Química Sem Fronteiras: o desafio da energia

Coal, natural gas and petroleum-based liquid fuels are still the most widely used energy sources in modern society. The current scenario contrasts with the foreseen shortage of petroleum that was spread out in the beginning of the XXI century, when the concept of "energy security" emerged as an urgent agenda to ensure a good balance between energy supply and demand. Much beyond protecting refineries and oil ducts from terrorist attacks, these issues soon developed to a portfolio of measures related to process sustainability, involving at least three fundamental dimensions: (a) the need for technological breakthroughs to improve energy production worldwide; (b) the improvement of energy efficiency in all sectors of modern society; and (c) the increase of the social perception that education is a key-word towards a better use of our energy resources. Together with these technological, economic or social issues, "energy security" is also strongly influenced by environmental issues involving greenhouse gas emissions, loss of biodiversity in environmentally sensitive areas, pollution and poor solid waste management. For these and other reasons, the implementation of more sustainable practices in our currently available industrial facilities and the search for alternative energy sources that could partly replace the fossil fuels became a major priority throughout the world. Regarding fossil fuels, the main technological bottlenecks are related to the exploitation of less accessible petroleum resources such as those in the pre-salt layer, ranging from the proper characterization of these deep-water oil reservoirs, the development of lighter and more efficient equipment for both exploration and exploitation, the optimization of the drilling techniques, the achievement of further improvements in production yields and the establishment of specialized training programs for the technical staff. The production of natural gas from shale is also emerging in several countries but its production in large scale has several problems ranging from the unavoidable environmental impact of shale mining as well as to the bad consequences of its large scale exploitation in the past. The large scale use of coal has similar environmental problems, which are aggravated by difficulties in its proper characterization. Also, the mitigation of harmful gases and particulate matter that are released as a result of combustion is still depending on the development of new gas cleaning technologies including more efficient catalysts to improve its emission profile. On the other hand, biofuels are still struggling to fulfill their role in reducing our high dependence on fossil fuels. Fatty acid alkyl esters (biodiesel) from vegetable oils and ethanol from cane sucrose and corn starch are mature technologies whose market share is partially limited by the availability of their raw materials. For this reason, there has been a great effort to develop "second-generation" technologies to produce methanol, ethanol, butanol, biodiesel, biogas (methane), bio-oils, syngas and synthetic fuels from lower grade renewable feedstocks such as lignocellulosic materials whose consumption would not interfere with the rather sensitive issues of food security. Advanced fermentation processes are envisaged as "third generation" technologies and these are primarily linked to the use of algae feedstocks as well as other organisms that could produce biofuels or simply provide microbial biomass for the processes listed above. Due to the complexity and cost of their production chain, "third generation" technologies usually aim at high value added biofuels such as biojet fuel, biohydrogen and hydrocarbons with a fuel performance similar to diesel or gasoline, situations in which the use of genetically modified organisms is usually required. In general, the main challenges in this field could be summarized as follows: (a) the need for prospecting alternative sources of biomass that are not linked to the food chain; (b) the intensive use of green chemistry principles in our current industrial activities; (c) the development of mature technologies for the production of second and third generation biofuels; (d) the development of safe bioprocesses that are based on environmentally benign microorganisms; (e) the scale-up of potential technologies to a suitable demonstration scale; and (f) the full understanding of the technological and environmental implications of the food vs. fuel debate. On the basis of these, the main objective of this article is to stimulate the discussion and help the decision making regarding "energy security" issues and their challenges for modern society, in such a way to encourage the participation of the Brazilian Chemistry community in the design of a road map for a safer, sustainable and prosper future for our nation.

Estudo da cinética de oxidação de biodiesel b100 obtido de óleo de soja e gordura de porco: determinação da energia de ativação

The quality of biodiesel is extremely important for its commercialization and use; oxidation of biodiesel is a critical factor because it decreases the fuel storage time. A commercial biodiesel was mixed with synthetic antioxidants, according to a simplex-centroid experimental mixture design, and its stability was evaluated through induction period and activation energy. In all trials, addition of antioxidants increased activation energy in the mixtures containing tertiary butylhydroquinone (TBHQ). When a mixture containing 50% TBHQ and 50% butylated hydroxyanisole was used, synergistic effect was observed, and the major activation energy obtained was 104.43 kJ mol-1.

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).

Caracterização de um isolado do Bean rugose mosaic virus (BRMV) de Minas Gerais e estimativa de perdas em feijoeiro em infecção simples ou em conjunto com o BCMV

Plantas de feijão-vagem do cultivar Novirex apresentando mosaico e enrolamento de vagens, sem deformação foliar evidente, foram coletadas em 2002 em Cordisburgo, MG. Estudos preliminares identificaram o vírus como um isolado do Bean rugose mosaic virus (BRMV). Este trabalho relata a caracterização do isolado, por meio de produção e avaliação de anti-soro, determinação da gama de hospedeiros, estudo da transmissão do vírus por besouros crisomelídeos e estimativa de perdas em feijoeiro como resultado de infecção isolada ou em conjunto com o Bean common mosaic virus (BCMV). O roteiro adotado para purificação possibilitou a obtenção de vírus purificado em rendimento satisfatório para a produção de anti-soro. A titulação dos anti-soros foi realizada por ELISA indireto, obtendo-se reações positivas com a diluição máxima testada (1:70.000). Das 22 espécies vegetais utilizadas na gama de hospedeiros, foram infectadas plantas de Chenopodium quinoa e alguns cultivares de feijão e soja, conforme esperado para o BRMV. O isolado de BRMV foi transmitido pelo besouro crisomelídeo Cerotoma arcuata a uma taxa de 33,3%. A infecção simples de feijão 'Ouro Negro' e de feijão-vagem 'Novirex' levou a uma redução do peso das vagens por planta de 3,4% e 84,9%, respectivamente. Infecção mista do BRMV com o BCMV levou a uma redução do peso de vagens por planta de até 70,1% para 'Novirex' e de até 90,8% para 'Ouro Negro'.

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.

Energia-auditointipalveluprosessin kehittäminen

Pro gradu -tutkielman tavoitteena on kehittää LUT Energian tarjoamia energia-auditointipalveluja tuotteistamisen myötä. Lisäksi tarkoitus on selvittää, miten tietoa voidaan siirtää palveluprosessien välillä ja täten kehittää palvelun jatkuvuutta sekä markkinointia. Laadullinen tutkimus toteutettiin keräämällä esitutkimusmateriaali kyselyjen avulla ja varsinainen tutkimusaineisto teemahaastatteluilla. Haastattelujen kohteena olivat palvelun hankkineet yritykset ja palvelua tuottaneet opiskelijat. Tutkimuksen tuloksena energia-auditointipalvelussa havaittiin useita merkittäviä kehittämiskohteita. Kehittämiskohteet liittyvät kuuteen eri teemaan: palveluprosessin alkuvaiheeseen, aikatauluun, luottamukseen ja sitoutumiseen, palvelun markkinointiin ja palvelun jatkuvuuteen. Aineiston pohjalta luotiin kohdeyritykselle konkreettisia toimenpide-ehdotuksia, joiden avulla palveluprosessia voidaan tulevaisuudessa kehittää ja sen laatua parantaa. Palvelun hallittavuus ja jatkuvuuden edellytykset paranevat tutkimustulosten myötä.

Influência da colheita e períodos de armazenamento na qualidade sanitária de sementes de mamoneira

As atuais preocupações quanto à escassez das reservas de petróleo e o agravamento do efeito estufa, pela emissão de CO2, levam a cultura da mamona a ser uma das fontes para energia renovável. Sabe-se que ao longo do ciclo da mamona são produzidos racemos de várias ordens, que se desenvolvem sob diferentes condições ambientais, podendo provocar variações na qualidade das sementes. Assim, objetivou-se avaliar a interferência da colheita e de cinco períodos de armazenamento na qualidade sanitária das sementes de mamona, cultivar IAC-2028. Para tanto, foram instalados os testes de germinação e sanidade, logo após a colheita e aos 3; 6; 9 e 12 meses de armazenamento em condições não controladas de temperatura e umidade relativa do ar. As avaliações foram feitas em esquema de parcela subdividida no tempo, onde as parcelas foram constituídas por cinco épocas trimestrais de avaliação e as sub-parcelas por 11 tratamentos. Os resultados sugerem que todos os racemos podem ser colhidos em uma única etapa, sem que ocorram perdas de qualidade das sementes.

Pohjakuonan käsittelyn ja hyötykäytön toimintamallin muodostaminen Kotkan Energia Oy:n jätteenpolttolaitokselle

Tavoitteena tässä diplomityössä oli selvittää Kotkan Energia Oy:n jätteenpolttolaitoksen toiminnassa syntyvän pohjakuonan hyötykäyttömahdollisuuksia ja kustannuksiltaan järkevin tapa käsitellä pohjakuona. Tarkasteltavia vaihtoehtoja hyötykäytön osalta olivat erilaiset maarakennustyöt sekä kaatopaikkojen peittäminen. Hyötykäyttövaihtoehdoille vaihtoehtoisena ratkaisuna tutkittiin kaatopaikkasijoituksen kannattavuutta. Pohjakuonan käyttöä maarakentamisessa, jätetäyttöjen peitemaina sekä pohjakuonan loppusijoitusta kaatopaikoille säätelee lainsäädäntö. Valtioneuvoston asetuksessa kaatopaikoista on määritelty loppusijoitettaville jakeille liukoisuus raja-arvot, joiden mukaisesti jätteet sijoitetaan joko pysyvän jätteen, tavanomaisen jätteen tai ongelmajätteen kaatopaikoille. Jätetäyttöjen peitemateriaalina käytettävän jakeen on myös täytettävä kyseisen kaatopaikkaluokan liukoisuusraja-arvot. Maarakennusasetus antaa puolestaan liukoisuus- ja pitoisuusraja-arvot maarakennuksessa hyödynnettäville jakeille. Pohjakuonan hyötykäyttö vaatii kuitenkin aina ympäristöluvan. Hyötyvoimalan pohjakuonasta tehtyjen analyysien perusteella voidaan todeta, että käsiteltyä pohjakuonaa olisi mahdollista käyttää esimerkiksi kenttien ja kaatopaikkojen pohjarakenteissa sekä kaatopaikoilla jätetäyttöjen peitemaina. Pohjakuonan hyödyntäminen kaukolämpötöiden maarakennuksessa vaatii vielä lisätutkimuksia putkien korroosioriskin osalta. Diplomityön tuloksena kehitettiin toimintamalli, jonka avulla Kotkan Energia Oy:n on mahdollista säästää kuonan käsittelyn ja hyötykäytön kustannuksissa. Kustannuksiltaan parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui kuonan käsittely omalla biopolttoaineiden välivarastolla sekä käsitellyn pohjakuonan hyödyntäminen välivaraston pohjarakenteissa. 

Biokaasu-, bioetanoli- ja yhdistelmäprosessin energia- ja hiilidioksiditase vertailu

Biojäte soveltuu erinomaisesti biokaasuprosessin raaka-aineeksi sisältämänsä runsaan or-gaanisen aineksen vuoksi. Bioetanoliprosessin raaka-aineeksi se soveltuu, koska biojäte sisäl-tää runsaasti tärkkelystä sekä selluloosaa. Tässä työssä tutkittiin laskennallisesti bioetanoli-, biokaasu- sekä näiden yhdistelmäprosessin energia- ja hiilidioksiditaseita kirjallisuuden tietoihin pohjautuen. Biokaasuprosessista lopputuotteena saatavan biometaanin käyttäminen bensiiniä korvaavana liikennepolttoaineena tuottaa jo pelkästään palamistuotteena syntyvän hiilidioksidin säästöinä 62 kg/tbiojätettä. Energian suhteen biokaasuprosessi on selvästi yliomavaraisin kaikista kolmesta prosessista, vaikka energiankulutukseen huomioidaan myös jalostuksen tarvitsema sähkönku-lutus. Biokaasuprosessissa oma käyttö on alle 20 % lopputuotteen lämpöarvosta, yhdistelmä-prosessin osalta luku on 4 %-yks alhaisempi.

Quantificação de erosão em sistemas agroflorais e convencionais na Zona da Mata de Minas Gerais

A Zona da Mata de Minas Gerais é caracterizada por topografia forte ondulada, com solos intemperizados com baixa fertilidade natural e regime pluviométrico capaz de sustentar uma vegetação florestal. A ocupação da terra é minifundiária, predominando a agricultura familiar, que sofre as conseqüências da modernização da agricultura, exigindo uso intensivo do solo, o que, conseqüentemente, promove perdas de solo, água e nutrientes por erosão. Uma das alternativas propostas para redução das perdas por processos erosivos foi a implantação de sistemas agroflorestais. O objetivo deste estudo foi comparar as perdas por erosão em sistemas agroflorestais implantados em propriedades de pequenos agricultores com as perdas em sistemas convencionais. Os sistemas foram implantados como unidades experimentais de observação das condições socioambientais dos agricultores, utilizando metodologias participativas. Estas unidades experimentais apresentam dificuldades para quantificação da erosão, quando são usadas metodologias convencionais. A dinâmica do manejo utilizado pelos agricultores dificulta o uso de métodos que exigem a implantação de equipamentos permanentes. Além disto, os métodos que exigem o isolamento das parcelas produzem efeitos de borda que mascaram os resultados, quando comparados com os do sistema aberto conduzido por agricultores. Desta forma, foi desenvolvido um coletor de água e solo para superar tais limitações. O equipamento é composto por uma "mesa", que é inserida no solo, acoplada a uma calha móvel que sustenta um saco plástico. A água e o solo coletados no saco plástico são quantificados e analisados. Foram instalados coletores em 25 unidades de observação, sendo 14 em sistemas convencionais e 11 em sistemas agroflorestais. A energia dos eventos erosivos foi calculada a partir de pluviogramas, para estimar as perdas potenciais anuais dos sistemas. Os dados foram coletados na estação chuvosa de 1998/1999. As perdas totais de solo, carbono orgânico e nutrientes dos sistemas convencionais, estimadas para um ano, foram significativamente maiores que as dos sistemas agroflorestais, o que indica a maior sustentabilidade ecológica destes últimos e comprova que eles são capazes de conservar os recursos naturais, evidenciando a importância da conversão dos sistemas convencionais em sistemas ecologicamente sustentáveis.

Energia ja omistajuus

Tutkimusprojektissa on tarkasteltu omistajuuden vaikutusta energialiiketoiminnassa. Työn tilaajana toimi Sähköenergialiitto ry Sener. Tutkimuksessa on tarkasteltu sähkön tuotannon, myynnin ja jakelun liiketoimintoja sekä kaukolämpöliiketoiminta. Omistajuuden vaikutusta on tarkasteltu pääasiassa yhtiöiden teknisiä ja taloudellisia tilastotietoja vertailemalla. Analyysia varten yhtiöt on jaoteltu a) liikelaitoksiin, b) osuuskuntiin, c) toimialueen kunnan tai kaupungin omistamiin osakeyhtiöihin, d) osakeyhtiöihin, joiden omistuksesta yli puolet on toimialueella; omistajina kunnat, kaupungit, asiakkaat, yhteisöt ja/tai yritykset sekä e) osakeyhtiöihin, joiden omistus on toimialueen ulkopuolella. Jaolla on pyritty tuomaan esiin omistajuuden vaikutusta asiakkaan näkökulmasta. Suuri osa energialiiketoiminnasta Suomessa on jollain muotoa julkisessa omistuksessa. Viranomaisvalvonta sääntelee sähkönjakeluyhtiöiden hinnoittelua ja laatua. Sähköverkkoyhtiöt ovat keränneet verkkopalveluiden hinnoittelulla pääosin alle viranomaisen määrittämän kohtuullisen tuottotason. Hinnoittelussa on silti eroja eri omistajaryhmien välillä. Esimerkiksi yhtiöt, joiden omistus on toimialueen eri toimijoiden hallussa, ovat hinnoitelleet verkkopalvelunsa reilusti alle sallitun. Asiakkaiden kokemaan palvelun laatuun vaikuttaa ensisijaisesti verkkoyhtiön toimintoympäristö. Sähkön myynnissä toimialueen omistajuudella voi yksittäisissä tapauksissa olla vaikutusta asiakkaan sopimushintaan. Esimerkiksi jotkut yhden kunnan/kaupungin omistamista ja toimialueen toimijoiden omistuksessa olevista yhtiöistä tarjoavat oman toimialueensa asiakkaille sähköä markkinoiden yleistä hintatasoa edullisemmin. Toimialueen omistuksesta riippumatta, asiakkaalla on pääsääntöisesti mahdollisuus saada edullisempaa sähköä kilpailuttamalla sopimus. Kaukolämmön hintoihin ja laatuun ei kohdistu muodollista viranomaisvalvontaa, eikä toimintaa ole määritelty luonnolliseksi monopoliksi vastaavalla tavalla kuin sähköverkkoliiketoimintaa. Kaukolämpötoiminta kilpailee muiden lämmitysmuotojen kanssa. Hinnat määräytyvät asiakastiheyden ja polttoaineiden hintojen perusteella. Liikelaitokset ja kuntien/kaupunkien omistuksessa olevat kaukolämpöyhtiöt ovat tarkasteluajanjaksolla olleet hinnoiltaan edullisimpia, mutta erot eri omistusmuotojen välillä ovat vähäisiä.

Energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistäminen pk-yrityksissä

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää toimintamalli pk-yritysten energia- ja ilmastotoimenpiteiden käynnistämiseksi HINKU-kunnissa. Esimerkkiyrityksenä työssä toimi Tehomet Oy:n Parikkalan tehdas. Työssä tutustuttiin ensimmäisenä erilaisiin jo olemassa oleviin toimintamalleihin, hiilijalanjäljen laskentastandardeihin sekä erilaisiin mahdollisuuksiin hiilineutraaliuden saavuttamiseksi. Lisäksi Tehomet Oy:n Parikkalan tehtaalta kerättiin tarvittavaa tietoa yrityksen ja tuotteen hiilijalanjälkien laskentaa varten. Kerätyn tiedon ja jo olemassa olevien standardien ja toimintamallien pohjalta kehitettiin toimintamalli, johon sisältyy laskentataulukko, jonka avulla yritykset voivat laskea hiilijalanjälkensä ja tunnistaa kasvihuonekaasupäästöjen merkittävyyden liiketoimintansa kehittämisen näkökulmasta. Tehomet Oy:n valmistaman puupylvään hiilijalanjälki pieneni merkittävästi, kun laskennassa huomioitiin hiilen sitoutuminen tuotteeseen sekä tuotteen käytöstä poisto. Parikkalan tehtaan tapauksessa suurin yksittäinen kasvihuonekaasujen päästölähde on sähkönkulutus. Energiankulutuksen kannalta merkittävin säästökohde olisi mitä todennäköisimmin teholtaan liian suuresta kompressorista luopuminen. Kasvihuonekaasupäästöjen hiilineutraaliksi saattamiseksi mahdolliset toimenpiteet olisivat tässä tapauksessa hiilivapaan sähkön ostaminen tai päästöjen kompensoiminen ostamalla päästöoikeuksia. Toimintamallin todellinen toimivuus nähdään tulevaisuudessa, kun sitä päästään testaamaan laajemmalti eri aloilla toimiviin yrityksiin.