Análise química da biomassa - uma revisão das técnicas e aplicações

Use of biomass as an alternative to nonrenewable feedstock for energy, materials, and chemicals is currently a prominent theme for industry and R Countries like Brazil, USA, and Germany are spending resources and efforts to promote a green economy based on biomass supply chains. Chemical analysis is an important tool to ensure quality, reliability, and to suggest the best potential use for the biomass, thereby enhancing its economic potential. Analytical techniques can identify chemical components, characterize their properties, and determine their concentration. This article discusses the commonly employed techniques and their application in chemical analysis of biomass and its products.

MÉTODOS DE EXTRAÇÃO DE POLI-HIDROXIALCANOATOS A PARTIR DE BIOMASSA BACTERIANA

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable and biocompatible polyesters intracellularly accumulated by many bacteria as an energy reserve material and carbon source. These biopolymers may be extracted from cells after their production phase, and the extraction process involves various individual operations to ensure adequate removal of the biopolymer from the cells. During this process, the following aspects should be considered: reduction of product losses during different stages of the process to obtain a highly pure product, preservation of physical and thermal characteristics, and use of low toxicity chemicals to achieve sustainable production and avoid harming the environment. The impact of the costs of PHA extraction on the total cost of the production process may account for over 50% of the end-value of the product. Within this context, several methods of PHA extraction have been reported in the literature. These methods include the use of solvents, chemical digestion, enzymatic digestion, mechanical extraction with high-pressure homogenization and ultrasound, extraction using supercritical fluids, or a combination of these methods. The present review of the literature shows strategies for extraction processes of PHAs produced by bacteria involving cell destabilization and/or breakage, recovery, and purification of the biopolymer.

CÉLULAS SOLARES SENSIBILIZADAS POR CORANTES NATURAIS: UM EXPERIMENTO INTRODUTÓRIO SOBRE ENERGIA RENOVÁVEL PARA ALUNOS DE GRADUAÇÃO

An interesting practical experiment about the preparation of dye–sensitized solar cells (DSSC) using natural dyes were carried out by the undergraduate students in the chemistry course at UNICAMP . Natural dyes were extracted from blueberries (Vaccinium myrtillus L.), jabuticabas (Myrciaria cauliflora), raw and cooked beets (Beta vulgaris L.), and annattos (Bixa orellana L.), which were used to sensitize TiO2 films that composed the photoanode in the DSSC. A polymer electrolyte containing an iodide/triiodide redox couple was used in lieu of the use of liquid solutions to prevent any leakage in the devices. A maximum solar-to-electric energy conversion of 0.26 ± 0.02% was obtained for the solar cell prepared with annatto extracts. This experiment was an effective way to illustrate to the undergraduate students how to apply some of the chemical concepts that they learned during their chemistry course to produce electric energy from a clean and renewable energy source. Teachers could also exploit the basics of the electronic transitions in inorganic and organic compounds (e.g., metal-to-ligand charge transfer and ϖ-ϖ* transitions), thermodynamics (e.g., Gibbs free energy), acid–base reactions in the oxide solid surface and electrolyte, and band theory (i.e., the importance of the Fermi level energy).

Medidor de energia para laser pulsado

Neste trabalho descreve-se a tecnologia envolvida na fabricação de um detector piroelétrico para aplicações na determinação da energia de feixe de lasers pulsados ou CW (onda contínua) modulados, utilizando-se do polímero Polifluoreto de Vinilideno PVDF. Os dados experimentais revelam que o detector tem resposta linear com a energia aplicada para o intervalo compreendido entre 0,4 a 6,8 mili-Joule/pulse para pulsos com largura temporal de 8,3 milissegundos.

Síntese, caracterização e estudos de transferencia de energia do complexo dimérico constituído por Zn e Mn porfirina

Muitos compostos modelo contendo porfirinas têm sido preparados num esforço para entender o sistema de fotossíntese e os processos de aproveitamento de energia solar. Sistemas doadores-receptores contendo porfirinas têm sido freqüentemente estudados para testar várias descrições teóricas sobre transferência de elétrons. O estudo de parâmetros fotoquímicos e fotofísicos como a distância para transferência de energia, geometria molecular e a diferença de potencial eletrônico, tem se mostrado importante para a definição da transferência eletrônica em porfirinas. Neste trabalho apresentamos a síntese, purificação e caracterização por espectroscopia UV/Vis, ¹H e 19F RMN, luminescência e tempos de vida de novos modelos moleculares de porfirinas, que permitam investigar esses parâmetros. Utilizou-se o dímero Zn,Mn(TPPF4)2pip e seus monômeros ZnTPPF4pipH e MnF5TPP. A caracterização do ZnMn(TPPF4)2pip, foi dificultada devido a presença de Mn+3, devido ao forte acoplamento dos orbitais dpi do manganês e o sistema pi da porfirina, que aumenta a interação manganês-porfirina mudando o espectro eletrônico UV/Vis e distorcendo os sinais de ¹H e 19F RMN do dímero. A presença de Mn+3 desloca E1/2 do anel porfirínico para valores mais negativos, o que resulta em reduções mais difíceis, impedindo a transferência de energia da Znporfirina para a Mnporfirina.

Indução de resistência em plantas de berinjela por Lentinula edodes e Agaricus blazei contra Ralstonia solanacearum: aspectos bioquímicos e biomassa vegetal

A murcha bacteriana, causada por Ralstonia solanacearum, é considerada uma doença de importância para a cultura da berinjela, sendo de difícil controle. O controle de doenças através de indução de resistência é um método que vêm se revelando como promissor. Basidiomas de Agaricus blazei e Lentinula edodes possuem substâncias do tipo antibiótico e outras substâncias capazes de atuarem como elicitoras da resposta de resistência em plantas, mostrando-se assim promissores no controle alternativo de fitopatógenos. O presente trabalho foi conduzido com o objetivo de estudar o efeito de extratos aquosos dos fungos e do indutor químico acibenzolar-S-metil (aSm) sobre o crescimento da bactéria in vitro e o controle da murcha bacteriana, bem como investigar seu efeito sobre a atividade de determinadas enzimas da planta. O efeito inibitório sobre o patógeno foi avaliado usando diferentes concentrações dos extratos aquosos. A indução de resistência foi estudada em plantas tratadas com o indutor biológico e químico, medindo-se a intensidade de murcha e determinando-se as alterações de algumas enzimas. Os resultados revelaram que os isolados de A. blazei e L. edodes, utilizados em diversas diluições, não exerceram efeito inibitório in vitro. Em relação à indução de resistência, extratos dos isolados Abl-11 e Abl-28 de A. blazei (15%, v/v) e o aSm (0,05 g/L) promoveram redução significativa na ocorrência de folhas murchas, quando aplicados dois dias antes da inoculação. O aumento na atividade de peroxidase foi verificado em plantas tratadas com extratos de Abl-11, Abl-28 e com suspensão de aSm. A atividade de quitinase, fenilalanina amônia-liase e polifenoloxidase não foi alterada nas plantas tratadas com extrato de Abl-28 e com o aSm. No entanto, plantas de berinjela tratadas com Abl-11 exibiram uma aumento na atividade de fenilalaniana amônia-liase e de polifenoloxidase, enquanto que a atividade de quitinase não foi alterada. Com base nos resultados, ficou evidenciado que o aSm e os isolados Abl-11 e Abl-28 de A. blazei apresentam potencial para induzir resistência em berinjela contra R. solanacearum.

Efeito do armazenamento na energia corporal de juvenis do segundo estádio de Meloidogyne incognita infestados por Pasteuria penetrans

Neste trabalho, objetivou-se estudar o efeito do período de armazenamento no teor de lipídios de juvenis do segundo estádio (J2) de M. incognita com endósporos de P. penetrans na infectividade e reprodução em tomateiro. Suspensões de M. incognita contendo ou não endósporos de P. penetrans aderidos à cutícula foram armazenadas por 0, 3, 6, 9 e 12 dias, a 28ºC. Após cada período de estocagem, determinou-se a concentração de lipídios neutros corporais por meio da análise de imagem dos J2 coloridos com o corante "Oil Red O". Em seguida, 1.000 J2 foram inoculados em mudas de tomateiros. Após 28 dias, avaliou-se o número de fêmeas parasitadas, número de endósporos/fêmea, número de galhas, massas de ovos e de ovos/g de raiz. O teor de lipídio dos J2 reduziu-se com o aumento do período de estocagem. Porém, maiores perdas ocorreram nos J2 sem endósporos de P. penetrans. A proporção entre as perdas dos J2 com e sem P. penetrans foi pequena e decrescente com o período de estocagem. Entretanto, a desproporção foi grande entre 3 e 6 dias de armazenamento dos J2 com e sem P. penetrans com relação aos parâmetros reprodução e número de galhas, indicando consumo de fontes alternativas ao lipí dio neutro de energia p elo J2 parasitado. Mas o período de armazenamento sempre reduziu a reprodução e número de galhas formadas em tomateiros por J2 com e sem P. penetrans. A perda dessas fontes de energia, ao que tudo indica, leva muitos J2 a morrer antes de chegar ao estádio adulto, pois o número de fêmeas parasitadas reduz-se com o armazenamento, além de propiciar menor produção de endósporos por fêmea. O J2 parasitado por P. penetrans necessita encontrar rapidamente a raiz e não permanecer no solo por mais de 6 dias antes de parasitar a planta.

Custo adaptativo da indução de resistência em feijoeiro mediada pela rizobactéria Bacillus cereus ou acibenzolar-S-metil: atividade de enzimas, síntese de fenóis e lignina e biomassa

Plantas que utilizam recursos para defesa na ausência de pragas ou patógenos, arcarão com custos energéticos que podem refletir na sua produtividade. Assim, teve-se por objetivo avaliar os custos adaptativos da indução de resistência, antes da chegada do patógeno, em feijoeiro induzido por um indutor biótico (Bacillus cereus) e um abiótico (acibenzolar-S-metil, ASM), em 2, 3 ou 4 aplicações distribuídas ao longo do ciclo da cultura. Avaliou-se o efeito protetor contra a bactéria Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli, além da atividade de peroxidase, quitinase, β-1,3-glucanase, síntese de lignina, fenóis e crescimento com base na matéria seca. Observou-se que os indutores protegeram a cultura contra X. axonopodis pv. phaseoli com base na redução da severidade. O ASM aumentou a atividade de peroxidase, quitinase e β-1,3-glucanase, enquanto que o B. cereus aumentou apenas a peroxidase. O ASM aumentou a síntese de lignina e B. cereus não, enquanto que ASM diminuiu teor de fenóis e B. cereus não. O ASM reduziu a biomassa da planta, o que não ocorreu em plantas induzidas por B. cereus. Portanto, a resistência induzida por ASM apresenta elevado custo associado, enquanto que por B. cereus apresenta baixo custo, necessitando a indução de resistência ser melhor explorada e estudada para potencializar seu uso em feijoeiro.

Produção de biomassa e crescimento de árvores de Schizolobium amazonicum (Huber) Ducke sob diferentes espaçamentos na região de mata

O ensaio foi conduzido no município de Sinop, Estado de Mato Grosso. Aos 60 meses de idade foram avaliados a altura total, o diâmetro à altura do peito (DAP), o número de plantas danificadas pelo vento e a produção de biomassa da parte aérea de Schizolobium amazonicum, em diferentes densidades populacionais e espaçamentos. Os resultados demonstram que o crescimento em altura e DAP foram influenciados nos diferentes espaçamentos estudados. Quarenta e sete plantas úteis foram danificadas pelo vento, e quanto à biomassa o espaçamento 4x4 m resultou em produção de biomassa superior à dos demais espaçamentos.

Produção e distribuição de biomassa em Eucalyptus camaldulensis Dehn. em resposta à adubação e ao espaçamento

Plantas de Eucalyptus camaldulensis sob quatro níveis de adubação foram estabelecidas em quatro espaçamentos, na região dos cerrados, em Minas Gerais, com o objetivo de avaliar a influência destas variáveis na produção e no acúmulo de biomassa nas plantas. Os espaçamentos foram constituídos por uma distância fixa entre as linhas de 3 m e distância entre as plantas na linha de 2, 3, 4 e 5 m. A adubação consistiu de níveis proporcionais crescentes de uma combinação de fertilizantes denominados 0, 1, 2 e 4. A produção e a alocação de biomassa foram avaliadas aos 20 e 32 meses de idade. Equações de regressão foram ajustadas, utilizando-se dados obtidos aos 32 meses de idade, para estimativa da produção de biomassa da parte aérea e da madeira. A produção média de biomassa da madeira, aos 32 meses, foi 71, 120 e 98% superior nos níveis de adubação 1, 2 e 4, respectivamente, quando comparadas com plantas no nível 0. A adubação promoveu redução na relação raiz/parte aérea, tendo sido 0,87, 0,70, 0,67 e 0,59, para níveis crescentes de adubação. A produção de biomassa da parte aérea e da madeira, por planta, aumentou com o espaçamento entre as plantas, ou seja, maior produção foi obtida no espaçamento mais amplo (3 x 5 m), sendo a produção por unidade de área maior nos menores espaçamentos. A produção de biomassa apresentou comportamento quadrático, tendo as maiores produções, por unidade de área e por planta, sido obtidas entre os níveis de adubação 2,7 e 2,8.

Estimativa da biomassa e do comprimento de raízes finas em Eucalyptus urophylla S.T. Blake no município de Santa Maria-RS

O objetivo do presente trabalho foi estimar a biomassa e o comprimento de raízes finas (< 2 mm de diâmetro), em diferentes profundidades do solo, para a espécieEucalyptus urophylla S.T. Blake, com 10 anos de idade. O estudo foi realizado no município de Santa Maria-RS, no campus da Universidade Federal de Santa Maria. O talhão plantado com eucalipto tem 27 m de comprimento por 14 m de largura, em espaçamento 3 x 2 m. Foram amostrados quatro monolitos de 25 x 25 x 60 cm. Os monolitos foram divididos em seis perfis geométricos, nas profundidades de 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60 cm. A separação das raízes do solo foi por meio de um conjunto de duas peneiras (2 e 1 mm de malha) e jatos d'água. Na determinação do comprimento de raízes foi utilizado o método de intersecção, produzindo fotos com o uso de scanner. Os resultados revelaram alta concentração das raízes finas nos primeiros 20 cm de solo. A biomassa total de raízes finas encontradas para o Eucalyptus urophylla foi de 1.451,6 kg/ha, devendo ser ressaltado que 57,9% estavam concentradas nos primeiros 20 cm de solo. Constatou-se que o comprimento total de raízes finas foi de 27.968,9 km/ha e que 64,3% destes estavam nos primeiros 20 cm de profundidade.

Estudo de biomassa de Tectona grandis L.f. sob diferentes espaçamentos no Estado de Mato Grosso

O presente trabalho, conduzido no Município de Sinop, Estado de Mato Grosso, teve por objetivo avaliar a circunferência, a altura total e a produção de biomassa de plantas de Tectona grandis, em diferentes densidades populacionais, obtidas com diferentes espaçamentos e arranjos de plantio. Foram avaliados os espaçamentos de 3x2 m, 3x3 m, 4x3 m, 4x4 m, 5x3 m, 5x4 m e 5x5 m, com densidades populacionais que variaram de 400 a 1.666 plantas por hectare. Selecionaram-se três árvores por tratamento, constituindo a individualização dos componentes folhas, galhos e tronco. O experimento teve duração de 76 meses. O aumento da densidade populacional promoveu diminuição na circunferência das plantas de teca, enquanto a altura permaneceu constante. No espaçamento mais denso, a produção de biomassa total da parte aérea teve aumento nas plantas de tectona grandis, concentrando-se principalmente no tronco da árvore.

Análise comparativa dos custos de diferentes redes de distribuição de energia elétrica no contexto da arborização urbana

Com o intuito de estudar as podas feitas em árvores urbanas e analisar novas técnicas possíveis de serem utilizadas para reduzir o número de podas e melhorar a convivência das espécies com a fiação elétrica, além de permitir à árvore desempenhar plenamente suas funções ecológicas, buscou-se levantar dados referentes aos três tipos principais de redes de distribuição de energia elétrica (aérea convencional, aérea compacta e subterrânea), em quatro concessionárias de energia elétrica, a fim de compilá-los em um só trabalho. Foram levantados custos de implantação das redes convencional, compacta e subterrânea, assim como custos de manutenção e de poda de árvores. O custo de implantação de rede convencional (primária e secundária) variou de R$54.188,39 a R$67.571,43. O custo de implantação da rede compacta (primária e secundária) foi em média R$62.215,99. Já o custo de implantação de uma rede subterrânea é, em média, de R$436.585,04. A rede compacta já é totalmente viável, principalmente por ter custo de implantação praticamente igual à rede convencional e ter custo de manutenção 80% menor. A rede subterrânea, embora com custo de implantação aproximadamente 10 vezes maior quando comparado com o custo da convencional, por ter reduzido custo de manutenção e alta confiabilidade do sistema elétrico, seu uso já pode ser viável em diversas ocasiões.