Above- and below-ground biomass and carbon dynamics in Brazilian Cerrado wet grasslands

Questions: Grasslands are usually neglected as potential carbon stocks, partially due to the lack of studies on biomass and carbon dynamics in tropical grasslands. What is the importance of Brazilian tropical wet grasslands as carbon sinks? Does fire frequency and season affect biomass and carbon allocation in Brazilian wet grasslands? Location: Wet grasslands, tropical savanna, Jalapão, Tocantins, northern Brazil. Methods: We determined biomass above- and below-ground, estimated carbon stocks in biennially burned plots (B2) and plots excluded from fire for 4 yr (B4). Moreover, we determined biomass in both rainy and dry seasons. Samples were 0.25 m × 0.25 m × 0.2 m (eight samples per treatment, applying a nested design, total of 48 samples). The biomass was classified in above-ground graminoids, forbs and dead matter, and below-ground roots and other below-ground organs. We used ANOVA to compare variables between treatments and seasons. Results: More than 40% of the total biomass and carbon stocks were located below-ground, mostly in roots. A high proportion of dead biomass (B4) was found in the above-ground material, probably due to low decomposition rates and consequent accumulation over the years. Although these grasslands do not experience water stress, we found significant evidence of resource re-allocation from below-ground organs to the above-ground biomass in the rainy season. Conclusions: We found more dead biomass in the rainy season, probably due to low decomposition rates, which can increase fire risk in these grasslands during the following dry season. These tropical wet grasslands stored high amounts of carbon (621 to 716 g C.m-2), mostly in the roots. Thus, policymakers should consider tropical grasslands as potential carbon stocks, since they are one of the most threatened and unprotected ecosystems in Brazil. © 2012 International Association for Vegetation Science.

Biomass-to-bio-products application of feruloyl esterase from Aspergillus clavatus

The structural polysaccharides contained in plant cell walls have been pointed to as a promising renewable alternative to petroleum and natural gas. Ferulic acid is a ubiquitous component of plant polysaccharides, which is found in either monomeric or dimeric forms and is covalently linked to arabinosyl residues. Ferulic acid has several commercial applications in food and pharmaceutical industries. The study herein introduces a novel feruloyl esterase from Aspergillus clavatus (AcFAE). Along with a comprehensive functional and biophysical characterization, the low-resolution structure of this enzyme was also determined by small-angle X-ray scattering. In addition, we described the production of phenolic compounds with antioxidant capacity from wheat arabinoxylan and sugarcane bagasse using AcFAE. The ability to specifically cleave ester linkages in hemicellulose is useful in several biotechnological applications, including improved accessibility to lignocellulosic enzymes for biofuel production. © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Influence of specimen size, tray inclination and air flow rate on the emission of gases from biomass combustion

Experiments of biomass combustion were performed to determine whether specimen size, tray inclination, or combustion air flow rate was the factor that most affects the emission of carbon dioxide, carbon monoxide, and methane. The chosen biomass was Eucalyptus citriodora, a very abundant species in Brazil, utilized in many industrial applications, including combustion for energy generation. Analyses by gas chromatograph and specific online instruments were used to determine the concentrations of the main emitted gases, and the following figures were found for the emission factors: 1400 ± 101 g kg-1 of CO2, 50 ± 13 g kg-1 of CO, and 3.2 ± 0.5 g kg-1 of CH4, which agree with values published in the literature for biomass from the Amazon rainforest. Statistical analysis of the experiments determined that specimen size most significantly affected the emission of gases, especially CO2 and CO. •Statistical analysis to determine effects on emission factors.•CO2, CO, CH4 emission factors determined for combustion of Eucalyptus.•Laboratory results agreed with data for Amazonian biomass combustion in field tests.•Combustion behavior under flaming and smoldering was analyzed. © 2013 Elsevier Ltd.

An analysis of diurnal cycles in the mass of ambient aerosols derived from biomass burning and agro-industry

Strong diurnal cycles in ambient aerosol mass were observed in a rural region of Southeast Brazil where the trace composition of the lower troposphere is governed mainly by emissions from agro-industry. An optical particle counter was used to record size-segregated aerosol number concentrations between 13 May 2010 and 15 March 2011. The data were collected every 10 min and used to calculate aerosol mass concentrations. Aerosol samples were also collected onto filters during daytime (10:00-16:00 local time) and nighttime (20:00-06:00) periods, for subsequent analysis of soluble ions and water-soluble organic carbon. Biomass burning aerosols predominated during the dry winter, while secondary aerosols were most important in the summer rainy season. In both seasons, diurnal cycles in calculated aerosol mass concentrations were due to the uptake of water by the aerosols and, to a lesser extent, to emissions and secondary aerosol formation. In neither season could the observed mass changes be explained by changes in the depth of the boundary layer. In the summer, nighttime increases in aerosol mass ranged from 2.7-fold to 81-fold, depending on particle size, while in the winter, the range was narrower, from 2.2-fold to 9.5-fold, supporting the possibility that the presence of particles derived from biomass burning reduced the overall ability of the aerosols to absorb water. Key Points Diurnal cycle of agro-industrial aerosol mass governed by humidity Biomass burning emissions act to suppress particle growth Need to consider diurnal mass cycles in aerosol dry deposition models ©2013. American Geophysical Union. All Rights Reserved.

Experimental study of bottom feed updraft gasifier

The updraft biomass gasifiers currently available produce a gas with high tar content. For almost all downstream applications a substantial reduction of the tar concentration is required. The gravimetric tar concentration behavior in producer gas, obtained at a modified updraft fixed bed gasifier, was studied. The feedstock feeding system was modified respect to the traditional updraft gasification design in order to decrease the tar concentration in the producer gas; the material is feeding continuously through a conduit in the base of the reactor over the grate. The caloric power of the syngas obtained was slightly lower than the typical value for this type of reactor and the highest efficiency obtained for the woodchip gasification was 77%. The highest tar concentration obtained during the experiments was 1652.7 mg N m-3 during the first our of experiments, comparable with the smaller value reported for the updraft reactors, this value is reduced significantly after the stabilization of the gasification process in the reactor. The smaller value obtained was 21 mg N m-3. © 2013 Elsevier Ltd.

Biosorption of cadmium (II) and lead (II) from aqueous solution using exopolysaccharide and biomass produced by Colletotrichum sp.

The biosorption of Cd(II) and Pb(II) ions on biomass and exopolysaccharide (EPS) produced by Colletotrichum sp. fungus has been investigated as a function of contact time, initial pH, initial metal ion concentration, and initial adsorbent concentration in a batch system. Adsorption equilibrium was described by Freundlich and Langmuir isotherms. Adsorption was characterized through granulometry, SEM and EDX analysis. Then, studies were performed to regenerate the adsorbent. Biosorption of metals by biomass and EPS were best described by the Langmuir and Freundlich isotherm, respectively. Results of thermodynamic investigations showed that adsorption reactions were spontaneous (ΔG° < 0), exothermal, and mainly physical. The EPS was able to remove 79 and 98% of cadmium and lead, respectively, and the biomass removed 85 and 84% of cadmium and lead, respectively, in a solution with initial concentration 100 mg L-1, and the four adsorption-desorption cycles of all adsorbents showed up with great regenerative capacity and relative stability after these four cycles, the high potential of these biological materials in sorption has been shown. © 2013 Copyright Balaban Desalination Publications.

Sorghum grain yield, forage biomass production and revenue as affected by intercropping time

Sorghum is an excellent alternative to other grains in poor soil where corn does not develop very well, as well as in regions with warm and dry winters. Intercropping sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench] with forage crops, such as palisade grass [Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich) Stapf] or guinea grass (Panicum maximum Jacq.), provides large amounts of biomass for use as straw in no-tillage systems or as pasture. However, it is important to determine the appropriate time at which these forage crops have to be sown into sorghum systems to avoid reductions in both sorghum and forage production and to maximize the revenue of the cropping system. This study, conducted for three growing seasons at Botucatu in the State of São Paulo in Brazil, evaluated how nutrient concentration, yield components, sorghum grain yield, revenue, and forage crop dry matter production were affected by the timing of forage intercropping. The experimental design was a randomized complete block design. Intercropping systems were not found to cause reductions in the nutrient concentration in sorghum plants. The number of panicles per unit area of sorghum alone (133,600), intercropped sorghum and palisade grass (133,300) and intercropped sorghum and guinea grass (134,300) corresponded to sorghum grain yields of 5439, 5436 and 5566kgha-1, respectively. However, the number of panicles per unit area of intercropped sorghum and palisade grass (144,700) and intercropped sorghum and guinea grass (145,000) with topdressing of fertilizers for the sorghum resulted in the highest sorghum grain yields (6238 and 6127kgha-1 for intercropping with palisade grass and guinea grass, respectively). Forage production (8112, 10,972 and 13,193Mg ha-1 for the first, second and third cuts, respectively) was highest when sorghum and guinea grass were intercropped. The timing of intercropping is an important factor in sorghum grain yield and forage production. Palisade grass or guinea grass must be intercropped with sorghum with topdressing fertilization to achieve the highest sorghum grain yield, but this significantly reduces the forage production. Intercropping sorghum with guinea grass sown simultaneously yielded the highest revenue per ha (€ 1074.4), which was 2.4 times greater than the revenue achieved by sowing sorghum only. © 2013 Elsevier B.V.

Simulação da produção e combustão de gás de síntese oriundo de gaseificadores de leite fixo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Utilização de syngas em substituição a combustíveis gasoso em processos siderúrgicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Atendimento de energia elétrica domiciliar para comunidades isoladas de baixa potência do interior do estado do Pará através de um gaseificador de 1kw

No Pará, quase 21% de sua população, não tem acesso ao uso da energia elétrica na sua residência. Neste universo está o público alvo deste trabalho que são as comunidades isoladas. Dado a extensão territorial e a extensa bacia hidrográfica do Estado do Pará, estas comunidades dificilmente serão atendidas por extensão da rede de distribuição. A proposta deste trabalho consiste na sugestão de uso do caroço de Açaí como biomassa para um gaseificador indiano de 1 Kg/hora, co-corrente e topo aberto, adaptado e adequado às especificidades da região; o sistema de gaseificação é acoplado a um gerador de 2 KVA (Diesel ou Gasolina), para suprir com energia elétrica as comunidades isoladas, onde já existe a biomassa como resultado do processamento do Açaí e que vem sendo tratada como lixo. Neste contexto, foram pesquisados os programas governamentais que podem respaldar esta proposta, utilizando-a como uma das muitas opções de atendimento de energia elétrica através das fontes alternativas.

Aproveitamento da biomassa flutuante do Rio Madeira para geração de energia elétrica

A universalização do fornecimento de energia elétrica é uma meta ainda distante de ser alcançada na Amazônia brasileira, em face dos obstáculos geográficos, da dispersão de seus habitantes, da indefinição de tecnologias adequadas, além dos aspectos econômicos, em que pese ações governamentais, traduzidas no Programa Luz para Todos - PLpT, criado em 2003, cuja meta é atender a totalidade dos consumidores rurais até 2010, e a determinação da Agência Nacional de Energia Elétrica –ANEEL, responsável no Brasil pela regulação do setor elétrico, da obrigatoriedade da universalização até 2015. Este trabalho descreve pesquisa realizada no rio Madeira, na Amazônia brasileira, em que a geração de energia elétrica para atendimento de comunidades e pequenas cidades ao longo do rio, contribuindo para a universalização, pode ser viabilizada usando como fonte renovável inédita a biomassa lenhosa depositada no fundo do rio, decorrente de processos naturais, cuja retirada faz parte da rotina do Ministério dos Transportes, por obrigação legal, para viabilizar segurança na navegação. Como etapa inicial foram realizadas revisões bibliográficas para dar suporte à fundamentação teórica acerca de sistema elétrico brasileiro, universalização de acesso à energia elétrica, fontes renováveis na Amazônia, tecnologias para geração de eletricidade usando biomassa como fonte, subsídios no setor elétrico do Brasil, o rio Madeira, suas características e importância, além de ferramentas de análise de investimento. Em seguida, foram coletadas informações junto à AHIMOC, órgão responsável pela hidrovia do Madeira, quanto aos dados quantitativos e qualitativos da retirada de biomassa lenhosa do leito desse rio, bem como trabalhos de coleta in locu de amostras dessa biomassa para posterior análise de suas características físico-químicas em laboratório da UFAM. De posse dessas informações procedeu-se a avaliação de potencial de geração de energia elétrica da biomassa, assim como de rotas tecnológicas para tal. Os resultados obtidos das biomassas coletadas serviram como balizadores para confirmação de valores constantes na literatura e foram usados posteriormente na avaliação de potencial de geração de energia elétrica com identificação de rotas tecnológicas para tal. Etapa posterior contemplou a obtenção junto à concessionária de identificação e caracterização de potenciais mercados consumidores localizados na calha do Rio Madeira. Uma vez caracterizada a biomassa disponível, as possíveis rotas tecnológicas e os potenciais mercados consumidores, foram avaliados os aspectos tecnológicos, econômicos, ambientais, sociais e legais envolvidos. O estudo conclui pela competitividade do sistema de gaseificação, podendo contribuir para a universalização do acesso a eletricidade, cuja viabilização depende de adoção de política pública neste sentido, a partir de ações entre os Ministérios dos Transportes, de Minas e Energia e do Meio Ambiente. Conclui, também, pelo potencial de atração de capital privado, o que contribuiria para a redução de gastos públicos. Trabalhos futuros quanto à replicabilidade do estudo em áreas com fenômeno semelhante, bem como de oportunidades de uso de outras biomassas apresentam-se viáveis.

Spatial and temporal distribution in density and biomass of two Pseudodiaptomus species (Copepoda: Calanoida) in the Caeté river estuary (Amazon region - North of Brazil)

A distribuição espacial e temporal da densidade e biomassa dos copépodos planctônicos Pseudodiaptomus richardi e P. acutus, ao longo de um gradiente de salinidade, foi estudada no Estuário do Rio Caeté (Norte do Brasil) durante os meses de junho e dezembro de 1998 (estação seca) e fevereiro e maio de 1999 (estação chuvosa). A biomassa dos copépodos foi estimada a partir de parâmetros da regressão baseada na relação entre o peso seco e o comprimento do corpo (prossoma) de organismos adultos. O Estuário do Rio Caeté caracterizou-se por uma grande variação espacial e sazonal na salinidade (0,8-37,2). A relação peso-comprimento para ambas as espécies de Pseudodiaptomus foi do tipo exponencial. Os valores de densidade e biomassa oscilaram entre 0,28-46,18 ind. m^-3 e 0,0022-0,3507 mg DW. m^-3 para P. richardi; e entre 0,01-17,02 ind. m^-3 e 0,0005-0,7181 mg DW. m^-3 para P. acutus. Os resultados revelaram que a contribuição de P. richardi para a produção secundária no Estuário do Rio Caeté é mais importante na zona liminética que em outras zonas onde foram dominantes os regimes eurihalino-polihalino. Contudo, para P. acutus não foi possível observar de forma clara um padrão de distribuição espacial e temporal para a área estudada.

Caracterização de um gaseificador do tipo downdraft

A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO², CH⁴, SO², N² e NO^x) nos gases de combustão após a sistema de limpeza.

Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.