PPGBIO - Doutorado em Biocombustíveis (Teses)

Permanent URI for this collectionhttps://repositorio.ufvjm.edu.br/collections/d081adad-96e2-4d9f-9e2e-3f73afe47fb0

Browse

Now showing 1 - 20 of 25

Análise multivariada para determinação de atividade de hidrolases com aplicação no setor de biocombustíveis
(UFVJM, 2021) Chaves, Amanda Rocha; Santos, Alexandre Soares dos; Pantoja, Lílian de Araújo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Alexandre Soares dos; Melo, Verônica Ferreira; Borges Neto, Waldomiro; Fidêncio, Paulo Henrique; Andrade, Paulo César de Resende
O uso da espectrometria na região do infravermelho próximo (NIR) combinado com o método de análise multivariada tem possibilitado a determinação quantitativa, direta e não destrutiva de várias substâncias inorgânicas e orgânicas em amostras complexas. Neste trabalho foi investigada a possibilidade da determinação enzimática de forma direta para xilanases e celulases por meio de estudos de correlação entre os métodos convencionais para dosagem enzimática e a análise multivariada baseada em espectros de infravermelho próximo. Para tanto, três complexos enzimáticos, contendo as enzimas alvo, foram utilizados, sendo estes dois comerciais, o Celluclast® e o Cellic® CTec2 – Novozymes e um, obtido em laboratório. As amostras dos complexos enzimáticos foram submetidas à determinação de β-glicosidase, cmcase, fpase e xilanase e à leitura de absorbância na região de 1100 a 2500 nm em espectrofotômetro de infravermelho próximo. A metodologia para determinação de atividade enzimática foi adaptada para microplaca, propiciando uma redução no tempo de análise, uso de reagentes e produção de resíduos. Técnicas de pré-processamento foram utilizadas para remoção de amostras anômalas e melhoria do sinal espectral com o objetivo de gerar uma entrada robusta para os modelos de predição. A determinação da correlação entre os dados espectrais e as determinações analíticas foi realizada por métodos de regressão multivariados: regressão linear múltipla (MLR), regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), regressão por componentes principais (PCR), gradiente descendente (GBoost) e quadrados mínimos lineares com e sem Kernel (Kernel-Ridge, Ridge). Todos os métodos foram validados por meio de validação cruzada com dez partições. Os modelos mais promissores resultaram em valores de calibração, validação e predição acima de 90%, demonstrando a possibilidade de se obter determinação direta de atividades enzimáticas de amostras provenientes de processos fermentativos. A determinação da atividade enzimática por meio de análise multivariada com base em espectros NIR se mostrou promissora, pois dispensa o processo de catálise como etapa necessária para a determinação analítica das enzimas mencionadas.
Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo
(UFVJM, 2018) Rocha, Bárbara Gonçalves; Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Pereira, Márcio César; Teixeira, Ana Paula de Carvalho; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Ferreira, Giovana Ribeiro
A diversificação da matriz energética, por razões econômicas, ambientais e da própria política energética das nações, tem suscitado foco especial nos biocombustíveis, particularmente no bioetanol e no biodiesel. Na indústria, o biodiesel (ésteres de ácidos graxos com um álcool de cadeia molecular curta) é, mais comumente, produzido pela transesterificação de triacilgliceróis de óleos vegetais ou gordura animal, com metanol ou etanol, sob catálise homogênea com uma base (KOH ou NaOH). Por representarem alternativas potencialmente mais sustentáveis, dos pontos de vistas econômicos e ambientais, o presente trabalho foi dedicado a avaliar a eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em materiais de minérios: (i) de nióbio, enriquecido em Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) de areia monazítica (Geo.Mona), uma fonte mineral de terras raras, e (iii) de rejeitos de mineração de fosfato, ricos em magnetita (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). Os materiais minerais foram preparados em mistura com componentes ácidos (H2SO4; HCl ou HF) ou básicos (KOH; , KBr, NaOH; CaO; KI; KF ou KCl). As reações de transesterificação foram conduzidas sob refluxo, com óleo de soja comercial e metanol, sob ação dos catalisadores sólidos. A razão molar padrão óleo:metanol foi de 1:100, com 10% de catalisador em relação ao óleo, a 60 ºC. Dos testes realizados com os materiais preparados com CaO sintético comercial, nas mesmas condições, a mistura calcinada a 800 ºC por 4 h rendeu ésteres metílicos sempre acima de 99%; o menor tempo de reação (2 h, para completar a transesterificação) foi conseguido com o catalisador baseado na Geo.Mona, em relação ao Geo.Nb2O5 (5 h), ao Geo.Mag.CMT (3 h) e o Geo.Mag.CMA também (2 h). Analisou-se o reuso consecutivo do catalisador. Após cada reação, o catalisador sólido era lavado com metanol e seco a 100 oC. O melhor resultado foi obtido com o rejeito magnético com CaO calcinados a 200 ºC por 4 h, para o que se conseguiu até 8 reações consecutivas. Nas impregnações com ácidos e bases, os melhores resultados foram com a mistura Geo.Nb2O5 e KOH calcinada a 600 ºC, para a qual conseguiu 8 reações consecutivas, com rendimento químico em ésteres metílicos de praticamente 100% e tempo reacional de 10 min, no primeiro uso. O efeito catalítico sinérgico mais significativo foi conseguido com o catalisador baseado em cada um dos três materiais avaliados em mistura com CaO: nenhum efeito catalítico significativo na reação de transesterificação de triacilglcieróis do óleo foi observado apenas com o material mineral puro calcinado. O CaO puro como catalisador, também calcinado e usado em reação, levou a rendimentos químicos pouco acima de 80%. A mistura individual do material mineral com CaO, nas mesmas condições de preparação anteriores, levaram a rendimentos químicos de efetivamente 100%. Os presentes resultados revelam a excepcional potencialidade, dos pontos de vista químico, econômico e ambiental, dos catalisadores mistos, dos materiais minerais com CaO, ora avaliados, nos processos de produção industrial de biodiesel.
Avaliação da produção de biometano e bio-hidrogênio a partir de glicerol bruto da cadeia produtiva do biodiesel e de dejeto da suinocultura
(UFVJM, 2019) Aguilar-Aguilar, Fidel Alejandro; Santos, Alexandre Soares dos; Pantoja, Lílian de Araújo; Pathiyamattom, Joseph Sebastian; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Alexandre Soares dos; Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Morais, Harriman Aley; Lopes, Emerson Delano; Aquino, Sérgio Francisco de; Silva, Silvana de Queiroz
Neste estudo foi avaliada a influência da combinação de glicerol bruto (GB) e de dejeto suíno (DS), efluentes da cadeia produtiva do biodiesel e da indústria da suinocultura, para a produção de bio-hidrogênio e biometano usando lodo anaeróbico de estação de tratamento de esgoto como inóculo. A metodologia de superfície de resposta (MSR) vinculada a planejamento composto central rotacional com três fatores, seis pontos axiais e quatro pontos centrais foi adotada como ferramenta para avaliar os processos de fermentação e codigestão anaeróbica e entender a interação dos efluentes usados como substratos e suas respostas na produção do biogás. Na condição predefinida com relação carbono/nitrogênio (C/N) de 29,37 obteve-se a maior produtividade de biometano, 521,46 mL por grama de DQO (Demanda Química de oxigênio), ao final de 40 dias de fermentação. Consideradas as análises das curvas de superfície, aumentou-se a carga orgânica em 50%, o que resultou, na mistura de 3,75 g L-1 de GB e 15 g L-1 de DS, equivalente a 12,5 g L-1 de DQO, em rendimento de metano de 328,62 mL por grama de DQO, com 61% de metano no biogás. No entanto, concentrações de glicerol bruto maiores que 3,75 g L-1 tiveram efeito negativo no processo de codigestão anaeróbia. Para a produção seletiva de bio-hidrogênio, três tipos de pré-tratamento do inóculo (térmico, ácido e básico) foram avaliados na fermentação escura usando a combinação de glicose, glicerol bruto e dejetos suínos. O método de pré-tratamento térmico foi o mais adequado. O estudo da produção de hidrogênio a partir do uso combinado de glicerol bruto e dejetos suínos resultou em 142,46 mL de hidrogênio por grama de sólidos voláteis (SV) quando se misturou 21,56% de GB (2,75 g L-1) e 78,43% (10 g L- 1) de DS, equivalente a C/N de 18,06. O uso combinado de DS e GB apresentou efeito positivo tanto para a redução de DQO, quanto para a obtenção do biometano e do bio-hidrogênio, quando comparados ao uso independente de um ou outro substrato. Portanto, o processo de codigestão dos efluentes aqui avaliados pode ser usado como processo potencial para o tratamento destes efluentes com consequente produção de biocombustíveis gasosos.
Avaliação de clones de Eucalyptus spp e Corymbia spp em diferentes espaçamentos visando à produção de bioenergia
(UFVJM, 2017) Lopes, Emerson Delano; Laia, Marcelo Luiz de; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Universidade Federal de Uberlândia (UFU); Laia, Marcelo Luiz de; Oliveira, Marcio Leles Romarco de; Abrahão, Christóvão Pereira; Oliveira, Paulo Marinho de; Rosado, Antônio Marcos
O presente trabalho objetivou avaliar o crescimento, as características químicas e físicas, e as estimativas de massa de dois clones de Eucalyptus spp e dois clones de Corymbia spp implantados em diferentes espaçamentos de plantio, até os 24 meses de idade. Para tanto, foi instalado um experimento em área da empresa Aperam BioEnergia S/A, no município de Itamarandiba – MG. Na avaliação das características dendrométricas do experimento, observou-se nos espaçamentos mais amplos, os maiores valores de DAP em relação aos espaçamentos mais adensados, e os valores de volume por hectare foram inversamente proporcionais ao aumento dos espaçamentos de plantio. A variável altura total foi a que apresentou as menores diferenças no estudo, não sendo observadas reduções em função do adensamento de plantio. Na avaliação das características físicas e químicas dos diferentes materiais genéticos, verificou-se efeito de clone na densidade básica da madeira e casca, sendo a densidade básica dos clones de Corymbia superiores aos dos clones de Eucalyptus. Já os teores de lignina na madeira seguiu tendência inversa. Quanto aos teores de carbono na madeira e casca não foi observado efeito significativo de clone ou de espaçamento. Quanto às estimativas de massa, ficou constatada relação direta entre a produção de massa seca com o adensamento dos espaçamentos. A mesma tendência foi verificada para as massas de carbono, cabendo ao clone C3 (híbrido de Corymbia citriodora x C. torelliana) os melhores resultados para as estimativas de massa seca e massa de carbono por hectare. Os materiais híbridos de Corymbia spp, especialmente o clone híbrido de Corymbia citriodora x C. torelliana, podem ser utilizados como alternativa para o uso bioenergético, preferencialmente em espaçamentos mais adensados. De maneira geral, os resultados do presente estudo evidenciaram variações na produção e na qualidade da biomassa florestal entre os materiais genéticos e espaçamentos testados. Assim, não se deve utilizar apenas única propriedade para classificação da madeira/casca, pois vários fatores afetam o desempenho energético da biomassa florestal.
Avaliação de leveduras não convencionais para produção de bioetanol de segunda geração a partir da fração C5 disponível na torta de caroço de algodão
(UFVJM, 2022) Ottone, Myrlene de Oliveira; Pantoja, Lílian de Araújo; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pantoja, Lílian de Araújo; Benassi, Vivian Machado; Nelson, David Lee; Melo, Verônica Ferreira; Souza, Patrick Gomes de
A busca por micro-organismos capazes de fermentar todos os açúcares presentes no hidrolisado lignocelulósico, mesmo na presença de inibidores celulares liberados durante o pré-tratamento das biomassas, se apresenta como um dos principais desafios para a consolidação do processo de produção do bioetanol de segunda geração. Neste contexto, o presente estudo tem a finalidade de avaliar o desempenho das linhagens Galactomyces geotrichum UFVJM-R10, Candida akabanensis UFVJM-R131 e Candida orthopsilosis UFVJM-4G utilizando o hidrolisado ácido da torta de caroço de algodão em condições operacionais estudadas em meio sintético. Ao final dos ensaios, a linhagem Candida akabanensis UFVJM-R131 obteve o melhor rendimento de 0,24 g g-¹ de etanol em hidrolisado lignocelulósico, se destacando dentre as demais linhagens de leveduras estudadas. Diante dos resultados obtidos, a C. akabanensis UFVJM-R131 possuem um grande potencial para a produção de bioetanol a partir de biomassas recalcitrantes.
Batata-doce (Ipomoea batatas): seleção e caracterização de clones com potencial para a produção de bioetanol
(UFVJM, 2018) Viana, Daniel José Silva; Santos, Alexandre Soares dos; Andrade Júnior, Valter Carvalho de; Pantoja, Lílian de Araújo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Alexandre Soares dos; Veloso, Ronnie Von dos Santos; Oliveira, Ivani Teixeira de; Azevedo, Alcinei Místico; Neiva, Irã Pinheiro
O etanol carburante é um importante produto renovável que pode ser usado como combustível líquido convencional e alternativo aos combustíveis fósseis. O aumento da oferta de etanol combustível e a conquista de novos mercados dependem da exploração de biomassas alternativas à cana-de-açúcar e ao milho. Com o objetivo de somar conhecimento para a adoção de cultura agrícola alternativa às biomassas já adotadas e cultivadas extensivamente para a indústria alcooleira, esta tese buscou selecionar clones de batata-doce com alta produtividade e elevados teores de amido para as condições edafoclimáticas do Alto Vale do Jequitinhonha. Os experimentos de campo foram conduzidos na Fazenda Forquilha, no município de Diamantina, MG, Brasil, numa altitude média de 1.219 m, a 18º17'17"S e 43º51 ' 19"W, em Neossolo Quartzarênico Órtico Típico. Foram avaliados vinte clones de batata-doce. As batatas foram colhidas após seis meses e determinadas às produtividades agrícolas, expressas em matéria integral e seca. As raízes foram caracterizadas quantos às concentrações de amido, amilose, amilopectina, açúcares solúveis, açúcares redutores, glicose, digestibilidade enzimática do amido, capacidade de inchamento do amido e solubilidade do amido. Foi ainda estimada a produtividade de álcool por hectare para cada um dos clones avaliados considerando a adoção de tecnologia de primeira geração para a produção de etanol amiláceo. Foram ainda avaliadas possíveis correlações entre os teores de amilose, poder de inchamento e solubilidade do amido com a digestibilidade do amido. Os clones denominados Palmas, Batata Mandioca, Cariru Vermelha, Tomba Carro I e UFVJM 28 apresentaram elevada produtividade de açúcar solúvel total, e que pode ser convertido facilmente em etanol por processo fermentativo convencional. O clone denominado UFVJM 28 apresentou os maiores valores de produtividade total, matéria seca, amido e açúcares solúveis. O Cálculo teórico da produtividade de etanol a partir das raízes de batata-doce destacou os clones Cariru Vermelha, UFVJM 21, Tomba Carro I e UFVJM 28 como os mais promissores para a região do alto vale do Jequitinhonha. O clone UFVJM 28 foi o que apresentou o maior potencial para a produção de álcool (4.940 L ha-1) em ciclo de 6 meses de cultivo. Este mesmo clone também apresentou um dos melhores valores de digestibilidade enzimática do amido.
Caracterização bioquímica de lipases de fungos filamentosos visando a produção de biocombustíveis
(UFVJM, 2022) Spencer, Paula Villela Dessimoni; Nelson, David Lee; Benassi, Vivian Machado; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Nelson, David Lee; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Meira Pires, Juliana Rocha de; Araújo, Clináscia Rodrigues Rocha; Lucas, Rosymar Coutinho de; Fidêncio, Paulo Henrique
Muitos microrganismos secretam enzimas durante o seu crescimento, uma dessas enzimas são as lipases que são utilizadas em vários setores biotecnológicos. Uma de suas aplicações é na reação de transesterificação para produção de biodiesel. O objetivo foi coletar, isolar fungos filamentosos produtores de lipase e analisar as características morfológicas macroscópicas dos fungos filamentosos isolados e do banco de fungos do laboratório, assim como, padronizar o cultivo do microrganismo selecionado para uma maior atividade lipolítica, seguindo caracterização bioquímica da lipase solúvel produzida em meio submerso e caracterização físico-química dos óleos vegetais. Sendo assim foi possível isolar doze fungos filamentosos de distintas amostras coletadas em Diamantina-MG, cuja maioria apresentou coloração branca, aspecto seco, topografia plana e pigmentação. Analisou-se o efeito da temperatura no crescimento dos doze fungos isolados e dos oito fungos filamentosos do banco de fungo do laboratório em meio de cultura sólido contendo aveia e Batata-Dextrose-Ágar (BDA), onde obteve-se as maiores taxas de crescimento em ambos os meios de cultura a 30ºC. Pela triagem de produção lipolítica o fungo do banco 3.2TA pertencente ao filo Mucoromycota e obteve o maior halo de crescimento, sendo selecionado para a fermentação submersa. Analisaram-se cinco meios de cultura submersos para a produção de lipase e a melhor atividade foi obtida no meio Adams após 72 horas de cultivo, seguindo a otimização, observou-se que a maior atividade na fonte de nitrogênio foi em ureia, peptona e extrato de levedura. Para a fontes de sais a maior atividade foi em sais CP e Khanna com pH inicial de 4,0. A fonte de carbono foi analisada e a melhor atividade foi obtida em óleo de oliva. Foi realizada a caracterização bioquímica da enzima sobre os efeitos do pH e temperatura onde apresentou melhor atividade nas faixas de pHs 7-14 a altas temperaturas. A termoestabilidade da enzima foi a 55oC nos tempos de 60 e 90 min. A estabilidade ao pH foi a um pH de 5,5, nos tempos de incubação de e 60 min. A estabilidade a solventes foi obtida em metanol e etanol. A maior hidrólise enzimática ocorreu em azeite de oliva, seguido do óleo de algodão, soja e milho. Foi realizada a caracterização físico química de diferentes óleos vegetais, o maior índice de acidez foi no óleo de dendê e de oliva. O maior valor para índice de peroxido foi em óleo de abacate, oliva, pequi e os menores em óleo de trigo. Para o índice de saponificação os maiores valores foram no óleo de abacate, trigo, canola. Para o material insaponificável os maiores valores foram nos óleos de soja, algodão, girassol, e o menor valor no óleo de dendê. Sendo esses parâmetros físicos-químicos importantes a serem realizados em matérias primas como óleos vegetais que são utilizadas na produção de biodiesel.
Conversão catalítica do glicerol em potenciais aditivos para biocombustíveis
(UFVJM, 2018) Lage, Guilherme Luiz da Costa; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Hurtado, Gabriela Ramos; Verly, Rodrigo Moreira; Klein, Stanlei Ivair; Mesquita, João Paulo de
O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um método de acetalização de polióis com cetonas e aldeídos em meio ácido sem aplicação de solventes seguida da conversão química de um dos acetais em aditivos para diesel/biodiesel. As reações de acetalização foram realizadas empregando-se um catalisador heterogêneo de baixo custo relativo, no qual grupos sulfônicos (-SO3H) foram incorporados a uma matriz de sílica (SiO2), oriunda de areia utilizada em construções. Este método foi aplicado com êxito para a obtenção de acetais cíclicos alifáticos. Dentre os acetais obtidos destaca-se a síntese do (2,2-dimetil-1,3-dioxolan- 4-il)metanol ou solketal que foi isolado com rendimento superior a 98%. Pelo exposto, o solketal foi utilizado na síntese de substâncias com potencial atividade como aditivos para a mistura diesel/biodiesel. Estas substâncias sintéticas foram submetidas aos testes de avaliação de desempenho e emissões em um motor-gerador diesel. Tais compostos foram diluídos na proporção de 0,1% v/v em óleo diesel comercial (S-10) contendo 8% de biodiesel. Os combustíveis aditivados assim produzidos mostraram potencial ação na redução de gases CO e CO2, na diminuição da temperatura de exaustão e do consumo específico em relação ao diesel comercial. A avaliação da capacidade antioxidante dos compostos sintetizados também foi avaliada valendo-se da voltametria cíclica. Utilizou-se como referência um antioxidante natural o ácido gálico. Os resultados mostraram que o composto sintético galato de solketila possui ação antioxidante superior ao ácido gálico, conferindo-lhe potencial aplicação como aditivo antioxidante.
Cultivo de crambe (Crambe abyssinica) adubado com lodo de esgoto e ecogessos: potencial para produção de biodiesel
(UFVJM, 2019) Queiroz, Isabela Reis; Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Martins, Ernane Ronie; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Landa, Giovanni Guimarães; Almeida, Ivan Carlos Carreiro; Lopes, Aruana Rocha Barros; Almeida, Rafael Alvarenga
O crescimento mundial da demanda energética somado a eminência de esgotamento do petróleo e consequências ambientais, causadas pela queima dos fósseis, tem estimulado a procura por energias renováveis como os biocombustíveis produzidos a partir matérias primas vegetais. Neste contexto, o crambe destaca-se por ser rico em triglicerídeos, e possuir características favoráveis como alta produtividade, baixos custos de produção e fácil manejo. O crescimento da área plantada tem gerado uma carência sobre as exigências nutricionais da cultura, o que incentiva a busca por novas metodologias de cultivo. Uma alternativa de fertilização do solo promissora e ambientalmente correta é utilização de lodo nos substratos. O emprego de resíduos na agricultura, tem se destacado mundialmente por viabilizar a reciclagem de nutrientes e promover melhorias físicas e químicas no solo. Portanto o presente trabalho teve como objetivos avaliar a viabilidade da utilização do lodo de esgoto e ecogessos (advindo dos resíduos do desmonte de bateria) na cultura do crambe e quantificar e caracterizar caracterizar o óleo extraído das sementes. O trabalho foi realizado no Instituto de Ciências Agrárias, da Universidade Federal de Minas Gerais, campus Montes Claros. Os experimentos foram instalados em delineamento estatístico inteiramente casualizado, em esquema fatorial 5x2+2; sendo cinco doses de lodo de esgoto (0, 5, 10, 15 e 20 toneladas por hectare), dois ecogessos (calcitico 1 e dolomitico 2) e dois tratamentos adicionais (adubação convencional mais ecogesso 1 e adubação convencional mais ecogesso 2). Os dados foram submetidos a análise de regressão e testes de média através do software R. Para caracterizar os efeitos dos subprodutos sobre a cultura foram avaliadas as características biométricas, fenológicas, a produtividade de grãos, e teor de óleo nas sementes. Também foram analisados o índice de acidez e o perfil cromatográfico do óleo de crambe. Observou-se que para todas características relacionadas ao crescimento e desenvolvimento da oleaginosa as adubações com os lodos e ecogessos produziram resultados significativos se comparados a adubação convencional. As análises físico-químicas do óleo indicaram que o índice de acidez está de acordo com dos padrões indicados pela ANP e que o perfil cromatográfico não foi influenciado pela adubação alternativa, apresentando maior presença de ácidos graxos monoinsaturados. Conclui-se que o emprego desses resíduos na cadeia de produção do crambe é um fator que soma ao conceito de sustentabilidade dos bicombustíveis e reitera potencial da espécie para produção de biodiesel.
Desenvolvimento de dispositivos fotoeletroquímicos à base de BiVO4/Bi4V2O11 para conversão de energia solar em energia elétrica ou energia química a partir de resíduos líquidos industriais
(UFVJM, 2017) Santos, Wayler Silva dos; Pereira, Márcio César; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Monteiro, Douglas Santos; Coelho, Jakelyne Viana; Silva, Adilson Cândido da; Baêta, Bruno Eduardo Lôbo
A conversão da energia da radiação solar em H2(g), combustível verde, usando-se células fotoeletroquímicas (PEC) é uma estratégia atraente para armazenar energia e minimizar o uso extensivo de combustíveis fósseis. Neste trabalho, foram fabricados fotoeletrodos por deposição spray pyrolysis de um compósito de BiVO4/Bi4V2O11 puro ou dopado com W, depositado diretamente sobre um substrato condutor FTO (sigla para fluorine-doped tin oxide) ou sobre uma camada de SnO2 previamente depositada sobre o substrato FTO. Inicialmente, os materiais foram testados na clivagem molecular da água. Verificou–se a formação de uma camada de inversão de buracos induzida pela perovskita ferroelétrica Bi4V2O11 na interface com BiVO4 de tipo–n criando uma junção p–n virtual. A fotovoltagem de saída elevada da junção, em relação a uma heterojunção p–n convencional, que pode ser ainda aumentada alterando-se a polarização e dopando-se o material ferroelétrico com tungstênio, acarreta diminuição da recombinação dos pares elétron–buracos fotogerados na superfície e aumenta a fotocorrente em até 180%. O comportamento de semicondutores de tipo–p e n quando iluminados sugere o uso potencial da heterojunção como fotoanodo e fotocatodo em uma célula PEC (ou photoelectrochemical cell) com dois fotoeletrodos. Este conceito foi comprovado pela conexão do fotoanodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 1% em massa de tungstênio com o fotocatodo BiVO4/Bi4V2O11 não dopado. O sistema formado pelo acoplamento fotoanodo-fotocatodo produziu uma fotovoltagem de 1,54 V, e 0,36% de eficiência STH (solar-to-hydrogen efficiency). Um fotoeletrodo BiVO4/Bi4V2O11 dopado com 2% em massa de W foi otimizado. Evidenciou-se a formação da camada de inversão de buracos na interface semicondutora no filme mais denso. Este último foi testado em diferentes soluções, obtendo-se elevadas densidades de corrente em NaAc 0,5 mol L-1, à medida que se adicionou glicerina e vinhaça. Obteve–se a menor resistência na transferência de cargas na interface eletrodo/eletrólito 1,16 kΩ sob iluminação, utilizando a solução NaAc 0,5 mol L-1 contendo 20 %v/v de vinhaça. Nessas condições, a eficiência da conversão de energia foi aumentada em aproximadamente 100%, e dependendo do potencial aplicado a eficiência aumentou cerca de 30% em solução contendo 10 %v/v de glicerina, com relação à solução NaAc 0,5 mol L-1 pura, demonstrando que glicerina e vinhaça atuam como agentes de sacrifício eficazes no sequestro de buracos eletrônicos, para evitar a recombinação dos pares de elétron–buraco, no processo de foto–oxidação acionado por buracos.
Desenvolvimento de fotoanodos à base de W-BiVO4/V2O5 para fotooxidação da água e produção de hidrogênio
(UFVJM, 2018) Oliveira, Andreia Teixeira de; Pereira, Márcio César; Oliveira, Luiz Carlos Alves de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pereira, Márcio César; Monteiro, Douglas Santos; Rodrigues, Jairo Lisboa; Lima, Diana Quintão; Pereira, Ana Rosa Passos
A grande dependência mundial de combustíveis fósseis traz consigo sérios problemas ambientais, sendo necessário o desenvolvimento de novas tecnologias a partir de fontes de energia limpa e renovável. Neste estudo, objetivou-se desenvolver um dispositivo fotoeletroquímico, baseado na heterojunção do Vanadato de Bismuto (BiVO4) dopado com Tungstênio (W) e Pentóxido de Vanádio (V2O5), para a clivagem da água em H2 e O2. Foram produzidos sete diferentes fotoanodos baseados em W-BiVO4 e V2O5. A fotoatividade desses fotoanodos foi investigada na reação de oxidação fotoeletroquímica da água sob irradiação de luz visível. As propriedades estruturais, morfológicas e ópticas dos fotoanodos foram avaliadas por Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia UV-vis. As imagens TEM e MEV mostraram que a estrutura de heterojunção foi sintetizada com sucesso, e os padrões DRX mostraram picos característicos indexados à forma monoclínica do W-BiVO4 e V2O5 ortorrômbico. Os espectros UV-vis mostraram que os filmes absorvem luz na região do visível com bandgap na ordem de 2,3 e 2,5 eV para o V2O5 e W-BiVO4, respectivamente. O desempenho fotoeletroquímico foi realizado por voltametria cíclica, cronoamperometria, potenciometria e espectroscopia de impedância eletroquímica, mostrando resultados surpreendentes para as heterojunções formadas, respondendo efetivamente à excitação com luz, com excelentes densidades de fotocorrentes geradas, demonstrando que a heterojunção W-BiVO4/V2O5 desempenha um papel importante nos comportamentos cinéticos (incluindo separação, transporte e recombinação) de cargas fotogeradas. Diante disso, os semicondutores se apresentam como materiais com grande potencial para aplicação em fotoeletrocatálise.
Determinação das propriedades celulolíticas de micro-organismos selvagens isolados sob plantações de eucalipto no cerrado mineiro visando a produção de bioetanol
(UFVJM, 2019) Menezes, Farley Souza Ribeiro; Laia, Marcelo Luiz de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Laia, Marcelo Luiz de; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Santos, José Barbosa dos; Lopes, Emerson Delano; Melo, Rogério Alexandre Alves de
O aumento da demanda por biocombustíveis tem impulsionado o desenvolvimento de novas tecnologias de produção de etanol e provocado a busca por fontes renováveis de produção deste biocombustível visando mitigar os efeitos causados pelos combustíveis fósseis ao meio ambiente e evitar uma futura carência. O uso de biomassa celulósica para produção de etanol de segunda geração tem se mostrado alternativa vantajosa sendo necessária a utilização de enzimas do complexo celulase produzidas pelos microrganismos decompositores. Esses micro-organismos são capazes de converter a celulose em unidades de açúcares fermentescíveis, podendo gerar etanol. Para este trabalho, foram selecionados cinco micro-organismos potenciais produtores para avaliação da expressão de endoglucanase e β-glicosidase em meio líquido, com índices de atividade enzimática: 22, 10.33, 7.33, 5.33 e 5.44, cedidos pelo Laboratório de Genética e Biotecnologia Florestal da UFVJM. A produção em meio líquido alcançou aproximadamente 0,2 U.mL-1 de endoglucanase e 0,035 U.mL-1 de β-glicosidase. Em seguida, procedeu-se à identificação molecular destas cinco espécies selecionadas, onde foram identificadas as bactérias IM32-90 como Xanthobacter flavus, IM32-91 como pertencente à família Methylobacteriaceae, IM1-74 da família Xanthobacteraceae, IM25-9 da família Streptomycetaceae e IM1-5 da família Paenibacilaceae. IM32-91 foi utilizado para comparar a produção de endoglucanase e β-glicosidase utilizando carboximetilcelulose, celulose microcristalina e casca de eucalipto prétratada por moagem, e posterior otimização do processo de produção das enzimas analisando as variáveis temperatura e pH. A carboximetilcelulose se mostrou mais eficiente quanto à produção das celulases, mostrando diferença significativa sobre celulose microcristalina e casca de eucalipto em pó. A melhor condição de produção de endoglucanase foi observada em temperatura 28°C e pH 6,0 (0,250 U.mL-1) e β-glicosidase em pH 5,0 temperatura 28°C.
Diversidade genética em progênies de macaúba
(UFVJM, 2017) Vieira, Flavia Campos; Laia, Marcelo Luiz de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Laia, Marcelo Luiz de; Vanzela, Ana Paula de Figueiredo Conte; Evaristo, Anderson Barbosa; Guimarães, Amanda Gonçalves; Titon, Miranda
A macaúba ainda vem sendo explorada de forma extrativista e devido ser uma espécie de ampla utilidade tem despertado grande interesse socioeconômico por conta da produção de óleos vegetais e por sua importância ambiental. Entretanto, há uma grande dificuldade ao se estudar a espécie já que existe enorme variabilidade genética dentro do que se convencionou chamar de Acrocomia aculeata. Portanto, o objetivo do presente estudo foi investigar os padrões filogeográficos e a diversidade genética em progênies de macaúba. Foram coletadas 42 amostras foliares no Banco Ativo de Germoplasma de Macaúba da Universidade Federal de Viçosa, localizado no município de Araponga/MG, oriundas de cinco estados do Brasil. O DNA genômico total das amostras foi extraído e, posteriormente, amplificado através da PCR. Para estudos filogeográficos e filogenéticos foram utilizados marcadores nucleares plastidiais para as regiões ribossomais ITS e marcadores universais para as regiões não codificadoras do cpDNA. Já para a diversidade genética utilizou-se marcadores SSR específicos para a macaúba. Para a análise dos dados gerados a partir do cpDNA, ITS e SSR, uma matriz binária (presença ou ausência de bandas), o método de UPGMA para a construção do dendrograma foram usados com o auxílio do programa estatístico R e o método de Tocher. Na análise filogegráfica, observou-se dissimilaridades moleculares que podem ter contribuído para as diferenças morfológicas entre indivíduos. Embora tenham formado agrupamentos com progênies de regiões geográficas distantes, pode indicar que tenham similaridade genética. Para os marcadores microssatélites, os métodos utilizados agruparam as 42 progênies em vinte e sete e dezesseis grupos, pelos métodos UPGMA e agrupamento de Tocher, respectivamente, o que se pode inferir que houve diversidade genética entre as 42 amostras de macaúba.
Eficiência na produção das matérias-primas vegetais exploradas para o Biodiesel no Brasil
(UFVJM, 2022) Silva, Simão Pereira da; Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Pantoja, Lílian de Araújo; Santos, Alexandre Soares dos; Louzano, João Paulo de Oliveira; Costa, Renildo Ismael Félix da
O Brasil para cumprir seus compromissos da Conferência das Partes da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança Climática (Paris/2015 e COP/2021) estabeleceu metas anuais de descarbonização para o setor de combustíveis. Esta pesquisa analisa a eficiência na produtividade das matérias-primas vegetais (MPV), oleaginosas (soja, milho, algodão, amendoim, dendê, girassol e canola) cultivadas em diferentes regiões do país, e que integram a base da produção do biodiesel no Brasil. Os dados foram tratados sob a técnica de análise da eficiência denominada Análise Envoltória de Dados (Data Envelopment Analysis - DEA) com retorno variável à escala e orientação produto. Na estimação, o output foi a produtividade (kg/ha), e os inputs foram os insumos utilizados na produção agrícola, coletados de abril a outubro/2021 nas plataformas digitais oficiais. Dos 23 municípios produtores de soja, 13 obtiveram eficiência máxima (56% da amostra), e o alcance da eficiência pelos outros 10 requer a diminuição de 13%, em média, nos insumos MJS (máquinas, juros e serviços) e SMFA (sementes/mudas, fertilizantes e agrotóxicos) e aumento de 16%, em média, na produtividade. Dos 19 municípios produtores de milho, 06 são eficientes, (31%). O alcance da eficiência pelos 13 municípios ineficientes restantes implica em diminuir em 11%, em média, os insumos SMFA e MDE (manutenções, depreciações e encargos) e aumento da produtividade em 21%, em média. Nos sete municípios produtores de algodão em plumas (beneficiado), a produtividade chega a 1/3 da produtividade do algodão em caroço. Os cinco produtores de caroço de algodão são eficientes, o que indica aos produtores de plumas de algodão a necessidade do aumento de 65 a 200% na produtividade para alcançar um nível igual de eficiência. Além disso, seria necessário eliminar em 39% as folgas em todos os insumos, sendo estes em média: 31% em MJS, 45% em SMFA, 22% em MDE e 13% em RF (renda de fatores). No caso do amendoim, 10 municípios são eficientes (37%). Para alcançar a eficiência, os outros 17 municípios precisam reduzir seus insumos variáveis MJS (8% em média) e SMFA (12% em média), e aumentar em torno de 30% a produtividade. No dendê, oito municípios são eficientes e dois podem alcançar a eficiência mediante redução de 11% nos insumos SMFA e de 9% nos insumos MDE, com aumento da produtividade em 18%. No caso do girassol, sete municípios são eficientes e três requerem redução de 30%, em média, nos insumos MJS e SMFA, e aumento de 9,5% na produtividade para alcançar a eficiência. Na canola, sete municípios têm eficiência e três requerem ajustes nos insumos MJS (6% em média) e SMFA (25% em média), e aumento de 16% na produtividade para chegar à eficiência. Em termos de rendimento das MPV analisadas, o dendê apresentou os melhores valores, 25.780 kg/ha, seguido pelo milho (5.760 kg/ha) e pelo algodão em caroço (4.290 kg/ha). Estas três MPV possuem os menores custos com SMFA dentre as MPV analisadas, sendo o dendê a única MPV cujos custos com SMFA são menores que os custos com MJS (ambos custos variáveis), ademais oferta dois tipos de óleos: o óleo de palma extraído da polpa (mesocarpo) e o óleo de palmiste extraído da amêndoa (endocarpo). Nas demais MPV os custos dos insumos variáveis com SMFA desequilibram em medidas distintas, mas de forma prevalente a eficiência na produtividade. Os dados obtidos apontaram que dentre as MPV analisadas, a soja não é, do ponto de visa ambiental, a melhor escolha para a produção do biodiesel quando comparada com as demais MPV, pois, possui um dos menores rendimentos em óleo por kg/ha (51%) e o menor balanço energético (1,3:1), mas é a MPV cuja escala de produção possibilitou a expansão histórica da cadeia produtiva do biodiesel. O milho tem rendimento kg/ha de 14,17% e balanço energético de 1,42:1, e o algodão tem rendimento kg/ha de 45% e balanço energético de 1,77:1. Estes também possuem alta escalabilidade de produção. O girassol é o primeiro em rendimento kg/ha (1.032), mas o dendê além de ser o segundo melhor rendimento em kg/ha (280) e o melhor balanço energético (5,6:1), gera dois tipos de óleos (o de palma do mesocarpo e o de palmiste do endocarpo), entretanto, há limitações de natureza logística quanto à sua extração e industrialização do seu óleo.
Estudos de novos materiais: preparação de carvão vegetal a partir de Acrocomia aculeata e sua aplicação na purificação de glicerol
(UFVJM, 2023) Freitas, Milton de Souza; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
O trabalho teve como objeto o desenvolvimento de processos para a síntese de carvão ativado a partir do endocarpo do fruto de macaúba (Acrocomia aculeata) e seu uso para purificação de glicerol bruto obtido por transesterificação de triacilglicerídeos em óleos e gorduras residuais de fritura. O carvão foi sintetizado por ativação química empregando o cloreto de zinco com agente ativante e suas propriedades superficiais foram mensuradas por adsorção e dessorção de nitrogênio, sendo que, a área superficial foi igual a 627 m2.g−¹ e o volume de poros igual a 0,39 m3.g−¹, onde o diâmetro médio de poros foi de 2,5 nm. Além disso, os sítios Bronsted foram de 118,23 μmol.g−¹ e sítios Lewis foram de 104,86 μmol.g−¹. Assim, o glicerol bruto, após pré-tratamento, foi purificado por adsorção em coluna de leito fixo de carvão ativado, atingindo o grau de pureza de 95,99%. O carvão ativado também está sendo empregado para extração e obtenção de carotenoides e experimentalmente foi demonstrado que estes compostos estão ausentes ou em baixa concentrações no glicerol obtido a partir de óleos e gorduras residuais de fritura, sendo que, estã sendo conduzidos experimentos laboratoriais para verificar sua capacidade adsortiva para a extração de carotenoides a partir de óleos vegetais. Embora o tema deste trabalho seja focado a produção do carvão ativado, purificação do glicerol bruto e obtenção e extração de carotenoides, foram realizados trabalhos paralelos que resultaram em publicações no meio científico com abordagem em produção de álcool em gel glicerinado contendo compostos bioativos, síntese de éteres a patir de glicerol com potencial como aditivos de combustíveis e biocombustíveis, produção de carvão ativado e impacto ambiental, sínteses orgânicas empregando o catalisador sólido de sílica sulfonada, SiO2-SO3H, com ênfase na produção de 5-hidroximetil-2-furfural por desidratação de D-frutose, transesterificação-esterificação em tandem para produção de salicilato de metila a partir de ácido acetilsalicílico por irradiação de microondas e transesterificação de triacilglicerídeos empregando este catalisador isoladamente ou com sais de amônio quaternário em tolueno ou DMSO. Outrossim, foram produzidos trabalhos sobre aplicações de salicilato de metila e de reações de cetonas e poli-álcoois em auto-aldolização e cetalização sob irradiações de microondas. Diante os vários trabalhos produzidos, esta tese foi desenvolvida em capítulos, sendo o primeiro sobre a produção de carvão ativado, sua aplicação para purificação de glicerol bruto e extração de carotenoides. Por outro lado, dentre os trabalhos produzidos, para o capítulo dois adotou-se a síntese de 5-hidroximetil-2-furfural, empregando o catalisador de sílica sulfonada, SiO2-SO3H, em DMSO e sob irradição de microondas, sendo este produto um excelente bloco de construção para compostos de interesse industrial. Finalmente, o capítulo três trouxe anexo as produções científicas e perspectivas futuras, concluindo esta tese.
Etanol de segunda geração utilizando sorgo biomassa (Sorghum bicolor)
(UFVJM, 2019) Almeida, Luciana Gomes Fonseca de; Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Santos, Alexandre Soares dos; Parrella, Rafael Augusto da Costa; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Parrella, Rafael Augusto da Costa; Laia, Marcelo Luiz de; Vieira, Flavia Campos; Lopes, Emerson Delano; Simeone, Maria Lúcia Ferreira; Costa, Márcia Regina da
Em um contexto de mudanças climáticas, alinhado com a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, os biocombustíveis integram a diversificação da matriz de transporte, contribuindo para o suprimento de energia de forma segura, acessível e ambientalmente responsável. Apesar de o Brasil ser o segundo maior produtor global de etanol, ainda requer a diversificação de culturas bioenergéticas. Além disso, a composição lignocelulósica da biomassa e a capacidade de desconstrução da parede celular vegetal, também são extremamente importantes para indicar uma cultura potencial para o mercado de bioenergia. Esta composição físico-química pode ser diferenciada entre espécies, manejo cultural e até mesmo em diferentes partes da mesma planta. Nesse cenário, o sorgo biomassa (Sorghum bicolor (L.) Moench) apresenta-se como potencial matéria prima para a produção do etanol de segunda geração. O sorgo é uma planta C4, de dias curtos e com altas taxas fotossintéticas, além de ter a vantagem de adaptação a diversos ambientes, permitindo o desenvolvimento e expansão da cultura em regiões de cultivo com distribuição irregular de chuvas. Dessa forma, objetivou-se com este estudo identificar genótipos de sorgo biomassa com potencial agronômico e composição lignocelulósica favorável ao desenvolvimento do etanol de segunda geração. Foram cultivados cinco híbridos de sorgo biomassa, nos municípios de Sete Lagoas e Couto de Magalhães de Minas, nas safras 2015/2016 e 2016/2017. A composição lignocelulósica da biomassa in natura de cada material, e após os pré-tratamentos, foram determinadas para verificação futuras de melhores rendimentos de etanol. O pré-tratamento ácido foi realizado com ácido sulfúrico (H2SO4), enquanto para o pré-tratamento alcalino foi utilizado solução de hidróxido de sódio (NaOH). Dentre os materiais avaliados, dois híbridos mutantes de sorgo biomassa de nervura marrom “bmr” foram testados comparativamente a três híbridos de sorgo biomassa convencionais. Entre os caracteres agronômicos, constatou-se diferença na produtividade, sendo o híbrido BRS716 o mais produtivo, com produção de massa verde (PMV) de 98,41 t ha-1 e produção de massa seca (PMS) de 33 t ha-1. O híbrido de sorgo biomassa de nervura marrom bmr 2015B002 também apresentou valores considerados altos, com um PMV de 81,03 t ha-1. Em relação à composição lignocelulósica da biomassa in natura, os híbridos de nervura marrom bmr 2015B002 e 2015B003 se destacaram, apresentando teores de lignina significativamente menores (4,63%) em relação aos híbridos convencionais (7,15%). Verificou-se que os pré-tratamentos foram eficientes na remoção de lignina, constatando teores próximo de zero para os genótipos 2015B002 e 2015B003. A lignina é um composto polifenólico que interfere de maneira negativa no processo de sacarificação, uma vez que dificulta a ação das enzimas ao complexo celulósico. Os resultados demonstraram que o tratamento ácido seguido por base apresentou o melhor rendimento após a hidrólise enzimática, corroborado pelas análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise de índice de cristalinidade (DRX) e Análise Térmica (TG), que demonstraram a modificação estrutural desejável. Os melhores rendimentos de hidrólise foram obtidos a partir dos materiais pré-tratados, sendo o tratamento ácido seguido de base o que obteve os melhores resultados. Os genótipos avaliados nos dois ambientes apresentaram desempenho semelhante, podendo ser recomendado para as duas regiões. Não houve interação entre híbridos e ambiente, para todos os caracteres avaliados. A produção de bioetanol de segunda geração para os híbridos avaliados variou entre 6.612 a 11.838 litros por hectare, por ciclo de 180 dias. O sorgo biomassa bmr 201556B002 apresentou melhor rendimento de hidrólise, para os dois tipos de sacarificação utilizados, quando comparados aos genótipos convencionais.
Isolamento, seleção, identificação e caracterização de microalgas dulcícolas para a produção de biodiesel e bioetanol
(UFVJM, 2019) Monção, Fernanda Silva; Pantoja, Lílian de Araújo; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Pantoja, Lílian de Araújo; Benassi, Vivian Machado; Macedo, Alice Lopes; Gonçalves, Daniel Bonoto; Lopes, Emerson Delano
O presente trabalho teve por objetivos isolar, identificar, selecionar e caracterizar microalgas, contribuindo assim com informações sobre o uso destas para produção de biocombustíveis de 3a geração. Além destes, foi alvo de estudo aumentar a produção de biomassa e dos teores de carboidratos e lipídios utilizando a glicerina como fonte de carbono para os cultivos mixotróficos e heterotróficos das microalgas previamente selecionadas. Visando uma maior produção de biomassa e compostos energéticos, os isolados foram cultivados em nove diferentes meios de cultura, com várias combinações de nutrientes e vitaminas. Sequencialmente, a microalga com melhor produção de biomassa e lipídios foi selecionada para testes em cultivos mixotróficos e heterotróficos, operados em batelada simples e alimentada utilizando diferentes combinações de concentrações de glicerina e NaNO3, em escala laboratorial. Após observar os melhores resultados, foi selecionada a melhor condição para produção de biodiesel que foi caracterizado qualitativamente. Foram identificados 3 gêneros, a Chlorella sp., a Desmodesmus sp. e a Phormidium sp.. As melhores produtividades de carboidratos foram encontradas nas microalgas Chlorella sp. e Phormidium sp. com 1,0 kg (m3)-1 ano-1, enquanto que a maior produtividade lipídica foi alcançada com a Chlorella sp. com 0,7 kg (m3)-1 ano-1, ambas no meio CHU. Considerando esses resultados a Chlorella sp. se destacou como uma importante produtora de carboidratos e lipídios, sendo selecionada para os novos cultivos. A condição de cultivo que proporcionou a melhor produtividade de biomassa foi encontrada no experimento AlgB23H, apresentando média de 150,4 Kg (m3)-1 ano-1 e, no experimento Alg23M que apresentou a maior concentração de lipídios com 28,1 Kg (m3)-1 ano-1. Desta forma, este estudo demonstrou a possibilidade de utilização da glicerina, subproduto do biodiesel, como fonte de carbono para promover o crescimento e maior acúmulo de lipídios da Chlorella sp e, que a condição mais promissora foi aquela resultante do uso combinado das fontes de carbono e nitrogênio. Quanto ao perfil graxo da Chlorella sp. foram encontrados diferentes ácidos graxos, os quais variaram de 12 a 18 átomos de carbono e, entre estes, houve a predominância de ácidos graxos monoinsaturados. O aproveitamento da glicerina como fonte de carbono foi satisfatório não só pelos resultados em produção de biomassa e lipídios, mas também por contribuir na reutilização de matériasprimas não convencionais para o cultivo de microalgas.
Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel
(UFVJM, 2017) Macedo, Alice Lopes; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Pasa, Vânya Márcia Duarte; Verly, Rodrigo Moreira; Nelson, David Lee
A crescente demanda global por combustíveis líquidos para transporte, geração de eletricidade, atividade industrial e produção agropecuária tem imposto planejamento de ações direcionadas ao uso de fontes ambientalmente limpas de energia. Os derivados da biomassa são alternativas econômica e tecnicamente viáveis aos de origem fóssil, não renovável, ora dominantes na matriz energética global. O biodiesel, líquido formado por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, é adequado à operação em motores de combustão interna de ciclo Diesel, em substituição ou em complemento ao petrodiesel, ou em outras máquinas térmicas. O propósito central do presente trabalho foi o desenvolvimento de um catalisador sólido economicamente viável, quimicamente eficiente e ambientalmente limpo para a produção de biodiesel via processos de transesterificação de triacilgliceróis dos óleos de macaúba ou de soja, com metanol. Foi preparado o catalisador heterogêneo baseado em iodeto de potássio impregnado em sílica amorfa (SiO2; derivada de areia da construção civil) e misturada a um componente magnético sintético (maghemita, γFe2O3). As estruturas química, cristalográfica e hiperfina essenciais e as propriedades magnéticas dos materiais precursores e do catalisador sólido foram investigadas. O teor de ésteres e a composição dos biodieseis produzidos foram determinados por cromatografia de fase gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A composição química do catalisador, verificada por espectroscopias de energia dispersiva sob feixe de elétrons e por fluorescência de raios X (FRX), confirmou a ocorrência de Si, Fe, K, e I. As áreas específicas BET encontradas para os componentes individuais, SiO2, γFe2O3 e do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, foram 352, 102, e 19 m2 g-1, respectivamente. A significativa redução da área específica do catalisador aponta que os componentes foram efetivamente impregnados no suporte. A morfologia das partículas visualizadas por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão revela a textura esponjosa do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, similarmente ao suporte de sílica; o óxido de ferro magnético aparece como material altamente organizado, cristalino, disperso no suporte. Os dados Mössbauer e da magnetometria do óxido de ferro magnético puro e no catalisador confirmam ser a maghemita, resultando em uma magnetização de saturação do catalisador de 4,6 emu g-1. O catalisador SiO2/KI/γFe2O3, usado na transesterificação de triacilgliceróis, na proporção em massa em relação ao óleo da amêndoa de macaúba de 4,5% e razão molar óleo:metanol de 1:35, levou à produção de 94,3 massa% de ésteres, após 8 h de reação. Foi experimentalmente observado que a maghemita tem comportamento químico-catalítico sinérgico com os demais componentes do catalisador. O SiO2/KI/γFe2O3 foi reutilizado em seis reações consecutivas com óleo de soja, na mesma proporção do catalisador e razão molar óleo:metanol de 1:35, com rendimentos de 94,5% e tempo reacional de 110 min, para o primeiro ciclo, e de 61,2% e 150 min, para o último ciclo. O catalisador, antes e após cada ciclo de reuso, e as alíquotas das reações foram analisados por FRX, que mostrou que não há perda significativa dos componentes do catalisador. Os resultados demonstram uma perspectiva tecnológica que permite redução substantiva do volume de efluentes poluentes e utilização de diferentes matérias-primas oleaginosas de alto potencial para a produção de biodiesel.
Obtenção de produtos de alto valor agregado por rota biotecnológica utilizando fungos filamentosos
(UFVJM, 2019) Barata, Suedali Villas Bôas Coelho; Vanzela, Ana Paula de Figueiredo Conte; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Vanzéla, Ana Paula de Figueiredo Conte; Cardoso, Valéria Macedo; Santos, Ricardo Salviano dos; Lopes, Emerson Delano; Arrudas, Sônia Ribeiro
Buscando uma solução para a problemática do descarte de glicerol, um coproduto do biodiesel na natureza, diversas pesquisas estão sendo realizadas, a fim de viabilizar seu uso como matéria-prima alternativa para a obtenção de produtos industriais. O uso de glicerol como fonte de carbono para os fungos filamentosos é de grande interesse para a obtenção de produtos de alto valor agregado como os ácidos orgânicos e enzimas. Dessa forma, para estimular a produção de ácidos orgânicos e L-asparaginase no Brasil, desenvolvendo processos produtivos biotecnológicos viáveis, uma das premissas é estabelecer a produção a partir de substratos alternativos. Os ácidos orgânicos são substâncias que servem como acidulantes e contribuem com a cor, aroma e gosto de bebidas e outros alimentos, bem como são utilizados em alguns medicamentos. Já a L-asparaginase é uma enzima que catalisa a reação de degradação da L-asparagina em L-aspartato e amônia. É uma enzima utilizada na indústria alimentícia para evitar a formação de acrilamida nos alimentos. Na indústria farmacêutica é aplicada como agente terapêutico para o tratamento de leucemia linfoblástica aguda. O objetivo desse trabalho foi verificar o potencial das linhagens Aspergillus tubingensis AN1257 e Aspergillus niger 10v10 para a conversão de glicerol a ácidos orgânicos e de Fusarium sp. T22.2 para a conversão de glicerol a L-asparaginase. A secreção de ácidos pelas linhagens acima citadas foi avaliada em meio sólido, variando-se a fonte de carbono (glicerol ou sacarose) e o pH. Aspergillus tubingensis AN1257 apresentou boa acidogênese em pH 4, em meio suplementado com sacarose ou glicerol. O cultivo de AN1257 foi conduzido também em bioprocessos submersos, sendo a secreção de ácidos evidenciados pela diminuição progressiva do pH, conforme determinado por titulometria. A análise dos filtrados por cromatografia líquida de alta eficiência mostrou que AN1257 produziu 13,6 g. L- 1 de ácido málico nos processos submersos suplementados com sacarose. A produção desse ácido orgânico por rota biotecnológica abre perspectiva para o desenvolvimento de processos mais viáveis economicamente do que a produção atual, baseada na obtenção a partir do petróleo. Outros ácidos de elevado valor agregado também foram produzidos em menor quantidade. Fusarium sp. T22.2 produziu elevada atividade de L-asparaginase em meio líquido suplementado com glicerol e em pH 6. Os resultados obtidos confirmam o valor das linhagens estudadas para o desenvolvimento de processos biotecnológicos com a finalidade de obter substâncias de alto valor agregado a partir da bioconversão de glicerol e sacarose.
Produção de etanol de segunda geração a partir de aguapé (Eichhornia crassipes)
(UFVJM, 2019) Teixeira, Daniel de Azevedo; Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Santos, Alexandre Soares dos; Pantoja, Lílian de Araújo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Costa, Alexandre Sylvio Vieira da; Aguilar, Naidilene Chaves; Almeida, Ivan Carlos Carreiro; Almeida, Rafael Alvarenga; Rodrigues, Jairo Lisboa
A Aguapé é uma planta macrófita aquática considerada como biomassa lignocelulósica A composição química do Aguapé apresenta-se em teores consideráveis de celulose e hemicelulose, e baixos teores de lignina, o que configura como potencial substrato para a produção de etanol. O presente estudo tem por objetivo desenvolver uma tecnologia para a produção de etanol de segunda geração a partir da biomassa de Aguapé. No intuito de alcançar os objetivos propostos, foi realizada a caracterização química da biomassa de Aguapé, posteriormente etapas de pré-tratamento ácido e alcalino, otimização do pré-tratamento ácido sacarificação, fermentação e destilação. Inicialmente foi determinada a composição centesimal da Aguapé, indicando a presença de 32,50% de celulose, 28,61% de hemicelulose e 7,46% de lignina. Dentre as diferentes formas de pré-tratamento analisadas, o pré-tratamento ácido apresentou melhor desempenho no processo de sacarificação apresentando cerca de 46,16% de rendimento na conversão de açucares redutores. A otimização do pré-tratamento ácido foi aplicado um Planejamento Fatorial através de delineamento composto central rotacional. O programa STATISTICA Versão 8.0 (Statsoft Inc., Tulsa) foi utilizado para análise dos dados. O pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído resultou na remoção de pelo menos 81% da hemicelulose presente na Aguapé e 87% da conversão de açúcares redutores. A sacarificação e fermentação separada demonstrou maior eficiência em comparação ao processo de sacarificação e fermentação simultânea, apresentando melhor conversão de açucares utilizando o coquetel enzimático Cellic CTec2®. O hidrolisado enzimático submetido à sacarificação e à Fermentação, separadamente, com Saccharomyces cerevisiae apresentou um YP/S de 0,50 com 2,62g/L de álcool no mosto fermentado. Os dados obtidos indicaram que a Aguapé avaliada apresenta elevado potencial para produção de etanol de segunda geração.