1st and 2nd Generation Ethanol from Biomass Crops

In chapter 1 and 2 calcium hydroxide as impregnation agent before steam explosion of sugarcane bagasse and switchgrass, respectively, was compared with auto-hydrolysis, assessing the effects on enzymatic hydrolysis and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) at high solid concentration of pretreated solid fraction. In addition, anaerobic digestion of pretreated liquid fraction was carried out, in order to appraise the effectiveness of calcium hydroxide before steam explosion in a more comprehensive way. In As water is an expensive input in both cultivation of biomass crops and subsequent pretreatment, Chapter 3 addressed the effects of variable soil moisture on biomass growth and composition of biomass sorghum. Moreover, the effect of water stress was related to the characteristics of stem juice for 1st generation ethanol and structural carbohydrates for 2nd generation ethanol. In the frame of chapter 1, calcium hydroxide was proven to be a suitable catalyst for sugarcane bagasse before steam explosion, in order to enhance fibre deconstruction. In chapter 2, effect of calcium hydroxide on switchgrass showed a great potential when ethanol was focused, whereas acid addition produced higher methane yield. Regarding chapter 3, during crop cycle the amount of cellulose, hemicellulose and AIL changed causing a decrease of 2G ethanol amount. Biomass physical and chemical properties involved a lower glucose yield and concentration at the end of enzymatic hydrolysis and, consequently, a lower 2G ethanol concentration at the end of simultaneous saccharification and fermentation, proving that there is strong relationship between structure, chemical composition, and fermentable sugar yield. The significantly higher concentration of ethanol at the early crop stage could be an important incentive to consider biomass sorghum as second crop in the season, to be introduced into some agricultural systems, potentially benefiting farmers and, above all, avoiding the exacerbation of the debate about fuel vs food crops.

The potential for first-generation ethanol production from sugarcane

Ethanol production from sugarcane, mainly in Brazil, on the basis of first-generation technology (22.5 billion liters, in 2007/2008 season, in 3.4 million hectares) replaces 1% of the gasoline used in the world today and is highly competitive in economic terms with ethanol produced from other crops in the USA and Europe. In this paper we discuss the potential for sugarcane ethanol expansion from two angles: (1) productivity gains which would allow greater production in the same area and (2) geographical expansion to larger areas. The potential of first-generation technology for the production of ethanol from sugarcane is far from being exhausted. There are gains in productivity of approximately a factor of two from genetically modified varieties and a geographical expansion by a factor of ten of the present level of production in many sugar-producing countries. The replacement of 10% of the gasoline used in the world by ethanol from sugarcane seems possible before second-generation technology reaches technological maturity and possibly economic competitiveness. (C) 2009 Society of Chemical Industry and John Wiley & Sons, Ltd

2nd generation concrete construction: carbon footprint accounting

Purpose – Construction contractors and facility managers are being challenged to minimize the carbon footprint. Life cycle carbon‐equivalent (CO2‐e) accounting, whereby the potential emissions of greenhouse gases due to energy expenditure during construction and subsequent occupation of built infrastructure, generally ceases at the end of the service life. However, following demolition, recycling of demolition waste that becomes incorporated into 2nd generation construction is seldom considered within the management of the carbon footprint. This paper aims to focus on built concrete infrastructure, particularly the ability of recycled concrete to chemically react with airborne CO2, thereby significantly influencing CO2‐e estimates.

Design/methodology/approach – CO2‐e estimates were made in accordance with the methodology outlined in the Australian National Greenhouse Accounts (NGA) Factors and were based on the energy expended for each life cycle activity from audited records. Offsets to the CO2‐e estimates were based on the documented ability of concrete to chemically react with airborne carbon dioxide (“carbonation”) and predictions of CO2 uptake by concrete and recycled concrete was made using existing predictive diffusion models. The author's study focused on a built concrete bridge which was demolished and recycled at the end of the service life, and the recycled concrete was utilized towards 2nd generation construction. The sensitivity of CO2‐e and carbonation estimates were tested on several different types of source demolition waste as well as subsequent construction applications using recycled concrete (RCA). Whole‐of‐life CO2‐e estimates, including carbonation of RCA over the 1st and 2nd generations, were estimated and contrasted with conventional carbon footprints that end at the conclusion of the 1st generation.

Findings – Following demolition, CO2 capture by RCA is significant due to the more permeable nature of the crushed RCA compared with the original built infrastructure. RCA also has considerably greater exposed surface area, relative to volume, than a built concrete structure, and therefore more highly exposed surface to react with CO2: it therefore carbonates more comprehensively. CO2‐e estimates can be offset by as much as 55‐65 per cent when including the contribution of carbonation of RCA built within 2nd generation infrastructure. Further offsets are achievable using blended fly ash or slag cement binders; however, this study has focused on concrete composed of 100 per cent OPC binders and the effects of RCA.

Originality/value – Construction project estimates of life cycle CO2‐e emissions should include 2nd generation applications that follow the demolition of the 1st generation infrastructure. Life cycle estimates generally end at the time of demolition. However, by incorporating the recycled concrete demolition waste into the construction of 2nd generation infrastructure, the estimated CO2‐e is significantly offset during the 2nd generation life cycle by chemical uptake of CO2 (carbonation). This paper provides an approach towards inclusion of 2nd generation construction applications into whole‐of‐life estimates of CO2‐e.

Pesquisa orientada a resultado : proposta de um método estruturado para disponibilizar uma nova tecnologia para o mercado : um caso aplicado ao projeto etanol de 2ª geração

Esta dissertação de mestrado teve como objetivo principal propor um método estruturado suportado for ferramentas gerenciais que permitisse orientar e sistematizar o desenvolvimento de um projeto de pesquisa na disponibilização de uma nova tecnologia para o mercado. O “Projeto Etanol de 2ª Geração”, etanol produzido a partir de biomassas lignocelulósicas, aqui selecionado para estudo de caso, foi extraído da carteira de projetos do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC). O método estruturado sugerido é constituído, fundamentalmente, por oito requisitos arranjados de forma cronológica ao longo do desenvolvimento do projeto, que visam auxiliar na prospecção, entendimento, avaliação, valoração, priorização, planejamento e implantação de, por exemplo, uma tecnologia inovadora, otimizando tempo, capital e recursos humanos aplicados. Um dos principais pontos do método proposto refere-se à escolha adequada das ferramentas gerenciais a serem utilizadas em cada requisito (brainstorm, análise de patentes, painel de especialistas, análise SWOT, dentre outras). O êxito na aplicação do método requer o entendimento de todos os (potenciais) efeitos, inclusive os colaterais, no processo como um todo. Ou seja, uma vez que toda ferramenta gerencial apresenta pontos fortes e fracos, o importante é adaptá-las ao sistema de negócio e não vice-versa. A partir do gerenciamento do projeto por um gestor com domínio das ferramentas gerenciais, a escolha destas ocorre de forma dinâmica, onde a cada passo de avaliação novas ferramentas (simples e/ou complexas) podem ser incluídas ou excluídas da matriz do método. Neste trabalho ficou demonstrada a importância de se trabalhar com métodos estruturados e flexíveis, que permitem retroalimentação de informações geradas internamente durante o desenvolvimento da pesquisa ou advindas de fontes externas. O projeto Etanol de 2ª Geração do CTC vem aplicando o método proposto em seu desenvolvimento e obtendo grande êxito em seus resultados, uma vez que a equipe envolvida permanece focada no objetivo principal, obedecendo prazos e recursos inicialmente definidos, com constância do propósito do projeto, sem retrocesso ou recomeço.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Avaliação da influência de surfactantes químico e biológico na hidrólise enzimática de casca de coco verde após pré-tratamento ácido/alcalino e com peróxido de hidrogênio alcalino

In Brazil many types of bioproducts and agroindustrial waste are generated currently, such as cacashew apple bagasse and coconut husk, for example. The final disposal of these wastes causes serious environmental issues. In this sense, waste lignocellulosic content, as the shell of the coconut is a renewable and abundant raw material in which its use has an increased interest mainly for the 2nd generation ethanol production. The hydrolysis of cellulose to reducing sugars such as glucose and xylose is catalysed by a group of enzymes called cellulases. However, the main bottleneck in the enzymatic hydrolysis of cellulose is the significant deactivation of the enzyme that shows irreversible adsorption mechanism leading to reduction of the cellulose adsorption onto cellulose. Studies have shown that the use of surfactants can modify the surface property of the cellulose therefore minimizing the irreversible binding. The main objective of the present study was to evaluate the influence of chemical and biological surfactants during the hydrolysis of coconut husk which was subjected to two pre-treatment in order to improve the accessibility of the enzymes to the cellulose, removing this way, part of the lignin and hemicellulose present in the structure of the material. The pre-treatments applied to coconut bagasse were: Acid/Alkaline using 0.6M H2SO4 followed by 1M NaOH, and the one with Alkaline Hydrogen Peroxide at a concentration of 7.35% (v/v) and pH 11.5. Both the material no treatment and pretreated were characterized using analysis of diffraction X-ray (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and methods established by NREL. The influence of both surfactants, chemical and biological, was used at concentrations below the critical micelle concentration (CMC), and the concentrations equal to the CMC. The application of pre-treatment with coconut residue was efficient for the conversion to glucose, as well as for the production of total reducing sugars, it was possible to observe that the pretreatment fragmented the structure as well as disordered the fibers. Regarding XRD analysis, a significant increase in crystallinity index was observed for pretreated bagasse acid/alkali (51.1%) compared to the no treatment (31.7%), while that for that treated with PHA, the crystallinity index was slightly lower, around 29%. In terms of total reducing sugars it was not possible to observe a significant difference between the hydrolysis carried out without the use of surfactant compared to the addition of Triton and rhamnolipid. However, by observing the conversions achieved during the hydrolysis, it was noted that the best conversion was using the rhamnolipíd for the husk pretreated with acid/alkali, reaching a value of 33%, whereas using Triton the higher conversion was 23.8%. The coconut husk is a residue which can present a high potential to the 2nd generation ethanol production, being the rhamonolipid a very efficient biosurfactant for use as an adjuvant in the enzymatic process in order to act on the material structure reducing its recalcitrance and therefore improving the conditions of access for enzymes to the substrate increasing thus the conversion of cellulose to glucose.

Awareness and knowledge of Human Papillomavirus (HPV) among ethnically diverse women varying in generation status

Although Human papillomavirus (HPV) is a common sexually transmitted infection, there is limited knowledge of HPV with ethnic/racial minorities experiencing the greatest disparities. This cross-sectional study used the most recent available data from the California Health Interview Survey to assess disparities in awareness and knowledge of HPV among ethnically/racially diverse women varying in generation status (N = 19,928). Generation status emerged as a significant predictor of HPV awareness across ethnic/racial groups, with 1st generation Asian-Americans and 1st and 2nd generation Latinas reporting the least awareness when compared to same-generation White counterparts. Also, generation status was a significant predictor of HPV knowledge, but only for Asian-Americans. Regardless of ethnicity/race, 1st generation women reported lowest HPV knowledge when compared to 2nd and 3rd generation women. These findings underscore the importance of looking at differences within and across ethnic/racial groups to identify subgroups at greatest risk for poor health outcomes. In particular, we found generation status to be an important yet often overlooked factor in the identification of health disparities.

Co-evolução dos componentes do marco institucional e das trajetórias de acumulação de capacidades tecnológicas no setor de agro-energia (etanol) no Brasil (1970-2009)

Esta dissertação centra-se no exame da evolução dos componentes do marco institucional em associação com as trajetórias de acumulação de capacidades tecnológicas de produção e inovação em setores à base de recursos naturais em economias emergentes. Esse relacionamento é examinado no setor de etanol brasileiro, no período entre 1970 e 2009. O marco institucional é operacionalizado à base das macro-instituições (os regimes complexos constituídos por políticas públicas), meso-instituições (as relações políticas e estruturas burocráticas) e as instituições baseadas em conhecimento (os institutos de pesquisa e as universidades). As trajetórias de acumulação de capacidades tecnológicas são examinadas à base de níveis de inovação. A dissertação baseia-se em um estudo de caso em nível setorial. Além disso, o estudo baseia-se em evidências obtidas a partir de fontes diversas, em nível de indústria, em documentos governamentais e também em evidências secundárias em nível de empresa. Os principais resultados desta dissertação são os seguintes: (1) O setor de etanol atingiu níveis inovadores de capacidade tecnológica nas duas funções analisadas. Numa escala de 1 a 5, o setor adquiriu, durante o 1º período (1970-1989), capacidades tecnológicas industriais (produto e processo) no Nível 3 e, durante o 2º período (1990-2009), o setor de etanol acumulou capacidades tecnológicas industriais no Nível 5. No tocante à acumulação de capacidades tecnológicas na área agrícola (matéria-prima), durante o 1º período, o setor adquiriu capacidades tecnológicas no Nível 4 e apenas no período seguinte atingiu o Nível 5. (2) As instituições desempenharam um papel relevante sobre as trajetórias de acumulação de capacidades tecnológicas no setor de etanol brasileiro. Entre elas destaca-se às atividades de P&D desenvolvidas em instituições baseadas em conhecimento, que acumularam capacidades tecnológicas de produção e inovação, compartilhadas com as empresas. (3) Entretanto, o estudo aponta para algumas vulnerabilidades do setor de etanol brasileiro no que se refere a sua capacidade de sustentar o seu desempenho inovador. Entre elas destaca-se: (1) grande parte das atividades inovadoras em nível de P&D é realizada a base de arranjos externos, com pouco esforço de atividades realizadas a partir das empresas; (2) apesar do enorme esforço governamental para desenvolver o setor, esse está direcionado (locked-in) à trajetória de acumulação de capacidades tecnológicas de etanol de 1ª geração; (3) os componentes do marco institucional incentivaram as atividades de pesquisa em universidades e institutos de pesquisa, em nível de bancada, que resultaram em invenções e projetos experimentais; (4) as condições favoráveis de mercado, a grande disponibilidade de cana-de-açúcar e a flexibilidade de produção de etanol/álcool contribuíram para a acomodação do setor de etanol, ou seja, parece haver uma zona de conforto no setor. Desta forma, as evidências alertam sobre a necessidade de investimentos em atividades inovadoras de P&D dentro das empresas (foco em inovações, riqueza e na diversificação para outros setores). Portanto, os resultados desta dissertação permitem apontar sugestões para gestores governamentais. As novas políticas públicas podem: (1) redirecionar as estratégias de acumulação de capacidades tecnológicas inovadoras, fortemente focadas na sustentação das trajetórias de acumulação de capacidades tecnológicas para produzir etanol de 1ª geração; (2) impulsionar a acumulação de capacidades tecnológicas de produção e inovação na trajetória emergente para produzir etanol de 2ª geração, atualmente em nível experimental e largamente desenvolvida dentro das instituições baseadas em conhecimento, e para diversificar os produtos para novos setores e linhas de negócio. Os resultados desta dissertação também sugerem aos gestores de empresas no setor brasileiro de etanol: (1) reformular as estratégias empresariais com a finalidade de expandir as atividades inovadoras dentro das empresas do setor de etanol, que poderão resultar na criação de inovações em escala industrial; (2) as empresas do setor de etanol deveriam assumir um comportamento proativo com a finalidade de coordenar os esforços de P&D em direção aos problemas e desafios futuros a serem enfrentados pelo setor brasileiro de etanol.

Brazil and the USA: rethinking the future of ethanol for stronger mutual wns

A produção de etanol e a dominação da indústria, historicamente, tem sido uma fonte de discórdia para seus dois principais produtores. Os EUA com seu etanol de milho e o Brasil com sua etanol de cana, são os dois maiores produtores mundiais de etanol (1º EUA; 2º Brasil) e tem competido pela participação de mercado mundial há décadas. A partir de Dezembro de 2011, os EUA levantaram as tarifas e os subsídios que foram instalados para proteger sua indústria de etanol, o que muda o campo de jogo da produção mundial de etanol para o futuro. Atualmente em todo o mundo, o etanol é usado em uma proporção muito menor comparativamente a outros combustíveis. Esta pesquisa analisa o nível potencial de colaboração entre os EUA e o Brasil, facilitando um diálogo entre os stakeholders em etanol. A pesquisa consiste principalmente de conversas e entrevistas, com base em um conjunto de perguntas destinadas a inspirar conversas detalhadas e expansivas sobre os temas de relações Brasil-EUA e etanol. Esta pesquisa mostra que o etanol celulósico, que é também conhecido como etanol de segunda geração, oferece mais oportunidades de parceria entre os EUA e o Brasil, como há mais oportunidades para pesquisa e desenvolvimento em conjunto e transferência de tecnologia nesta área. Enquanto o etanol de cana no Brasil ainda é uma indústria próspera e crescente, o milho e a cana são muito diferentes geneticamente para aplicar as mesmas inovações exatas de um etanol de primeira geração, por outro. As semelhanças entre os processos de fermentação e destilação entre as matérias-primas utilizadas nos EUA e no Brasil para o etanol de segunda geração torna o investimento conjunto nesta área mais sensível. De segunda geração é uma resposta para a questão "alimentos versus combustíveis". Esta pesquisa aplica o modelo de co-opetição como um quadro de parceria entre os EUA e o Brasil em etanol celulósico. A pesquisa mostra que enquanto o etanol pode não ser um forte concorrente com o petróleo no futuro imediato, ele tem melhores perspectivas de ser desenvolvido como um complemento ao petróleo, em vez de um substituto. Como os EUA e o Brasil tem culturas de misturar etanol com petróleo, algo da estrutura para isso já está em vigor, a relação de complementaridade seria fortalecido através de uma política de governo clara e de longo prazo. A pesquisa sugere que apenas através desta colaboração, com toda a partilha de conhecimentos técnicos e estratégias econômicas e de desenvolvimento, o etanol celulósico será um commodity negociado mundialmente e uma alternativa viável a outros combustíveis. As entrevistas com os interessados em que esta pesquisa se baseia foram feitas ao longo de 2012. Como a indústria de etanol é muito dinâmica, certos eventos podem ter ocorrido desde esse tempo para modificar ou melhorar alguns dos argumentos apresentados.

Advances and Developments in Strategies to Improve Strains of Saccharomyces cerevisiae and Processes to Obtain the Lignocellulosic Ethanol-A Review

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Evaluation of Rice Bran Extract as a Nitrogen Source for Improved Hemicellulosic Ethanol Production from Sugarcane Bagasse by New Xylose-Fermenting Yeast Strains Isolated from Brazilian Forests

Xylose is the main sugar in hemicellulosic hydrolysates and its fermentation into ethanol by microorganisms is influenced by nutritional factors, such as nitrogen source, vitamins and other elements. Rice bran extract (RBE) is an inexpensive nitrogen source primarily consisting of high amount of protein. This study evaluates the potential of RBE as a nitrogen source for the hemicellulosic ethanol production from sugarcane bagasse dilute acid hydrolysate by novel yeast strains Scheffersomyces shehatae (syn. Candida shehatae) CG8-8BY and Spathaspora arborariae UFMG-HM19.1A, isolated from Brazilian forests. Two different media formulations were used for inoculum preparation and production medium, using yeast extract and RBE as nitrogen sources. S. shehatae CG8-8BY showed ethanol production of 17.0 g/l with the ethanol yield (0.33 g/g) and fermentation efficiency (64 %) from medium supplemented with RBE. On the other hand, S. arborariae presented 5.4 g/l of ethanol production with ethanol yield (0.14 g/g) and fermentation efficiency (21 %) in a fermentation medium supplemented with RBE. Appropriate media formulation is an important parameter to increase the productivity of bioconversion process and RBE proved to be an efficient and inexpensive nitrogen source to supplement sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate for second generation ethanol production. © 2013 Society for Sugar Research & Promotion.

Fermentation medium and oxygen transfer conditions that maximize the xylose conversion to ethanol by Pichia stipitis

The xylose conversion to ethanol by Pichia stipitis was studied. In a first step, the necessity of supplementing the fermentation medium with urea. MgSO(4) x 7H(2)O, and/or yeast extract was evaluated through a 2(3) full factorial design. The simultaneous addition of these three nutritional sources to the fermentation medium, in concentrations of 2.3, 1.0, and 3.0 g/l, respectively, showed to be important to improve the ethanol production in detriment of the substrate conversion to cell. In a second stage, fermentation assays performed in a bioreactor under different K(L)a (volumetric oxygen transfer coefficient) conditions made possible understanding the influence of the oxygen transfer on yeast performance, as well as to define the most suitable range of values for an efficient ethanol production. The most promising region to perform this bioconversion process was found to be between 2.3 and 4.9 h(-1), since it promoted the highest ethanol production results with practically exhaustion of the xylose from the medium. These findings contribute for the development of an economical and efficient technology for large scale production of second generation ethanol. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Produção de biomassa e eficiência no uso da água para oito variedades de cana-de-açúcar irrigadas por gotejamento em dois ciclos de cultivo

A irrigação quando bem manejada, pode minimizar os riscos econômicos da atividade sucroalcooleira, particularmente em safras com presença de instabilidade climática onde a restrição hídrica, promovida pela diminuição no volume de chuvas, pode reduzir a produtividade dos canaviais. Dentre as ferramentas disponíveis para a gestão eficiente da água na agricultura irrigada, a técnica de irrigação sob déficit pode se tornar uma escolha acertada para a cana-de-açúcar, desde que sejam identificadas as fases fenológicas e épocas de cultivo onde a limitação da oferta de água não implique em reduções antieconômicas no rendimento da cultura. Diante disso, a hipótese que norteia essa pesquisa, é a de que existe uma estratégia de irrigação sob déficit, que associada a uma variedade com características específicas, possibilite a expressão de indicadores de produtividade tão satisfatórios quanto os obtidos em condições de irrigação plena. Nessa linha, os objetivos da pesquisa envolveram o estudo da dinâmica foliar, acúmulo e particionamento de biomassa e ainda, índices de produtividade da água para biomassa, açúcar e etanol de 1ª e 2ª geração de oito variedade de cana-de-açúcar, submetidas a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo em dois ciclos de cultivo (cana-planta e cana-soca). A pesquisa foi realizada na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", em Piracicaba/SP, onde foram estudados os dois primeiros ciclos de cultivo da cana-de-açúcar, sendo estes abordados nesta tese como Experimento 1 (cana-planta) e Experimento 2 (cana-soca). O delineamento experimental adotado para ambos os ciclos foi o de blocos casualizados, com três blocos completos. Os tratamentos foram compostos por três fatores em esquema de parcelas sub-subdivididas. Estas parcelas foram formadas por duas plantas (touceiras) alocadas em um vaso com aproximadamente 330 litros de solo. No Experimento 1, foram estudados três fatores, sendo o primeiro e segundo com quatro níveis e o terceiro com oito (4x4x8), totalizando assim 128 tratamentos, sendo eles: quatro níveis de irrigação ao longo do ciclo (125, 100, 75 e 50% da ETc); oito variedades comerciais de cana-de-açúcar e quatro procedimentos de maturação, impostos por meio de variações na intensidade do déficit hídrico aplicado. Para o Experimento 2, substitui-se o fator Maturação por Épocas de Corte, o qual consistiu em colheitas de um quarto do experimento a cada 90 dias. Os resultados encontrados apontaram que a área foliar responde positivamente a maior disponibilidade hídrica no solo, tendo sido verificado uma relação proporcional entre estes. Quanto ao acúmulo de biomassa, verificou-se que para as oito variedades estudadas houve incremento de biomassa a medida em que se aumentou o volume de água disponibilizado às variedades. No tocante ao particionamento, as folhas foram os drenos principais de fotoassimilados da planta até os 100 dias de cultivo, sendo que após este período, os colmos ocuparam o lugar de dreno preferencial. Os indicadores de produtividade da água apresentaram diferenças significativas para o fator lâmina, o que indica a existência de cultivares de cana-de-açúcar mais eficientes no uso da água. Por fim, observou-se que a produtividade da água para etanol total apresentou valores expressivos, com média para essa variável igual a 1,81 L m-3, o que denota o potencial de rendimento de etanol (1G + 2G) a partir da cana-de-açúcar quando é adotado o aproveitamento integral das plantas.

Chiral gold(I) vs chiral silver complexes as catalysts for the enantioselective synthesis of the second generation GSK-hepatitis C virus inhibitor

The synthesis of a GSK 2nd generation inhibitor of the hepatitis C virus, by enantioselective 1,3-dipolar cycloaddition between a leucine derived iminoester and tert-butyl acrylate, was studied. The comparison between silver(I) and gold(I) catalysts in this reaction was established by working with chiral phosphoramidites or with chiral BINAP. The best reaction conditions were used for the total synthesis of the hepatitis C virus inhibitor by a four step procedure affording this product in 99% ee and in 63% overall yield. The origin of the enantioselectivity of the chiral gold(I) catalyst was justified according to DFT calculations, the stabilizing coulombic interaction between the nitrogen atom of the thiazole moiety and one of the gold atoms being crucial.

Biodiesel production from non-edible beauty leaf (Calophyllum Inophyllum) oil : process optimization using response surface methodology (RSM)

In recent years, the beauty leaf plant (Calophyllum Inophyllum) is being considered as a potential 2nd generation biodiesel source due to high seed oil content, high fruit production rate, simple cultivation and ability to grow in a wide range of climate conditions. However, however, due to the high free fatty acid (FFA) content in this oil, the potential of this biodiesel feedstock is still unrealized, and little research has been undertaken on it. In this study, transesterification of beauty leaf oil to produce biodiesel has been investigated. A two-step biodiesel conversion method consisting of acid catalysed pre-esterification and alkali catalysed transesterification has been utilized. The three main factors that drive the biodiesel (fatty acid methyl ester (FAME)) conversion from vegetable oil (triglycerides) were studied using response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken experimental design. The factors considered in this study were catalyst concentration, methanol to oil molar ratio and reaction temperature. Linear and full quadratic regression models were developed to predict FFA and FAME concentration and to optimize the reaction conditions. The significance of these factors and their interaction in both stages was determined using analysis of variance (ANOVA). The reaction conditions for the largest reduction in FFA concentration for acid catalysed pre-esterification was 30:1 methanol to oil molar ratio, 10% (w/w) sulfuric acid catalyst loading and 75 °C reaction temperature. In the alkali catalysed transesterification process 7.5:1 methanol to oil molar ratio, 1% (w/w) sodium methoxide catalyst loading and 55 °C reaction temperature were found to result in the highest FAME conversion. The good agreement between model outputs and experimental results demonstrated that this methodology may be useful for industrial process optimization for biodiesel production from beauty leaf oil and possibly other industrial processes as well.