PPGBIO - Doutorado em Biocombustíveis (Teses)
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Item Valorização da cadeia produtiva da Macaúba (Acrocomia aculeata): desenvolvimento de modelos de negócio sustentáveis(UFVJM, 2022) Rodolfo, George Henrique Merino; Nelson, David Lee; Roa, Juan Pedro Bretas; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Nelson, David Lee; Borges, Alexandre Walmott; Souza, Sara Gonçalves Antunes de; Lopes, Emerson Delano; Trojbicz, BeniNos tempos recentes, a política nacional de biocombustíveis tem recebido bastante atenção com o renovado interesse pela questão ambiental e pela diversificação da matriz energética. Assim, as buscas por fontes viáveis para o fornecimento de insumos para a cadeia estimulam a retomada das iniciativas para a produção de biodiesel. Este é um estudo exploratório que tem como objetivo estimar a quantidade de óleo vegetal e coprodutos que podem ser obtidos da Palmeira Macaúba (A. aculeata). Para obtenção das estimativas, foram considerados a implantação de sistemas agroflorestais com essa palmeira em Áreas de Reserva Legal-ARL no Vale do Jequitinhonha em Minas Gerais e o possível impacto no PIB Regional decorrido o tempo de início de produção. A partir das informações do Censo Agropecuário, foi levantado o quantitativo de áreas para composição de ARL’s e, com base em referenciais da literatura, foi estimado o volume esperado de produção de cocos de Macaúba in natura e também na forma de óleo vegetal. Os resultados apontam a expectativa de que, após o tempo de desenvolvimento e início da produção, sejam obtidos incrementos ao PIB do Vale do Jequitinhonha de cerca de R$ 2,2 bilhões anuais com a comercialização dos frutos. Empreendimentos baseados na implantação da Macaúba para recuperação de áreas degradadas são viáveis nos parâmetros estudados e apresentam retorno de capital em 6 anos.Item 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 QueirozNeste 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.Item 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 DelanoO 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.Item 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 daEm 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.Item 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 PinheiroO 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.