Estrutura eletrônica de derivados de C60 para aplicações em células solares orgânicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Avaliação da auto-suficiência energética de reatores anaeróbios no tratamento de esgoto sanitário e de água preta

The purpose of this project is to verify whether anaerobic reactors applied to sewage treatment are energetically self-sufficient. This evaluation can be made by balancing the methane produced through the anaerobic transformation stages (hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis) and the reactor energy consumption requirements. The original project included methanogenic activity tests, which could not be performed due to setbacks in the installation of an analytical instrument. Scientific articles about bench- and full-scale anaerobic reactors were investigated instead. An average substrate-to-methane conversion efficiency of 58,2±18,6% was found for the bench-scale reactors and higher efficiencies (89,2%) were found for the cases which had higher Organic Loading Rates (OLRs) values. The average energy output was 0,013 kWh/Lsewage, value unable to meet the energy needs for the reactor operation, considering equipments normally used such as temperature controller. This balance can become positive if few hypotheses are made, for example (i) to eliminate the use of temperature controller (ii) to alter the operation pattern from continuous to intermittent. Based on energy balance assessment of eight bench-scale reactors, it was observed that the implementation of a system for biogas utilization is not energetically feasible. However, interesting results were found for a full-scale sewage treatment plant, ETE Ouro Verde – Foz do Iguaçu, PR, Brazil. Even though its substrate-tomethane conversion efficiency was about 10% only, the energy balance was quite positive, with energy consumption of 68 kWh/month and energy production of 660 kWh/month. This analysis leads us to conclude that energy recovery from full-scale sewage treatment plants should be practiced by other plants

Estudo sobre uma turbina a gás instalada em uma refinaria de petróleo

The gas turbine (GT) is known to have: low cost of capital over the amount of energy, high flexibility, high reliability, short delivery time, commissioning and commercial operation at the beginning and quick departure. The gas turbine is also recognized for its superior environmental performance, manifested in air pollution containment and reducing greenhouse gases (Mahi, 1994). Gas turbines in simple cycle mode (SC) have long been used by utilities to limited power generation peak. In addition, manufacturing facilities use gas turbines for power generation units on site, often in combination with the process of heat production, such as hot water and steam process. In recent years, the performance of industrial gas turbines has been improved due to significant investments in research and development, in terms of fuel to electricity conversion efficiency, plant capacity, availability and reliability. The greater availability of energy resources such as natural gas (NG), the significant reduction of capital costs and the introduction of advanced cycles, have also been a success factor for the increased use of gas turbines to load applications base (Poulikas, 2004). Open Cycle Gas Turbine with a greater degree of heat to the atmosphere may alternatively be used to produce additional electricity using a steam cycle, or to compose a cogeneration process. The combined cycle (CC) uses the heat from the gas turbine exhaust gas to increase the power output and increase the overall efficiency of more than 50% second (Najjar, 2001). The initial discovery of these cycles in the commercial power generation market was possible due to the development of the gas turbine. Only from the 1970s that gas turbine inlet temperature and therefore the exhaust gas temperature was sufficiently high to allow a better efficiency in the combined cycle ... (Complete Abstract click electronic access below)

Análise espacial do potencial fotovoltaico em telhados de residências usando modelagem hierárquica bayesiana

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estrutura eletrônica de derivados de politieno[3,4-b]-tiofeno-co-benzoditiofeno para aplicação em camadas ativas de células solares orgânicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Recuperação de enxofre elementar a partir de águas residuárias em reatores anaeróbio/microaerado

O objetivo desse projeto de pesquisa foi avaliar a redução do sulfato e promover a remoção do sulfeto, por via de conversão a enxofre elementar, em reatores combinados anaeróbio/microaerado. Para tanto foram utilizados três sistemas com objetivos específicos. A primeira configuração foi um reator anaeróbio de leito fixo e ordenado integrado a um reator microaerado com membrana externa (ABFSB-RME) com o qual se avaliou a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da presença de biomassa aderida na remoção do sulfeto. A segunda configuração avaliada foi um reator UASB com um reator microaerado de membrana helicoidal externa (UASB-RMHE), com o qual se avaliou a formação de biofilme no interior da membrana e a alteração do pH para a remoção do sulfeto em sua fase gasosa. A terceira configuração foi um reator anaeróbio de leito fixo e ordenado combinado a um reator microaerado com membrana helicoidal e submersa ao meio liquido (ABFSB-RMHS) com a finalidade de avaliar a remoção do sulfeto com aplicação de fluxo de ar no interior da membrana e avaliar a influência do TDH na eficiência de conversão do sulfeto. Os resultados indicam que a troca periódica das membranas tem influência na eficiência da conversão do sulfeto para o sistema ABFSB-RME. O sistema UASB-RMHE apresentou dados de remoção de sulfeto estáveis durante 35 dias, com remoção de até 90%, porém a retro lavagem da membrana é essencial para o aumento da vida útil do sistema A alteração do pH provocou a deslocamento de equilíbrio do sulfeto, e apresentou remoção do sulfeto no biogás de 98% para pH 7,5 e 50% para pH 7,0. O sistema ABFSB-RMHS propiciou remoção estável de sulfeto e a formação em camadas de enxofre elementar ao redor da membrana que se rompiam permitindo, assim, a sedimentação e recuperação do material sólido. Os resultados obtidos na pesquisa mostraram que os sistemas apresentam viabilidade e potencial no tratamento de águas ricas em compostos de enxofre e para a recuperação de enxofre elementar, além de apresentar versatilidade por meio de variáveis operacionais, com as quais se podem obter o controle e aperfeiçoamento do sistema.

Estudos de proteômica, estruturais e funcionais de proteínas envolvidas na degradação da biomassa lignocelulósica: expansinas microbianas e hidrolases de glicosídeos termofílicas

O Brasil possui uma posição privilegiada quando se refere à produção de etanol. Por questões históricas e geográficas o país é responsável por mais de 30 % da produção mundial de etanol, com uma produção nacional de mais de 28 bilhões de litros em 2014. Para maximizar o rendimento desse processo, está em desenvolvimento a tecnologia associada ao etanol de segunda geração ou etanol lignocelulósico. Os principais desafios desta tecnologia são: melhorar a eficiência de conversão do substrato em produto e a produção em grande escala utilizando substratos de baixo custo. Com o objetivo de melhorar a eficiência do processo de conversão foram estudadas proteínas auxiliares (expansinas) que, em conjunto com celulases, melhoram a despolimerização de biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Além disso, realizou-se também a caracterização de enzimas ativas de carboidratos (CAZymes) de origem termofílica do organismo Thermogemmatispora sp. T81, devido a capacidade que estas proteínas apresentam de manter a atividade e conformação estrutural em altas temperaturas por um prolongado período de tempo. A partir de análises utilizando bioinformática, os genes que codificam para expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei foram clonados e expressos em E. coli, e seus produtos gênicos (as expansinas) tiveram seus índices de sinergismo (devido atuação conjunta com coquetéis comerciais) e atividade catalítica determinados. Adicionalmente, dispondo de alinhamentos estruturais, foi proposto um mecanismo hidrolítico para elas. Em relação à bactéria Thermogemmatispora sp. T81, foram realizadas análises genômicas e proteômicas, a fim de selecionar enzimas superexpressas em meio celulósico. Seus genes foram clonados heterologamente em E. coli e o produto de expressão caracterizado bioquimicamente (cromatografia, ensaios de atividade e perfil de hidrólise) e estruturalmente (SAXS e dicroísmo circular). Os índices de sinergismo determinados foram de 2,47; 1,96 e 2,44 para as expansinas de Xanthomonas campestris, Bacillus licheniformis e Trichoderma reesei, respectivamente. A partir dos alinhamentos estruturais foi proposto a díade Asp/Glu como sitio catalítico em expansinas. As análises de proteômica possibilitaram a seleção de quatro alvos de clonagem, por apresentarem alto índice de expressão quando a bactéria foi cultivada em meio celulósico. Estas proteínas foram caracterizadas quanto a atividade e apresentaram um perfil comum: temperatura ótima de ação (de 70 a 75 °C), pH ótimo de 5, e hidrolisam preferencialmente substratos hemicelulósicos (xilano). A porcentagem de estruturais secundárias das proteínas em estudo foram confirmadas com predições teóricas ao se utilizar a técnica de dicroísmo circular. Desta maneira, os objetivos iniciais propostos neste projeto foram concluídos com a determinação do grau de sinergismo das proteínas expansinas em estudo e a proposição de um mecanismo de hidrólise para as mesmas, considerando que tais proteínas por mais de 20 anos tiveram sua atividade definida exclusivamente como acessória. Além disso, este estudo contribui com a identificação e seleção de genes para CAZymes termofilícas com aplicação biotecnológica devido às propriedades termoestáveis apresentadas.

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.

Viabilidade do biodiesel de microalgas: otimização de técnicas de extração

Os problemas relacionados com o consumo energético e as emissões de poluentes relativas ao setor dos transportes representam seguramente a maior preocupação ao nível Europeu no que respeita aos gases com efeito de estufa e à poluição atmosférica. Uma das formas de resolver/minimizar estes problemas é através da aposta em combustíveis alternativos. Em particular, os biocombustíveis poderão ser uma alternativa interessante aos combustíveis convencionais. As microalgas, como matéria-prima para produção de biodiesel, apresentam-se com excelentes perspetivas de futuro e com vantagens competitivas no campo das energias renováveis. É nesta perspetiva que se enquadra o presente trabalho, cujos objetivos consistiram na extração de biodiesel a partir de microalgas secas (Nannochloropsis gaditana e Scenedesmus sp.) e na otimização das respetivas técnicas de extração lipídica. Verificou-se que, em função dos métodos e condições utilizadas, a espécie Nannochloropsis gaditana apresenta um potencial de produção de biodiesel superior à espécie Scenedesmus sp. (eficiências de extração de 24,6 (wt.%) e 9,4 (wt.%) respetivamente). Um método de rotura celular conjugado com o processo de extração lipídica via solvente orgânico é essencial, pois conseguiu-se um acréscimo de 42% no rendimento de extração, sendo 10 minutos o tempo ideal de operação. Solventes como o metanol e sistema de solventes diclorometano/metanol mostraram ser mais eficazes quando se pretende extrair lípidos de microalgas, com valores de eficiência de remoção de 30,9 (wt.%) e 23,2 (wt.%) respetivamente. De forma a valorizar os resultados obtidos no processo de extração recorreu-se à sua conversão em biodiesel através da transesterificação catalítica ácida, onde se obteve uma eficiência de conversão de 17,8 (wt.%) para a espécie Nannochloropsis gaditana.

Protótipo de um microgerador termoelétrico de estado sólido: cogeração a gás

The thermoelectric energy conversion can be performed directly on generators without moving parts, using the principle of SEEBECK effect, obtained in junctions of drivers' thermocouples and most recently in semiconductor junctions type p-n which have increased efficiency of conversion. When termogenerators are exposed to the temperature difference (thermal gradient) eletromotriz a force is generated inducing the appearance of an electric current in the circuit. Thus, it is possible to convert the heat of combustion of a gas through a burner in power, being a thermoelectric generator. The development of infrared burners, using porous ceramic plate, is possible to improve the efficiency of heating, and reduce harmful emissions such as CO, CO2, NOx, etc.. In recent years the meliorate of thermoelectric modules semiconductor (TEG's) has stimulated the development of devices generating and recovery of thermal irreversibility of thermal machines and processes, improving energy efficiency and exergy these systems, especially processes that enable the cogeneration of energy. This work is based on the construction and evaluation of a prototype in a pilot scale, for energy generation to specific applications. The unit uses a fuel gas (LPG) as a primary energy source. The prototype consists of a porous plate burner infrared, an adapter to the module generator, a set of semiconductor modules purchased from Hi-Z Inc. and a heat exchanger to be used as cold source. The prototype was mounted on a test bench, using a system of acquisition of temperature, a system of application of load and instrumentation to assess its functioning and performance. The prototype had an efficiency of chemical conversion of 0.31% for electrical and heat recovery for cogeneration of about 33.2%, resulting in an overall efficiency of 33.51%. The efficiency of energy exergy next shows that the use of primary energy to useful fuel was satisfactory, although the proposed mechanism has also has a low performance due to underuse of the area heated by the small number of modules, as well as a thermal gradient below the ideal informed by the manufacturer, and other factors. The test methodology adopted proved to be suitable for evaluating the prototype

Investigação experimental de permutadores de calor para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos

Devido às normas ambientais atualmente em vigor que restringem a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera pelos automóveis, e também pela cada vez maior consciencialização para os problemas ambientais que o consumo de combustíveis fósseis acarreta, assim como devido ao cada vez mais elevado preço dos mesmos, os construtores automóveis têm como principal objectivo a redução do consumo do combustível e consequente diminuição de emissão de poluentes. Os sistemas de reaproveitamento da energia térmica desperdiçada nos motores de combustão interna (MCI), podem contribuir de forma significativa para o aumento da eficiência de conversão de energia em veículos equipados com MCI. O presente estudo é dedicado ao desenvolvimento de um sistema de recupereração desta energia desperdiçada, recorrendo ao ciclo de Rankine, com ênfase no desenvolvimento da montagem experimental, na avaliação do desempenho de diferentes geometrias de evaporador e no estudo das incertezas experimentais. Tendo em conta as várias restrições de projeto (compacidade, perda de carga e potência recuperada por unidade de volume) o presente trabalho permitiu identificar a geometria do evaporador mais adequada.

Propostas para implementação do plano indústria de baixo carbono : eficiência energética na indústria

O presente estudo foi elaborado no âmbito do Grupo de Trabalho (GT) da Plataforma Empresas pelo Clima (EPC), criado com o objetivo de influenciar políticas públicas que culminem na efetiva implantação do Plano Setorial de Mitigação e Adaptação à Mudança do Clima para Consolidação de uma Economia de Baixa Emissão de Carbono na Indústria de Transformação, aqui referido como Plano Indústria de Baixo Carbono, coordenado e publicado pelo Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC).

Degradação foto-fenton de carbono orgânico total em efluentes da indústria de beneficiamento de castanha de caju

At the cashew nut processing industry it is often the generation of wastewaters containing high content of toxic organic compounds. The presence of these compounds is due mainly to the so called liquid of the cashew nut (CNSL). CNSL, as it is commercially known in Brazil, is the liquid of the cashew nut. It looks like an oil with dark brown color, viscous and presents a high toxicity index due to the chemical composition, i.e. phenol compounds, such as anacardic acid, cardol, 2-methyl cardol and monophenol (cardanol). These compounds are bio resistant to the conventional treatments. Furthermore, the corresponding wastewaters present high content of TOC (total organic carbon). Therefore due to the high degree of toxicity it is very important to study and develop treatments of these wastewaters before discharge to the environmental. This research aims to decompose these compounds using advanced oxidative processes (AOP) based on the photo-Fenton system. The advantage of this system is the fast and non-selective oxidation promoted by the hydroxyl radicals (●OH), that is under determined conditions can totally convert the organic pollutants to CO2 and H2O. In order to evaluate the decomposition of the organic charge system samples of the real wastewater od a processing cashew nut industry were taken. This industry was located at the country of the state of Rio Grande do Norte. The experiments were carried out with a photochemical annular reactor equipped with UV (ultra violet) lamp. Based on preliminary experiments, a Doehlert experimental design was defined to optimize the concentrations of H2O2 and Fe(II) with a total of 13 runs. The experimental conditions were set to pH equal to 3 and temperature of 30°C. The power of the lamps applied was 80W, 125W and 250W. To evaluate the decomposition rate measures of the TOC were accomplished during 4 hours of experiment. According to the results, the organic removal obtained in terms of TOC was 80% minimum and 95% maximum. Furthermore, it was gotten a minimum time of 49 minutes for the removal of 30% of the initial TOC. Based on the obtained experimental results, the photo-Fenton system presents a very satisfactory performance as a complementary treatment of the wastewater studied

Estudo e análise comparativa da eficiência de um sistema alimentado por células fotovoltaicas para utilização em luminárias do tipo LED com e sem etapas de conversão

Energy efficiency is an increasingly important issue due to the current scenario where increasing demand is growing faster than the energy supplied. It is important, therefore, analyze and minimize electrical system losses. This study conducts a comparison of a system formed by a photovoltaic generator feeding an LED lamp directly without steps DC-AC -DC conversion, and a system using these conversion steps for the same lamp power. Losses in conversion steps are quantified and the degradation of power quality occurred due to conversion is evaluated

Comportamento do carbono orgânico e de atributos químicos, físicos e microbiológicos de um solo arenoso em área de conversão pastagem - Eucalipto

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)