermal system - gradually is taking importance as a powerful tool to assist to the decision making process. Also, the explicit consideration of environmental issues offers a better way to explore trade-offs between different aspects to support the decisions that must be made. In this work it is used the technique of Life Cycle Analysis (LCA) which allows to consider environmental matters as an integral part of the problem, in opposite to most of the environmental approaches that only reduce residuals generation , without taking into account impacts associated to other related processes. On the other hand, the consideration of environmental issues in optimization of energy systems is a novel and promissory contribution in the state of the art of energy optimization and LCA. The system under study is a sugar plant of Tucumán (Argentina) given the particular importance that this industry had inside the regional economy of the Argentinean Northwest. Although cogeneration comes being used a while ago in sugar industry, being the main objective the generation of heat and as secondary objective the electric power generation and mechanic power to cover several needs of working machineries, to the date it is no available a versatile tool that allows to analyze economical feasible alternatives bearing in mind environmental issues. At sugar plants, steam is generated in boilers using as fuel bagasse - cellulosic fiber waste obtained crushing the sugar cane- and it is used to give useful heat and shaft work to the plant, but it can also be used to generate electricity with export opportunities to the electrical network. The great number of process alternatives outlines a serious decision making problem in order to take advantage of the resources. Although the problem turns out to be a mixed non-linear problem (MINLP), the main contribution of this work is the development of a hybrid strategy to evaluate cogeneration alternatives that combines optimization approaches with environmental indicators. This powerful tool for its versatility and robustness to analyze cogeneration systems, will be of great help in the decision making process, because of their easy implementation to analyze the kind of problems presented in the sugar industry.

Greenhouse gas emission associated with sugar production in southern Brazil

Background: Since sugarcane areas have increased rapidly in Brazil, the contribution of the sugarcane production, and, especially, of the sugarcane harvest system to the greenhouse gas emissions of the country is an issue of national concern. Here we analyze some data characterizing various activities of two sugarcane mills during the harvest period of 2006-2007 and quantify the carbon footprint of sugar production.Results: According to our calculations, 241 kg of carbon dioxide equivalent were released to the atmosphere per a ton of sugar produced (2406 kg of carbon dioxide equivalent per a hectare of the cropped area, and 26.5 kg of carbon dioxide equivalent per a ton of sugarcane processed). The major part of the total emission (44%) resulted from residues burning; about 20% resulted from the use of synthetic fertilizers, and about 18% from fossil fuel combustion.Conclusions: The results of this study suggest that the most important reduction in greenhouse gas emissions from sugarcane areas could be achieved by switching to a green harvest system, that is, to harvesting without burning. © 2010 de Figueiredo et al; licensee BioMed Central Ltd.

Analysis of efficiency and rationality in a sugar-alcohol mill using hyperboloid a-load and potency

Brazil is the world's largest producer of sugar cane and which in the state of São Paulo concentrate the greatest amount of sugar cane field of the country. The sugar-alcohol sector has the capacity to produce sufficient thermal and electrical energy to be used in their process of production and commercialize of surplus in electricity distribution network. Therefore it is necessary to evaluate the energy efficiency and rationality within the mill. Accordingly this research proposed analyze the sugar-alcohol mill's sectors globally and individually, located in the west center of the São Paulo state, using the valuation methodology employed by the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) in the industries that do not have systems of cogeneration. In this analysis, the hyperboloids of load and potency were applied based on the indexes of potency factor and load factor that allow estimate the efficiency and rationality. © 2013 IEEE.

Sugar markers in aerosol particles from an agro-industrial region in Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thermodynamic and economic analysis of hydrogen production integration in the Brazilian sugar and alcohol industry

One of the biggest challenges today is to develop clean fuels, which do not emit pollutant and with viable implementation. One of the options currently under study is the hydrogen production process. In this context, this work aims to study the technical and economical aspects of the incorporation process of hydrogen producing by ethanol steam reforming in the sugar cane industry and MCFC (molten carbonate fuel cell) application on it to generate electric power. Therefore, it has been proposed a modification in the traditional process of sugar cane industry, in order to incorporate hydrogen production, besides the traditional products (sugar, ethylic, hydrated and anhydric alcohol). For this purpose, a detailed theoretical study of the ethanol production process, describing the considerations to incorporate the hydrogen production will be performed. After that, there will be a thermodynamic study for analysing the innovation of this production chain, as well as a study of economic engineering to allocate the costs of products of the new process, optimising it and considering the thermoeconomics as being as an analysis tool. This proposal aims to improve Brazil's position in the ranking of international biofuels, corroborating the nation to be a power in the hydrogen era. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Physical characterization of particleboard produced with waste from ethanol and sugar mill

The problem of proper disposal of solid waste generated in different industrial processes is one of worldwide environmental concerns nowadays. Thus, this study aimed to establish a new alternative for the disposal of two agro-industrial residues employing them to produce particleboard for different purposes in building construction. The focus was given to the reuse of the sugarcane bagasse (SB) originated during the processing of Saccharum officinarum for sugar and ethanol production, and bamboo stem leaves of Dendrocalamus giganteus(BB). For this, six particleboards were produced in the following compositions: with 100% SB, 75% SB + 25% BB, 50% SB+50% BB, 40% SB +60 BB, 25% SB+ 75% BB and 100% BB in the total mass of the composites. The particleboards physical characterization followed Brazilian Standard ABNT NBR 14810-3 to density, moisture content and water absorption. Results showed these raw materials are compatible to particleboard production.

Aditivos químicos e biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 1. composição química das silagens, ingestão, digestibilidade e comportamento ingestivo

Avaliou-se o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a composição químico-bromatológica das silagens, o comportamento ingestivo, o consumo voluntário e a digestibilidade em bovinos de corte. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso na MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% uréia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. A composição químico-bromatológica da cana-de-açúcar foi alterada após a ensilagem, em relação à cana-de-açúcar original, com redução no teor de carboidratos solúveis e na digestibilidade in vitro e elevação relativa nos teores de FDN e FDA. Os teores de etanol (0,30% da MS) e ácidos orgânicos (0,99% de ácido lático e 2,31% de acético) foram baixos e semelhantes entre as silagens. Os aditivos aplicados na ensilagem não promoveram alterações no consumo e na digestibilidade aparente da MS (7,2 kg/dia e 63,6%, respectivamente). O comportamento ingestivo dos animais também não foi alterado, com tempos médios de 230,6; 519,6 e 672,8 minutos/dia despendidos com ingestão de ração, ruminação e ócio, respectivamente. Os aditivos acrescidos à cana-de-açúcar promoveram pequenas alterações na maioria das variáveis avaliadas.

Aditivos químicos ou biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 2. parâmetros ruminais e degradabilidade da matéria seca e das frações fibrosas

Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a degradação de MS e de componentes da parede celular e sobre os parâmetros de fermentação ruminal em bovinos alimentados com dietas contendo essas silagens. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso (%) MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar, sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% ureia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. Os parâmetros ruminais foram afetados de forma moderada pelas silagens e tiveram forte efeito do horário de coleta de amostras. As concentrações molares médias dos ácidos acético, propiônico e butírico foram de 60,9; 19,3 e 10,2 mM, respectivamente. O ambiente ruminal proporcionado por dietas formuladas com silagens de cana-de-açúcar foi satisfatório e similar ao tradicionalmente observado em dietas contendo cana. O uso de aditivos na ensilagem influenciou, de forma não-significativa, a degradabilidade ruminal da MS e da MO, mas não alterou a degradabilidade ruminal da fração fibrosa. Os aditivos aplicados à cana-de-açúcar resultaram em pequenas alterações na maior parte das variáveis avaliadas. Apesar de a degradabilidade ruminal das silagens ter sido pouco afetada pelo uso de aditivos, os valores observados foram próximos aos observados para a cana-de-açúcar in natura.

Amino acid composition of processed fish silage using different raw materials

The objective was to evaluate amino acid composition of silages produced from three raw materials. Commercial marine fish waste, commercial freshwater fish waste, and tilapia filleting residue were used to produce fish silage by acid digestion (20 ml/kg formic acid and 20 ml/kg sulfuric acid) and anaerobic fermentation (50 g/kg Lactobacillus plantarum, 150 g/kg sugar cane molasses). Protein content and amino acid composition were determined for raw materials and silage. Marine fish waste had higher crude protein content (776.7 g/kg) compared to freshwater fish waste (496.2 g/kg) and tilapia filleting residue (429.9 g/kg). All silages lacked up to three amino acids for each product according to FAO standards for essential amino acids. However, considering as the limiting factor only the amino acids below the 30% minimum requirement for fish in general, all products were satisfactory with respect to essential amino acids. Therefore, the results suggest that all products investigated are appropriate for use in balanced fish diets. (C) 2003 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Avaliação dos teores de metais pesados no solo e na planta de cana-de-açúcar sob adubação com lodo de esgoto e vinhaça

The objective of this work was to evaluate Cd, Cr, Ni and Pb total contents in soil and sugar cane after four annual applications of sewage sludge and vinasse to supply all N and all K required by the crop. A field experiment was carried out on clayey Typic Haplustox. It was used a randomized block design with seven treatments and three replications. The treatments consisted in: (i) rate of sewage sludge to supply 100% of the N required by the crop; (ii) rate of sewage sludge to supply 200% of the N required; (iii) rate of vinasse to supply 100% of the K required; (iv) rate of vinasse to supply 200% of the K required; ( v) combination of the treatments ( i) and ( iii); ( vi) combination of the treatments ( ii) e ( iv); (vii) control ( mineral fertilization). The contents of Cd, Cr, Ni and Pb in sewage sludge reached maximum values of 1.58, 41.66, 35.17 and 45.25 mg kg(-1), respectively. These metals were not detected in vinasse. The residues were applied annually for four years. At the end of this period, sewage sludge and vinasse accumulated rates, that get up to 51 t ha(-1) and 762 m(3) ha(-1), respectively, did not cause alteration in Cd, Cr, Ni and Pb total contents in soil, up to 50 cm of depth, and in plant. Sewage sludge and vinasse application to supply N and K for sugar cane did not offer soil pollution risk by heavy metals.

Interferência de uma comunidade de plantas daninhas com predominância de Ipomoea hederifolia na cana-soca

Levantamentos recentes da flora de plantas daninhas associada à cultura da cana-de-açúcar apontaram Ipomoea hederifolia como uma das espécies mais importantes. em virtude disso, objetivou-se determinar o potencial de redução da produtividade da cana-de-açúcar e da qualidade do caldo em resposta à interferência de uma comunidade de plantas daninhas com predomínio de I. hederifolia, bem como o período anterior à interferência (PAI). Foi instalado um experimento em Pitangueiras, SP, em que constituíram tratamentos nove períodos crescentes de convivência das plantas daninhas com a cultura (0, 16, 30, 44, 69, 97, 135, 160, 188 e 229 dias após o cultivo e adubação e início da brotação - DAB). O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com cada tratamento em quatro repetições. Concluiu-se que o potencial de redução do número final de colmos e de produtividade foi de 34% e 46%, respectivamente. O PAI foi do início da brotação e se estendeu por 33 dias. Com o aumento do período de convivência com a comunidade infestante, houve antecipação do processo de maturação dos colmos, cujo caldo tendeu a apresentar maior valor de açúcar total recuperável (ATR). Com a redução de produtividade devido à interferência, o valor de ATR ha-1 tendeu a ser negativamente afetado.

Banco de sementes de plantas daninhas e sua correlação com a flora estabelecida no agroecossistema cana-crua

O conhecimento da composição específica do banco de sementes de plantas daninhas e a sua correlação com a flora estabelecida são importantes para nortear o manejo a ser adotado e a escolha dos herbicidas. A colheita mecanizada de cana-de-açúcar acarretou mudanças significativas na composição da flora infestante, quando proporcionou a manutenção de uma camada de palha, reduziu a movimentação do solo e dispensou a prática da queimada. Foram realizados levantamentos do banco de sementes e da flora de plantas daninhas que se estabeleceu em 28 talhões colhidos mecanicamente, sem queima prévia da palha. Com base nos dados de banco de sementes, efetuaram-se estudos fitossociológicos e de correlação entre a composição do banco de sementes e a flora emergida. As principais espécies presentes no banco de sementes foram as pertencentes à classe das dicotiledôneas anuais, com destaque para Amaranthus spp. e diversas espécies de Euphorbiaceae e Convolvulaceae. As sementes de gramíneas tradicionais da cultura tiveram pouca participação. O banco de sementes apresentou correlação não-significativa com a flora emergente, independentemente da época de colheita do talhão, da metodologia de quantificação do banco de sementes e das espécies de plantas daninhas.

Resíduos e subprodutos agroindustriais e grãos como substratos para produção do fungo entomapatogênico Lecanicillium lecanii

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Produção de Bipolaris euphorbiae em meios de cultura sólidos e líquidos obtidos de grãos e resíduos agroindustriais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fitossociologia de comunidades de plantas daninhas em agroecossistema cana-crua

Objetivou-se neste trabalho estudar a fitossociologia de comunidades de plantas daninhas de canaviais colhidos no sistema mecanizado, sem queima prévia da palha, e a similaridade entre talhões quanto à composição de espécies. Os levantamentos foram realizados em 28 talhões comerciais na região de Ribeirão Preto-SP. em cada talhão foram demarcadas áreas de coleta e avaliação, na proporção de duas por hectare, mantidas sem controle, e que serviram de local para as amostragens de plantas daninhas. As amostragens foram feitas com quadrados vazados (0,5 x 0,5 m), lançados aleatoriamente duas vezes em cada uma das áreas. Essas amostragens foram realizadas determinando-se a densidade e a biomassa específica aos 120 dias após o corte da cana. Cyperus rotundus foi a principal espécie, destacando-se quanto aos valores de importância relativa (IR). As plantas dicotiledôneas anuais de propagação por sementes também se destacaram, dentre as quais diversas espécies das famílias Euphorbiaceae e Convolvulaceae. em contrapartida, as gramíneas tradicionais de áreas de cana colhida queimada tiveram pouco destaque. O índice de Shannon (H) de diversidade de espécies das comunidades variou de 0 a 1,61, e o índice de similaridade entre os talhões (S) foi muito variável. A maioria das espécies ou grupo de espécies apresentou padrão agregado (V/m > 1,00), com valores relativamente altos de índice de agregação (V/m). Entretanto, na maioria dos casos, Cyperus rotundus e as Convolvulaceas apresentaram os maiores índices.