Produção de bioetanol a partir da microalga Scenedesmus obliquus

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Produção de SCO (Single Cell Oil) para biodiesel a partir da microalga Chlorella protothecoides em diversos bioreactores com troca simbiótica de correntes gasosas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Estratégias de alimentação para a optimização do processo de produção de PHAs por via bacteriana

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Rede de Calor – Uma Solução a Biomassa para um Complexo de Hóteis

O recurso às energias renováveis é na actualidade um tema que atinge um grau de importância primordial face á crescente preocupação com o meio ambiente e o impacto negativo, que a produção de energia com base em combustíveis fósseis tem. Esta importância aliada a uma tendência cada vez maior para a criação de soluções de produção sustentável de energia, tem obrigado ao desenvolvimento desta vertente do sector energético e ao estudo e consequentemente implementação de soluções integradas que permitam uma economia competitiva. Os hotéis, sendo estabelecimentos comerciais que desenvolvem uma actividade que envolve, na generalidade, um nível de consumo energético considerável para garantir os seus serviços básicos de acomodação e lazer, tornam-se por excelência alvos primordiais no que concerne ao seu elevado potencial de poupança de energia. O ramo da hotelaria, dada a sua especificidade e a natureza dos edifícios que comporta, torna-os em excelentes candidatos para análise e optimização energética, e como tal um alvo de negócio para as empresas de comercialização de poupanças energéticas. As empresas dedicadas aos serviços de energia são conhecidas por ESCO (Energy Service Company ou Energy Savings Company). A sua actividade tem por base apresentar soluções de energia, nomeadamente a implementação de projectos de poupança energética que podem englobar produção, conservação e fornecimento de energia, bem como gestão de risco associada. O objectivo principal é apresentar soluções de optimização e eficiência energética levando á sua implementação em casos reais de exploração em edifícios ou sectores específicos, rentabilizando o investimento e partilhando o lucro dessa rentabilização com os clientes. No caso específico dos hotéis, mais concretamente um complexo de hotéis, como o estudado neste trabalho, esta análise pretende elaborar uma caracterização das necessidades energéticas do sector e apresentar um conjunto de soluções energéticas adequadas à realidade hoteleira. É também objecto de análise, toda a aproximação de um modelo de negócio energético a explorar por uma ESCO. O presente trabalho, realizado no âmbito da parceria entre a Gebio e a Confraria do Bom Jesus, tem por objectivo demonstrar as bases do contracto de performance entre uma empresa ESCO (Gebio – empresa concessionária do projecto) e um complexo de hotéis (constituído pelo Hotel do Lago, Hotel do Parque e Hotel do Templo), com vista a optimizar os consumos energéticos para a produção de energia térmica capaz de corresponder às necessidades do complexo. Foi desenvolvido um estudo completo das necessidades térmicas do complexo, com vista a projectar uma solução integrada de produção de energia térmica, com recurso a uma caldeira de biomassa, para os hotéis. Foi realizado um levantamento extensivo dos consumos e custos energético do complexo, nomeadamente para as águas quentes sanitárias. Desta análise obtiveram-se os custos reais do sistema e com os mesmos foi possível, numa primeira fase, elaborar os diversos projectos, hidráulico, eléctricos e civil, de forma a se definir a solução base e quais os orçamentos previstos para a instalação de um sistema de produção a biomassa, e numa segunda fase foi estudada a viabilidade da assinatura de um contracto de performance entre a ESCO e o complexo de hotéis.

Avaliação da influência do ferro e alumínio sobre o crescimento e produção de toxinas por cianobactérias em cultura mista

Na presente dissertação foram investigados os efeitos de dois metais, ferro e alumínio, sobre o crescimento e produção de toxinas por cianobactérias, em culturas mistas, ricas em Microcystis aeruginosa. Florescências tóxicas desta cianobactéria são conhecidas por ocorrer em lagos, albufeiras e rios por todo o mundo. As microcistinas, toxinas produzidas por esta espécie, são as mais comummente detectadas, e já mostraram ser tóxicas para mamíferos, peixes e invertebrados. O ferro é bem conhecido por ser um metal essencial ao metabolismo de cianobactérias, e ao alumínio, não lhe é atribuído nenhuma função biológica. A amostra foi recolhida na lagoa das Furnas (Açores). Foram testadas quatro doses de ferro (0, 10, 20 e 30 μM) e quatro doses de alumínio (0, 2, 4 e 8 μM). O crescimento foi monitorizado pela produção de biomassa, avaliado pelo conteúdo de clorofila a e carbono orgânico particulado. No ensaio com o ferro o crescimento da biomassa e produção de toxinas intracelulares foram favorecidos pelo aumento da concentração de ferro. A cultura com a maior dose de ferro testada (30 μM) foi a que apresentou maior crescimento ao longo do período experimental e maior concentração de toxinas intracelulares no final do mesmo. A cultura sem adição de ferro foi a que apresentou menores concentrações dos parâmetros avaliados. Ficou demonstrada a influência deste metal no crescimento, na produção de pigmentos e de toxinas pelas cianobactérias. No ensaio com o alumínio, houve um aumento de biomassa nas culturas, mas este nunca foi superior à cultura sem adição de alumínio. A produção de toxinas intracelulares foi decrescente com o aumento da concentração de alumínio nas culturas, e a produção de toxinas extracelulares foi crescente. Desta forma, foi possível constatar que o alumínio inibiu a produção de biomassa e de toxinas intracelulares e promoveu a libertação das mesmas. A realização de trabalhos experimentais com seres vivos resulta nalguma variabilidade e imprevisibilidade dos resultados. O facto de se ter realizado apenas uma réplica para cada ensaio constitui limitações a este trabalho.

Qualidade do carvão vegetal produzido com madeiras da região de Manaus em fornos de alvenaria

Algumas características de madeiras da região de Manaus, no Amazonas foram determinadas, como identificação anatômica, densidade básica e umidade, visando reconhecer o material para produção de carvão vegetal. Identificou-se 28 famílias botânicas sendo que 50% do material foi representado por Anonaceae, Lecythidaceae e Sapotaceae. Quanto a gênero, encontrou-se 43, destes sobressairam-se Miconia, Guateria, Brasimum Goupiae Eschweilera, representando 38% das madeiras. As espécies Goupia glabra, Aldina heterophylla, Jacaranda copaia, Diplotropis purpurea e Tapirina guianensis foram as de maior ocorrência na madeira estudada. A densidade básica média foi 0,73 g/cm3 e a umidade média, sendo a madeira seca ao ar livre, ficou em 24.16% base úmida. A madeira foi carbonizada em fornos de alvenaria e do carvão obtido determinou-se características físicas e químicas. Os resultados médios foram: tamanho médio 45,30mm; friabilidade 15,46% de finos gerados menor que 13 mm e índice de quebra de 39,13%; tensão máxima de ruptura foi 43,36kgf/cm2; densidade aparente 0,51 e verdadeira 1,48; porosidade 65,28%; umidade 6,80%; matérias voláteis 17,65%; cinzas 2,29%; carbono fixo 80,06% e poder calorífico superior 6.826 Kcal/kg.

Seleção de microalgas com potencial de produção de biocombustíveis

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Modelação cinética da conversão do furfural utilizando catalisadores multifuncionais

A utilização da biomassa como fonte de matéria-prima renovável para a obtenção de biocombustíveis e produtos de consumo pode reduzir os riscos geopolíticos e de segurança energética. As hemiceluloses – um dos principais componentes da biomassa vegetal - são convertidas industrialmente em furfural (Fur) que tem uma vasta gama de aplicações, sendo, por isso, considerado um dos compostos químicos renováveis de base mais importantes para biorefinarias. Este trabalho está relacionado com a valorização química do Fur, inserindo-se no conceito da Biorefinaria e nos objetivos de investigação do laboratório associado CICECO. Foi investigada a conversão catalítica do Fur em determinados bio-produtos de interesse para diversos setores da indústria química. Em particular, alquilfurfuril éteres, ésteres alquil-4-oxopentanoato, 5-metil-2-furanonas, ácido levulínico e gama-valerolactona são importantes para a produção de bio-aditivos para combustíveis, bio-polímeros, agroquímicos, aromas e fragrâncias, solventes, etc. A conversão do Fur nos bio-produtos envolve mecanismos reacionais complexos e requer o uso de catalisadores ácidos e de redução. A realização das múltiplas etapas num único reator é importante em termos de intensificação de processos. Neste trabalho, investigou-se a conversão do Fur em bio-produtos, num reator descontínuo fechado, a 120 ºC, utilizando catalisadores multifuncionais nanocristalinos do tipo zeólito beta contendo centros ativos de zircónio (Zr) e alumínio (Al). Com base numa revisão bibliográfica, propuseram-se dois modelos cinéticos pseudo-homogéneos para a conversão do Fur. Os modelos foram testados por ajuste das equações diferenciais ordinárias, representativas dos balanços às espécies reativas num reator descontínuo isotérmico, aos resultados experimentais de concentração versus tempo do Fur e cada um dos bio-produtos. Os estudos cinéticos foram combinados com os de caracterização dos catalisadores no estudo da influência das propriedades dos materiais nos diferentes passos do mecanismo global. Os centros ácidos de Al e Zr promoveram as reações ácidas e os de Zr eram essenciais para os passos de redução. No geral, as constantes cinéticas aparentes relativas às reações ácidas desejadas aumentaram com a razão Al/Zr dos catalisadores, e as dos passos de redução aumentaram com a diminuição da razão Si/Zr. O aumento da razão Al/Zr simultaneamente promoveu as reações indesejadas, diminuindo o rendimento total dos bio-produtos.

Matéria seca, relação C/N e acúmulo de nitrogênio, fósforo e potássio em misturas de plantas de cobertura de solo

O interesse em consorciar plantas de cobertura no inverno tem aumentado nos últimos anos na região Sul do Brasil. Por ser uma prática agrícola recente, é importante avaliar a produção de matéria seca e o acúmulo de nutrientes de espécies consorciadas ou cultivadas isoladamente. Realizou-se um experimento no período de 1998 a 2000, na UFSM (RS), num Argissolo Vermelho distrófico arênico, consorciando-se aveia preta (Avena strigosa Schieb) + ervilhaca comum (Vicia sativa L.) e aveia preta + nabo forrageiro (Raphanus sativus L. var. oleiferus Metzg.) em diferentes quantidades de sementes. Os nove tratamentos foram: (1) 100 % aveia preta (AP); (2) 100 % ervilhaca comum (EC); (3) 100 % nabo forrageiro (NF); (4) 15 % AP + 85 % EC; (5) 30 % AP + 70 % EC; (6) 45 % AP + 55 % EC; (7) 15 % AP + 85 % NF; (8) 30 % AP + 70 % NF, e (9) pousio invernal (vegetação espontânea). Avaliou-se a produção de matéria seca (MS), bem como as concentrações de nitrogênio, fósforo, potássio e carbono do tecido vegetal. O cultivo consorciado de plantas de cobertura proporcionou produção de matéria seca estatisticamente semelhante àquela da aveia e do nabo em culturas isoladas e superior à da ervilhaca. O acúmulo de N na fitomassa dos tratamentos envolvendo consórcio de aveia + ervilhaca não diferiu daquele da ervilhaca isolada e, na média dos três anos, foi superior ao da aveia isolada em 32 kg ha-1 de N. Consorciando aveia + ervilhaca, houve um aumento médio de 67 % na relação C/N da fitomassa, em relação à ervilhaca. As plantas de cobertura proporcionaram maior produção de MS e foram mais eficientes no acúmulo de N, P e K do que a vegetação espontânea do pousio invernal. Os resultados indicaram que o consórcio de aveia + ervilhaca e de aveia + nabo no outono/inverno proporcionou maior produção de biomassa do que o cultivo isolado de cada espécie, pois combinou a elevada capacidade de produção de fitomassa de aveia e nabo com a fixação de N2 atmosférico da ervilhaca.

Adubação orgânica da batata com esterco e, ou, Crotalaria juncea: II - disponibilidade de N, P e K no solo ao longo do ciclo de cultivo

Os solos do Agreste paraibano têm baixa fertilidade e a prática usual de adubação é a incorporação de esterco na época do plantio. Entretanto, dependendo da qualidade do esterco, essa prática pode causar a imobilização de nutrientes do solo durante os primeiros meses de cultivo. É possível que o cultivo e incorporação de Crotalaria juncea, combinado com o esterco, possa promover mineralização mais sincronizada com a demanda de nutrientes pelas plantas. No presente estudo, realizado em 2003, foram conduzidos experimentos de campo e em casa de vegetação para testar essa hipótese. As parcelas de campo foram previamente cultivadas com batata no período de 1996 a 2002 e submetidas anualmente aos seguintes tratamentos: plantio e incorporação da crotalária na época da floração (C); adição de 15 t ha-1 de esterco (E); plantio e incorporação de crotalária + 7,5 t ha-1 de esterco (CE); e testemunha, sem esterco ou crotalária (T). Em 2003, foram aplicados os mesmos tratamentos de adubação orgânica e foi avaliada a dinâmica da decomposição e liberação de nutrientes pelo material vegetal e esterco contidos em sacolas de náilon incorporadas ao solo das parcelas de campo. Também se avaliou a dinâmica da disponibilidade de N, P e K no solo das parcelas de campo, por meio de coletas periódicas de solo. No ensaio em casa de vegetação, foram realizados cultivos sucessivos de capim-buffel (Cenchrus ciliaris L.) por um período de 300 dias, utilizando-se amostras do solo das parcelas de campo. As perdas de massa e nutrientes do material incorporado ao solo foram maiores nos primeiros 30 dias da incubação, em todos os tratamentos. No final do ensaio, as proporções de matéria seca e nutrientes remanescentes foram maiores nos tratamentos E e CE que nos tratamentos C e T. No solo das parcelas de campo, o tratamento E aumentou os teores de P e K extraíveis (Mehlich-1) do solo ao longo do período do estudo, porém provocou a imobilização de N do solo nas primeiras semanas. O tratamento C aumentou o teor de N mineral do solo no período imediatamente após a incorporação, mas não aumentou o teor de P e K extraíveis. No ensaio em casa de vegetação, o capim-buffel acumulou mais biomassa aérea e nutrientes no primeiro corte, 35 dias após o transplantio do capim, no solo do tratamento CE. Nos cortes subseqüentes, o tratamento E levou à maior produção de biomassa e acumulação de nutrientes, indicando que a limitação de N no período inicial após a incorporação de esterco ao solo prejudicou o crescimento do buffel. Os resultados corroboram a hipótese de que o plantio e incorporação da crotalária, combinado com a aplicação de apenas a metade da dose usual de esterco caprino, promoveu mineralização de nutrientes mais sincronizada com as necessidades das culturas agrícolas, pois foi capaz de evitar a imobilização de N do solo no período inicial de cultivo e elevou os teores de P e K disponíveis ao longo de todo o período.

Nodulação e produção do caupi (Vigna unguiculata L. Walp) sob efeito de plantas de cobertura e inoculação

Um experimento de campo foi realizado no município de Crato - Ceará para estudar como a planta de cobertura afeta a nodulação e produtividade de caupi (Vigna unguiculata (L.) Walp), submetido a diferentes inoculações. Empregou-se o delineamento em blocos casualizados, no esquema em parcelas subsubdivididas, com quatro repetições. Os tratamentos consistiram de plantas de cobertura, formando a parcela principal; inoculação, como subparcela; e amostragens quinzenais, como subsubparcela. As plantas de cobertura foram: milheto - Pennisetum americanum; mucuna-preta - Stizolobium aterrimum ou vegetação espontânea, enquanto as fontes de N foram: sem inoculação; sem inoculação + 50 kg ha-1 de N na forma de uréia; inoculação com estirpes rizobianas (Bradyrhizobium sp.) recomendadas pela RELARE -BR 3301 + BR 3302; ou pela UFRPE - NFB 6156 + NFB 700. Foi utilizada a cultivar Patativa de caupi, recomendada para a região. A partir de sete dias após a emergência e até a maturidade final da cultura, foram realizadas amostras quinzenais, colhendo-se duas plantas, por subparcela para determinação do número de nódulos, matéria seca de nódulos e matéria seca da parte aérea. A partir dos 60 dias após emergência, foram realizadas colheitas semanais da área útil da subparcela, para determinação da produtividade de grãos. A mucuna aumentou a nodulação do caupi não-inoculado. A inoculação do caupi com estirpes recomendadas, ou o aumento da população nativa, permitiu produção de biomassa e grãos semelhante da adubação com 50 kg ha-1 de N.

Biomassa, decomposição e cobertura do solo ocasionada por resíduos culturais de três espécies vegetais na região centro-oeste do Brasil

Com a crescente adoção da semeadura direta na região Centro-Oeste do Brasil, faz-se necessário maior conhecimento sobre as plantas de cobertura para produção de palha. O presente estudo teve como objetivo avaliar a produção de biomassa verde e seca, a percentagem de cobertura do solo, bem como a dinâmica da decomposição da palhada de três espécies de plantas de cobertura em safrinha: amaranto (Amaranthus cruentus L. BRS Alegria), milheto (Pennisetum glaucum L. var. ADR500) e capim-pé-de-galinha [Eleusine coracana (L.) Gaertn.]. O trabalho foi conduzido em um Latossolo Vermelho distroférrico textura argilosa. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, no esquema de parcelas subdivididas no tempo, com quatro repetições. Nas parcelas foram alocadas as espécies, subdivididas em nove épocas de avaliação (0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210 e 240 dias) após dessecação química das espécies em estudo. Amostras proporcionais da biomassa seca de cada espécie foram acondicionadas em bolsas de decomposição, que foram dispostas sobre o solo, sendo coletadas a cada 30 dias e pesadas até 240 dias após a instalação, para avaliar a dinâmica de decomposição, após o manejo das plantas de cobertura. O milheto ADR500 e o capim-pé-de-galinha proporcionaram maior produção de biomassa verde e seca, maior cobertura do solo e menores taxas de decomposição da palhada, não diferindo entre si. O milheto ADR500 apresentou maior relação C/N, seguido pelo capim-pé-de-galinha e amaranto. Ajustaram-se, para a percentagem de cobertura do solo e a decomposição de palhadas com o tempo, os modelos sigmoidal e exponencial decrescente, respectivamente. O milheto ADR500 e o capim-pé-de-galinha apresentaram comportamentos semelhantes, não diferindo na comparação dos modelos de cobertura do solo e decomposição de palhadas.

Interação entre cultivares, estirpes comerciais de Rhizobium meliloti e fungicidas no incremento da produção de alfafa

A cultura da alfafa (Medicago sativa) é importante para a produção animal, por sua alta qualidade nutritiva, alto potencial de produção e sucesso na fixação de nitrogênio, através da simbiose com o Rhizobium meliloti, dispensando o uso de adubação nitrogenada. Neste trabalho objetivou-se selecionar estirpes comerciais de R. meliloti (SEMIA-116, SEMIA-134 e SEMIA-135) em relação às cultivares de alfafa Flórida 77, Pioneer 5929, CUF 101 e Crioula, e avaliar os fungicidas Iprodione e Thiram em tratamento de semente e solo na cultivar Crioula. Não houve interação entre as estirpes de R. meliloti e as cultivares de alfafa quanto à produção de matéria seca, e as plantas infestadas com a SEMIA-116 apresentaram maior número de nódulos. Houve interações entre os diferentes tipos e doses de fungicidas e as estirpes de R. meliloti testadas. A estirpe SEMIA-116 apresentou superioridade, representada pela maior produção de biomassa e número de nódulos. Pelos resultados obtidos, não se recomenda a inoculação da estirpe SEMIA-135, quando em associação com o fungicida Iprodione, em solo ou semente.

Composição e dinâmica da biomassa aérea após a queima em savana gramíneo-lenhosa no Pantanal

O objetivo deste estudo foi avaliar a composição e dinâmica da biomassa aérea após a queima de uma savana gramíneo-lenhosa no Pantanal. Foram coletados dados mensais de freqüência de espécies, biomassa aérea e cobertura do solo durante 11 meses em uma área com queima (CQ) e outra sem queima (SQ), ambas sem pastejo. A queima reduziu a freqüência das gramíneas predominantes e condicionou aumento no número de espécies dicotiledôneas e ciperáceas. A produção de biomassa aérea total foi inferior na área com queima, embora a tendência de incremento tenha sido semelhante nas duas áreas. A produção de biomassa morta foi muito afetada pela queima, cuja produção, 11 meses após, representou aproximadamente 25% da obtida na área sem queima. A cobertura do solo foi inferior na área com queima e somente no quarto mês assemelhou-se à área sem queima.

Modificações na população de plantas espontâneas na presença de adubos verdes

A adubação verde pode provocar modificações na população de plantas espontâneas devido aos efeitos alelopáticos e à competição por luz, água, oxigênio e nutrientes, acarretando supressão de algumas delas. Por outro lado, as leguminosas, pelas melhorias que promovem nas condições do solo, favorecem espécies com maior capacidade de ciclagem de nutrientes e produção de biomassa. O objetivo deste trabalho foi avaliar as modificações na população de plantas espontâneas por leguminosas usadas como adubo verde. O experimento foi realizado em Sete Lagoas, MG, na Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo. O solo local é um Latossolo Vermelho distrófico típico, e o clima, do tipo Aw (tropical estacional de savana). O experimento consistiu de seis tratamentos, sendo cinco espécies de leguminosas (feijão-de-porco, feijão-bravo-do-ceará, mucuna-preta, lab-lab e guandu), cultivadas na presença de plantas espontâneas, e a testemunha (solo preparado e deixado em pousio com as plantas espontâneas), e as leguminosas, cultivadas em dois anos agrícolas. O feijão-bravo-do-ceará, seguido da mucuna-preta e do feijão-de-porco, foram as leguminosas com maiores produtividades de biomassa. A mucuna-preta demonstrou maior potencial para cobertura do solo e supressão de plantas espontâneas. O uso de leguminosas para adubação verde promove modificações na dinâmica de sucessão das espécies espontâneas.