Incorporation of hydrogen production process in a sugar cane industry: Steam reforming of ethanol

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The Benefits of Sugarcane Chain Development in Africa

As consumers continue to be concerned about the future of sustainable agriculture and the scarcity of natural resources, biofuels can be an important component of the "people" solution through job creation, development and interiorizing economic activities of a country through moving money from cities into rural areas. The Brazilian sugarcane industry is well developed in terms of corporate social responsibility and can serve as an example for other countries such as Africa. The objective of this article is to show how sugar cane can contribute to the development of Africa by producing renewable fuel for use in booming African cities. A supply of sugar can be developed for use in local markets and exports. Other opportunities exist to produce bioelectricity from the process of burning the bagasse and other new products such as plastic and diesel. In the case of Ethanol, this fuel has proven to be the most efficient in competing with gasoline in the last 40 years, and Africa may gain with a strategic plan on ethanol.

Administração limpa e enxuta em sistemas hidráulicos de colhedoras de cana-de-açúcar

Among the important changes in the production processes, it is necessary to guarantee the sustainability of the human enterprises, what makes us to foresee changes in the managerial administration to adapt to a new model, with the insert of the concepts of Clean Production, Cleaner, Lean and Total Productive Maintenance (TPM). The main focus of this work was to elaborate a methodology that made it possible to guarantee the reliability in the waterworks of the sugarcane harvester, identifying and analyzing the manners of flaws, in order to result in the improvement of the environmental and socioeconomic quality in the atmosphere of an industry of sugarcane through the significant decrease of hydraulic oil spill. Through the existent report in ERP (Enterprise Resource Planning), used in a Sugarcane Industry Plant, it was possible to accompany of the operational acting of the sugarcane harvester used during 03 crops, regarding the manners of flaws in the waterworks of the same ones, and, in one of the crops it was elaborated the total control of the waterworks of 5 harvesters. Based on the obtained data and the developed methodology it was possible to develop a software that specifies the electric outlet of decisions.

Queimadas nos canaviais e perspectivas dos cortadores de cana-de-açúcar em Macatuba, São Paulo

A lei nº 11.241/2002 do estado de São Paulo proíbe a queima de cana-de-açúcar pré-colheita devido ao alto impacto que a fumaça desse processo causa na saúde coletiva e no meio ambiente. De modo gradativo, a previsão inicial era de que a proibição fosse efetiva em 2031. Posteriormente, acordo entre governo do Estado e União da Indústria de Cana-de-açúcar (Unica), estabeleceu redução do prazo para 2017. A cana-de-açúcar, quando não queimada, exige muito mais esforço dos cortadores, diminuindo a produtividade do corte manual em comparação às máquinas colheitadeiras. A ausência das queimadas traz benefícios à saúde e ao meio ambiente, no entanto, pouco ainda se sabe a respeito das consequências da mecanização para a mão de obra rural nos canaviais. Este artigo busca analisar esse quadro de incerteza sobre o que ocorrerá do ponto de vista dos cortadores de cana e o reconhecimento das consequências da lei em suas vidas. Durante a safra de cana de 2006, foram aplicados questionários a 40 cortadores de cana, de diferentes idades e gênero, no bairro Jardim América, em Macatuba-SP, em suas casas ou na rua. Perguntas qualitativas e quantitativas que abordavam temas socioeconômicos, de saúde, reconhecimento da lei e perspectivas de trabalho. Os entrevistados apresentaram um dilema entre o ar limpo e a perspectiva de trabalho. Muitos se apresentaram indecisos e sem incentivos a trabalhar em outros setores, apesar de grande parte gostar do local onde vive e se interessar por continuar a trabalhar na agricultura

Combined production of sugar, ethanol and electricity: Thermoeconomic and environmental analysis and optimization

Many works have shown the potential of the Brazilian sugarcane industry as an electricity supplier. However, few studies have studied how this potential could be achieved without jeopardizing the production of sugar and ethanol. Also, the impact of modifications in the cogeneration plant on the costs of production of sugar and ethanol has not been evaluated. This paper presents an approach to the problem of exergy optimization of cogeneration systems in sugarcane mills. A general model to the sugar and ethanol production processes is developed based on data supplied by a real plant, and an exergy analysis is performed. A discussion is made about the variables that most affect the performance of the processes. Then, a procedure is presented to evaluate modifications in the cogeneration system and in the process, and their impact on the production costs of sugar, ethanol and electricity. Furthermore, a discussion on the renewability of processes is made based on an exergy index of renewability. As a general conclusion, besides adding a new revenue to the mill, the generation of excess electricity improves the exergo-environmental performance of the mill as a whole. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo da tratabilidade laboratorial e optimização experimental do tratamento de águas residuais de indústrias lácteas

O presente trabalho experimental teve como objectivos estudar a tratabilidade dum efluente lácteo utilizando a técnica de coagulação/floculação e avaliar a possibilidade de utilização do carvão activado granulado (CAG) Aquasorb 2000 como adsorvente para a remoção de compostos orgânicos presentes nos efluentes lácteos pré–tratados por coagulação/floculação, funcionando como um tratamento de polimento. No estudo da tratabilidade do efluente por coagulação/floculação investigou-se a influência de determinadas variáveis como o tipo e dose de coagulante e pH, a fim de encontrar as melhores condições operatórias. A utilização da referida técnica visou a redução do valor de concentração de alguns parâmetros: carência química de oxigénio (CQO); fósforo total e turvação, tendo sido utilizados efluentes desta indústria recolhidos em diferentes datas e após tratamento biológico, designados por A, B, C e D apresentando características diferentes. Sendo que o efluente A apresentava valores de CQO, fósforo total e turvação de 500 mg O2/L;32 mg P/L e 40 NTU respectivamente, o efluente B 1400 mg O2/L; 120 mg P/L e 80 NTU respectivamente, o efluente C 12300 mg O2/L; 87 mg P/L e 350 NTU respectivamente e o efluente D 340 mg O2/L; 33 mg P/L e 42 NTU respectivamente. Os coagulantes estudados foram hidróxido de cálcio (HC), sulfato de alumínio (SA) e tricloreto de ferro (TF). Verificou-se que o coagulante com maior eficácia nos efluentes estudados foi o TF. As maiores remoções de CQO, fósforo total e turvação, 89%, 99,9% e 99%, respectivamente, foram obtidas para o efluente C, com uma dosagem de TF de 4 g/L e com um pH entre 6 e 7. Entre os efluentes estudados este era o que apresentava valores iniciais mais elevados para qualquer um destes parâmetros. As melhores percentagens de remoção obtidas com o HC, para a CQO, fósforo total e turvação foram de 59%, 99% e 91%, respectivamente, com uma dosagem de HC de 1 g/L e com um pH entre 10 e 11,5 foram conseguidas no tratamento do efluente D, com o qual se alcançaram também as melhores remoções de CQO, fósforo total e turvação de 65%, 99% e 87%, respectivamente, quando se utilizou o coagulante SA, com uma dosagem de 2 g/L e com um pH entre 7 e 7,5. Relativamente ao volume de lamas produzido neste processo pela utilização dos diferentes coagulantes no tratamento dos efluentes referidos concluiu-se que o coagulante que gera menor volume de lamas é o HC, sendo o SA aquele que origina um maior volume. Submeteu-se posteriormente o efluente D, pré-tratado por coagulação/floculação, a um processo de adsorção em batch utilizando o CAG Aquasorb 2000, onde se conseguiu uma remoção de CQO de 48%, alcançando para este parâmetro o valor de 63 mg O2/L, nas condições operatórias que correspondem a uma massa de CAG de 12,5 g/L e um tempo de contacto de 3 horas. Quanto aos custos associados com os coagulantes, o que menores custos apresenta é o HC (150 €/ton), seguido pelo TF (250 €/ton) e por ultimo o SA (340 €/ton). Sendo que o efluente quando tratado com TF e SA é necessário uma correcção do pH do meio para que estes coagulantes actuem eficazmente, em que essa correcção de pH é realizada com hidróxido de sódio (540 €/ton). Realizaram-se ainda estudos de equilíbrio de adsorção com o carvão activado referido e o azul-de-metileno usando diferentes concentrações deste (50 mg/L; 100 mg/L e 200 mg/L) e diferentes massas de CAG (0,1g; 0,2g; 0,3g; 0,4g e 0,5g). A temperatura a que se realizaram estes ensaios foi de 28,7ºC e o volume de azul-de-metileno foi de 200 mL. Verificou-se que os melhores resultados obtidos foram para uma concentração de adsorvato de 100 mg/L. Ajustaram-se os modelos de Langmuir e Freundlich às isotérmicas obtidas tendo correlações mais elevadas para a concentração de 100 mg/L de corante (azul de metileno), sendo o modelo de Freundlich aquele que melhor se ajustou apresentando uma correlação quadrática de 0,9744 e os seguintes parâmetros Kf = 6,59 e n = 5,33, enquanto que o de Langmuir apresentou uma correlação quadrática de 0,9583 e os seguintes parâmetros qmáx = 83,3 mg/g de adsorvente e K = 20 L/mg de adsorvato.. Verificou-se que a capacidade de adsorção promovida pelo CAG, em relação ao azul-demetileno, obtida experimentalmente, 83,3 mg/g, é muito inferior à capacidade de adsorção teoricamente prevista pela ficha técnica deste carvão, 280 mg/g a uma temperatura de 25ºC, o que pode indiciar que o carvão utilizado não estaria nas melhores condições.

Self-Organising Maps and Correlation Analysis as a Tool to Explore Patterns in Excitation-Emission Matrix Data Sets and to Discriminate Dissolved Organic Matter Fluorescence Components

Dissolved organic matter (DOM) is a complex mixture of organic compounds, ubiquitous in marine and freshwater systems. Fluorescence spectroscopy, by means of Excitation-Emission Matrices (EEM), has become an indispensable tool to study DOM sources, transport and fate in aquatic ecosystems. However the statistical treatment of large and heterogeneous EEM data sets still represents an important challenge for biogeochemists. Recently, Self-Organising Maps (SOM) has been proposed as a tool to explore patterns in large EEM data sets. SOM is a pattern recognition method which clusterizes and reduces the dimensionality of input EEMs without relying on any assumption about the data structure. In this paper, we show how SOM, coupled with a correlation analysis of the component planes, can be used both to explore patterns among samples, as well as to identify individual fluorescence components. We analysed a large and heterogeneous EEM data set, including samples from a river catchment collected under a range of hydrological conditions, along a 60-km downstream gradient, and under the influence of different degrees of anthropogenic impact. According to our results, chemical industry effluents appeared to have unique and distinctive spectral characteristics. On the other hand, river samples collected under flash flood conditions showed homogeneous EEM shapes. The correlation analysis of the component planes suggested the presence of four fluorescence components, consistent with DOM components previously described in the literature. A remarkable strength of this methodology was that outlier samples appeared naturally integrated in the analysis. We conclude that SOM coupled with a correlation analysis procedure is a promising tool for studying large and heterogeneous EEM data sets.

Self-Organising Maps and Correlation Analysis as a Tool to Explore Patterns in Excitation-Emission Matrix Data Sets and to Discriminate Dissolved Organic Matter Fluorescence Components

Dissolved organic matter (DOM) is a complex mixture of organic compounds, ubiquitous in marine and freshwater systems. Fluorescence spectroscopy, by means of Excitation-Emission Matrices (EEM), has become an indispensable tool to study DOM sources, transport and fate in aquatic ecosystems. However the statistical treatment of large and heterogeneous EEM data sets still represents an important challenge for biogeochemists. Recently, Self-Organising Maps (SOM) has been proposed as a tool to explore patterns in large EEM data sets. SOM is a pattern recognition method which clusterizes and reduces the dimensionality of input EEMs without relying on any assumption about the data structure. In this paper, we show how SOM, coupled with a correlation analysis of the component planes, can be used both to explore patterns among samples, as well as to identify individual fluorescence components. We analysed a large and heterogeneous EEM data set, including samples from a river catchment collected under a range of hydrological conditions, along a 60-km downstream gradient, and under the influence of different degrees of anthropogenic impact. According to our results, chemical industry effluents appeared to have unique and distinctive spectral characteristics. On the other hand, river samples collected under flash flood conditions showed homogeneous EEM shapes. The correlation analysis of the component planes suggested the presence of four fluorescence components, consistent with DOM components previously described in the literature. A remarkable strength of this methodology was that outlier samples appeared naturally integrated in the analysis. We conclude that SOM coupled with a correlation analysis procedure is a promising tool for studying large and heterogeneous EEM data sets.

Otimização do pré-tratamento hidrotérmico da palha de cana-de-açúcar visando à produção de etanol celulósico

The sugarcane industry has huge potential for biorefinery concept application, given its development in recent years. In this context, cane sugar straw has become an attractive raw material for biofuel production. This study aims to investigate the chemical composition of cane sugar straw from different regions of Brazil, and to optimize a hydrothermal pretreatment stage for cellulosic ethanol production. Results of chemical characterization of the cane sugar straw for the regions assessed indicated little influence of place on straw chemical composition. Hydrothermal pretreatment showed high efficiency in hemicellulose removal. Hydrothermal pretreatments operating with temperatures of 190 and 210 ºC presented satisfactory results, reaching values close to 100% hydrolysis.

Uso de operações estruturadas para financiamento de projetos no setor sucroenergético brasileiro

O setor sucroenergético brasileiro passou por um intenso ciclo de crescimento nos últimos anos. Ainda assim, a demanda de etanol no país continua a superar a capacidade de produção, principalmente devido ao sucesso dos carros flex-fuel. As usinas voltaram também a atenção à bioeletricidade, aos alcoolquímicos e a diversos outros subprodutos e coprodutos do processo de produção de açúcar e etanol. Por estes motivos, se faz necessária a realização de maiores investimentos em ampliação e modernização das atuais usinas, e no aumento do número de unidades de produção. Para que tais investimentos sejam realizados da maneira mais eficiente, é necessário conhecer todas as opções de linhas de crédito disponíveis. Uma delas, pouco usada e com bons resultados é a Structured Project Finance. O presente trabalho tem como objetivo discutir o modelo de Structured Project Finance e apresentá-lo como uma possível alternativa de financiamento de projetos de usinas de açúcar e etanol no Brasil. Sua principal contribuição é apresentar uma alternativa de financiamento que agregue mais valor ao negócio.

A reestruturação do setor sucroenergético no Brasil: uma análise do período entre 2005 e 2011

O mundo está diante do desafio de reduzir as emissões de gases do efeito estufa (GEEs) e encontrar fontes renováveis de energia, na busca da segurança energética. Os biocombustíveis são uma alternativa viável e, nesse sentido, o Brasil deu um exemplo para mundo ao criar o Proálcool em 1975, que foi um programa bem sucedido de substituição da gasolina pelo etanol produzido a partir da cana-de-açúcar. Essa iniciativa contou com a participação do Governo Brasileiro no incentivo e na regulamentação do setor sucroenergético. A partir da sua liberalização em 1999, a indústria canavieira passou por uma importante reestruturação. Este estudo teve como objetivo descrever esse movimento e analisar suas possíveis consequências para o setor. Para isso, foi realizada uma pesquisa sobre a reestruturação da indústria canavieira, entre 1999 e 2011, dando ênfase aos dois ciclos de operações de Fusões & Aquisições ocorridos nesse período. Como principais resultados têm-se a consolidação dos maiores grupos de usinas da Região Centro Sul, que aumentaram a sua participação na moagem de cana e ampliaram suas estruturas produtivas por meio da aquisição de usinas concorrentes e da construção de greenfields. Além disso, foi possível observar o rápido crescimento da participação do capital estrangeiro, juntamente com a entrada de grupos de outros setores industriais. A reestruturação terá consequências positivas para o Brasil, principalmente pela profissionalização do setor sucroenergético e pela capacidade de retomar o ritmo de crescimento da produção de cana-de-açúcar, que foi interrompido pela crise financeira mundial de 2008. Para isso, será necessário investir na ampliação dos canaviais e também na construção de novas usinas.

Gerenciamento de riscos de mercado em uma perspectiva corporativa: análise do setor sucroenergético no Brasil

Este trabalho objetiva analisar e contribuir com o gerenciamento de riscos de preços dentro da indústria sucroenergética brasileira, mais especificamente da região Centro-Sul do país, que é a maior processadora de cana-de-açúcar de todo o mundo. Esta indústria tem características peculiares, tanto quanto às formas de comercialização de seus produtos finais – notadamente o açúcar e o etanol – quanto de sua estrutura de custos, onde a cana-de-açúcar representa algo da ordem de 70% do custo total de produção destes produtos. Assim, a proposição aqui implícita passa por uma abordagem específica para o gerenciamento de riscos de preços destas empresas, definindo como principal fator de risco o distanciamento entre os preços das vendas de açúcar travados em mercado organizado de futuros frente aos preços do açúcar apurados dentro da metodologia Consecana e que formam os preços do principal insumo produtivo destas empresas, a cana-de-açúcar. Assim, com uma abordagem empírica é feita uma análise sobre uma amostra de 1.138 ações de fixações de preços ocorridas durante o ano-safra 2012-13, revelando um comportamento de atuação no mercado futuro por parte destas empresas de maximização do valor da firma. Além disso, serão identificados os principais fatores idiossincráticos e sistêmicos que influenciam o retorno que estas empresas obtêm da comercialização de açúcar para o exterior, bem como os fatores que influenciam a tomada de decisão por parte destas empresas.

Influência da adição de cinza do bagaço de cana calcinada em sistemas de pastas para cimentação de poços petrolíferos

Cementing operation is one of the most important stages in the oil well drilling processes and has main function to form hydraulic seal between the various permeable zones traversed by the well. However, several problems may occur with the cement sheath, either during primary cementing or during the well production period. Cements low resistance can cause fissures in the cement sheath and compromise the mechanical integrity of the annular, resulting in contamination of groundwater and producing zones. Several researches show that biomass ash, in particular, those generated by the sugarcane industry have pozzolanic activity and can be added in the composition of the cementing slurries in diverse applications, providing improvements in mechanical properties, revenue and cement durability. Due to the importance of a low cost additive that increases the mechanical properties in a well cementing operations, this study aimed to potentiate the use of sugarcane bagasse ash as pozzolanic material, evaluate the mechanisms of action of this one on cement pastes properties and apply this material in systems slurries aimed to cementing a well with 800 m depth and geothermal gradient of 1.7 °F/100 ft, as much primary cementing operations as squeeze. To do this, the ash beneficiation methods were realized through the processes of grinding, sifting and reburning (calcination) and then characterization by X-ray fluorescence, XRD, TG / DTG, specific surface area, particle size distribution by laser diffraction and mass specific. Moreover, the ash pozzolanic activity added to the cement at concentrations of 0%, 20% and 40% BWOC was evaluated by pozzolanic activity index with lime and with Portland cement. The evaluation of the pozzolanic activity by XRD, TG / DTG and compressive strength confirmed the ash reactivity and indicated that the addition of 20% in the composition of cement slurries produces improvement 34% in the mechanical properties of the slurry cured. Cement slurries properties evaluated by rheological measurements, fluid loss, free fluid, slurry sedimentation, thickening time and sonic strength (UCA) were satisfactory and showed the viability of using the sugarcane ash in cement slurries composition for well cementing

Efeito simultâneo da deficiência hídrica e do alumínio tóxico no solo na cultivar IAC91-5155 de cana-de-açúcar

Sugarcane is a very important economic crop in Brazil. The effects of abiotic stresses cause negative reduction of the productivity in the sugarcane industry. In order to identify indicators of stresses tolerance, two physiological variables were evaluated, nitrate reductase activity and chlorophyll contents in young plants of sugarcane, cv. IAC91-5155. The simultaneous effect of abiotic stresses of high occurrence in Brazilian soils are, water deficiency and aluminum toxicity. The plants were submitted to three treatments of water availability (% field capacity, FC): no stress (70% FC), moderate stress (55% FC), and extreme stress (40% FC); and three acidity treatments in the soil (base saturation, V%): no acidity (V=55%), average acidity (V=33%), and high acidity (V=23%). The experiment was carried out in greenhouse, with 29.7 +/- 4.3 degrees C and 75 +/- 10% RH. The experimental design was in randomized blocks, in 3x3 factorial arrangement, with four replicates. After 60 days, nitrate reductase activity and chlorophyll contents were evaluated in the diagnostic leaf. The results demonstrate that the response of plants to a combination of drought and aluminum toxicity, similar to the conditions in many natural environments, is different from the response of plants to each of these stresses applied individually, as typically tested in the laboratory. The nitrate reductase activity can be used as a biochemical-physiological marker of water deficiency while chlorophyll contents can be used as a biochemical-physiological marker of both of them, water deficiency or aluminum toxicity in soil. Both parameters can not be as a biochemical-physiological marker for acclimation of young plants of sugarcane cv. IAC91-5155, under the combined stresses.