Dissertations / Theses: 'Biogas utilisation'

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Lamond, Alexander Robert. "Techno-economic and carbon emissions analysis of biogas utilisation systems in the UK." Thesis, University of Nottingham, 2018. http://eprints.nottingham.ac.uk/50376/.

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Abstract:

Biogas is a renewable and carbon neutral fuel, that can help the UK meet its increasing energy demand, while simultaneously reducing the net greenhouse gas emissions. All the biogas utilisation routes modelled, return positive avoided greenhouse gas (GHG) emissions. Biogas to combined heat and power (CHP) returns higher avoided emissions than biogas upgrading to biomethane and injection into the gas grid across the entire heat utilisation range (0% to 100%). The current renewable energy incentives, offered by the UK government, allow utilising biogas via either CHP, or biomethane production to return positive net present values (NPV). A theoretical membrane with improved separation properties (termed "future" membrane) allows reduction in energy consumption and increase in NPV. The future membrane returns positive net present values without the aide of subsidies, however, subsidies are required in order to compete with biogas to CHP. When 2014 subsidies were applied (7.7 pence/kWh of biomethane), the future membrane returned a higher NPV (£28.3million) than biogas to CHP (£27.5million). The proposed development fuel maximum buy-out for biogas derived transport fuels would make the minimum selling point (MSP) of upgraded biogas transport fuel lower than diesel by 2-10 pence/kWh. Enriching biogas with natural gas is a lower cost method of achieving a gas mix that complies with internal combustion engine specifications than upgrading biogas with either current membranes, or future membranes. However, the renewable fraction of the final transport fuel would only contain a maximum renewable energy fraction of 30%, if enriching biogas with natural gas. The largest overall contributor to producing biogas derived transport fuel is the cost of producing biogas.

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Samuel, Adam. "Biogas upgrading and solvent regeneration in monoethanolamine and ionic liquids for carbon dioxide utilisation." Thesis, University of Sheffield, 2014. http://etheses.whiterose.ac.uk/9364/.

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Abstract:

Biogas is a renewable energy source, consisting primarily of methane and carbon dioxide (CO2), which can be upgraded by stripping the CO2 to produce biomethane. One of the standard industrial solvents used in biogas upgrading is monoethanolamine (MEA). Despite the effective CO2 capture capability of MEA, it is energy intensive to regenerate since it requires heating the solvent to approximately 120 oC. Additional issues with MEA include material losses due to degradation and evaporation. This work investigates methods for improving the biogas upgrading process by utilising microbubbles and comparing ionic liquid solvents to MEA. It is also examined whether CO2 can be released from a solvent with high enough purity to be utilised directly in conjunction with carbon dioxide utilisation (CDU) processes. The study experimentally investigates factors influencing bubble size and absorption of CO2 by ionic liquids with a view to biogas upgrading. It was found that bubble size in the majority of ionic liquids tested was far greater than that in aqueous glycerol mixtures of similar viscosity; however, three of the ionic liquids tested had a similar bubble size. Further analysis showed that rather than viscosity, the surface tension of the ionic liquid has the most significant influence on bubble size due to its stabilising effect on the homogeneous regime in bubble columns. 30 wt.% aqueous MEA solution was shown to have a significantly greater rate of mass transfer than the ionic liquids tested due to its greater absorption capacity, greater diffusivity and tendency to form smaller bubbles. Of the ionic liquids tested, the greatest absorption capacity was exhibited by [C2mim][NTf2] and the greatest volumetric mass transfer coefficient by [C2mim][EtSO4].

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Rojas, Devia Carolina. "Biogaz en vue de son utilisation en production d'énergie : séparation des siloxanes et du sulfure d'hydrogène." Phd thesis, Ecole des Mines de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00824324.

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Abstract:

Ce travail présente une étude de procédé de traitement des siloxanes et de l'H2S appliqué à la purification des biogaz. Une approche bibliographique montre l'intérêt de développer de nouveaux procédés de traitement à faible coût pouvant s'intégrer facilement dans une filière complète de purification des biogaz. Une partie de l'étude est consacrée aux possibilités de traitement par transfert gaz-liquide dans des huiles. Cette technique est comparée à un procédé plus classique de traitement par adsorption sur charbon actif. Les résultats ont montré que ces 2 techniques étaient complémentaires, l'absorption dans une huile utilisée pour le traitement de fortes concentrations et l'adsorption sur charbon actif en traitement definition. Une autre partie de l'étude a été consacrée au traitement de l'H2S. Les niveaux d'abattement requis étant de plus en plus bas, l'approche choisie est celle d'un traitement definition en complément des traitements principaux classiques. Le procédé étudié est celui d'un système par physi-adsorption sur charbon actif en tissu pre-humidifié. Celui-ci est régénéré in situ par chauffage électrique direct et mise en dépression du réacteur. L'étude des conditions opératoires a permis d'établir des paramètres de régénération et des conditions de traitement permettant de réaliser des cycles pérenne. L'intérêt réside ici dans les conditions douces de température et de pression utilisées pour la régénération.

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Laperrière, Wendy. "Évaluation des limites d'un digesteur biogaz pour une utilisation flexible dans un réseau local de production d'énergie." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT068/document.

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Abstract:

Avec l’augmentation de la part des énergies renouvelables intermittentes (solaire et éolien) dans les mix énergétiques, des problèmes dans la stabilité de la fourniture d’électricité peuvent se présenter. La solution pour compenser ces fluctuations réside dans la production flexible de biogaz. Le biogaz peut en effet être stocké puis utilisé en période de demande; sa production doit donc être assurée de manière flexible, contrairement à ce qui est fait actuellement sur la majorité des digesteurs. L’objectif de la thèse était d’étudier et de déterminer les limites de digesteurs biogaz en fonctionnement flexible. Trois réacteurs de 15L, alimentés avec trois mélanges différents de deux substrats solides, ont été alimentés pendant 550 jours en fonctionnement flexible. Il a été démontré au cours de cette thèse que le fonctionnement flexible avec des surcharges organiques ponctuelles n’avait aucune incidence négative à long terme sur la production de méthane. La flexibilité instantanée a été définie comme la marge entre le maximum de production sur un réacteur et sa production de base. Elle a été fortement influencée par la charge de base du réacteur et par les cinétiques de dégradation des substrats utilisés en surcharge, mais très peu par l’intensité des surcharges appliquées. L’utilisation de substrats rapidement dégradables en surcharge a permis d’atteindre un maximum de production de 1 à 1,2 LCH4/Lréacteur.j dans les premières 24 heures, même sur des réacteurs alimentés de base avec du fumier, conduisant à des flexibilités allant de +92 à +150%. Ce plafond dépend de la vitesse d’hydrolyse des substrats et il peut être relevé en utilisant des composés plus simples à dégrader en surcharge (type glycérol). Un mode opératoire prêt à être validé sur des installations pilote a été défini ; il précise la démarche à suivre pour la détermination du maximum de production et le niveau de la charge de base à adopter, pour une flexibilisation optimale de la production de méthane sur les CSTR. Un modèle simple, basé sur deux vitesses de dégradation, a également été développé et proposé pour simuler un fonctionnement flexible sur un réacteur
With the increasing share of intermittent renewable energies in the electricity mix, some stability problems are expected in the grid. The solution consists in using biogas as buffer energy. Biogas can be stored, then used on-demand. As the storage is limited, biogas production should be flexible. The aim of this thesis was to study and determine the limits of anaerobic reactors in a flexible operation. Three 15L reactors, fed with three different mixtures of two solid substrates, were fed for 550 days in flexible operation. It was demonstrated in this thesis that flexible operation with one-off overloads had no negative impact on methane production on long-term. The flexibility was defined as the margin between the maximum production on a reactor and its baseload production. It was strongly influenced by the baseload of the reactor and the substrates used in overloads, but not by the intensity of the overloads applied. The use of readily degradable substrates in overloads allowed a maximum production of 1 to 1.2 LCH4/Lreactor.d to be achieved in the first 24 hours, even in reactors fed mainly with manure, leading to flexibility ranging from +92 to + 150%. This ceiling depends on the rate of hydrolysis of the substrates. It can be increased by using compounds that are of a simpler structure (glycerol for example). An operational strategy ready to be validated on pilot plants has been defined; it specifies the approach for the determination of the maximum production and the level of the baseload to be adopted, for an optimal flexibilization of the methane production on CSTRs. A simple model, based on two degradation rates, has also been developed to simulate flexible operation of anaerobic reactors

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Laycock, Christian J. "Studies into carbon deposition and sulphur tolerance of nickel catalysts for carbon dioxide reforming of methane : Implications for biogas utilisation." Thesis, Keele University, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.530766.

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Tramoni, Félicien. "Analyse du traitement et de la gestion durable des boues d’épuration en Corse. Proposition de solutions énergétiques alternatives, axées sur la méthanisation des boues avec production d’énergies, aux méthodes appliquées en Corse. Utilisation de l’outil d’aide multicritère à la décision dans le cadre du surclassement de ces nouveaux procédés." Thesis, Corte, 2015. http://www.theses.fr/2015CORT0019.

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Abstract:

La qualité des boues est directement liée à la qualité des étapes de traitement présentes au sein d’une station d’épuration. En termes de traitement et d’élimination des boues, nous observons de la part des acteurs locaux, une volonté d’abandon définitif et durable de la filière « dépôt en centre de stockage », étant donnée une règlementation et des plans régionaux (notamment le PREDIS de Corse), toujours plus exigeant en termes de valorisations des déchets industriels et spéciaux. Nous observons également un abandon progressif et programmé des pratiques relatives à l’épandage. En effet, l’épandage des boues d’épuration fait l’objet d’une vaste controverse qui met en avant les risques sanitaires et environnementaux qu’elle engendrerait sur les sols agricoles. Au sein de notre région, cette pratique est réalisée de manière non règlementaire. En Corse, les acteurs locaux semblent avoir optés pour la solution du compostage en vue de valoriser la production de boues d’épuration. En effet, près des 2/3 du tonnage annuel en MS de boues sont actuellement valorisés via cette filière. Le processus de compostage équivaut à une fermentation aérobie, faisant intervenir une multitude de micro-organismes. Cette filière de compostage, au même titre que l’épandage, a connu une forte expansion de son activité mais semble avoir des failles et des limites : problèmes de mauvaises odeurs ; règlementation de plus en plus exigeante ; et enfin surproduction de compost invendable aux vues de la demande. Une autre solution pourrait présenter des atouts supérieurs : la méthanisation avec production d’électricité et de chaleur par cogénération. Cette production d’énergies passe obligatoirement par la valorisation du biogaz produit par ce système. En effet, le biogaz est un mélange contenant principalement du méthane (50 à 70%) et du dioxyde de carbone Du fait d’une forte concentration en méthane, le biogaz est un bon fournisseur d’énergie (1m3 de biogaz a un pouvoir calorifique de 6 kWh soit l’équivalent de 0,6 l de fuel). Pour produire de l’électricité, le processus de méthanisation doit être couplé à un moteur à cogénération ou à plusieurs microturbines. EDF a alors l’obligation de racheter l’électricité produite à un prix se situant entre 11 et 14 centimes d’euros/kwh., Après 15 ans, le rachat du kwh produit se fait aux taux proposés par EDF. En Corse, seulement une station d’épuration est équipée d’un digesteur couplé en série à cinq microturbines, produisant de la chaleur et de l’électricité par cogénération : La station de traitement des eaux usées de Campo Dell’Oro à Ajaccio. Ce procédé de valorisation énergétique pourrait être amélioré via le remplacement à terme, des microtubines par un moteur à cogénération. Une AMCDP a notamment permis de surclasser cette technologie vis-à-vis des microturbines, beaucoup moins efficaces en termes de rendement mais aussi de fonctionnement. L’équipement des stations d’épuration de plus fortes capacités en Corse, de digesteurs associés à un moteur à cogénération pourrait être une solution durable à la problématique de la valorisation énergétique des boues
Sludge quality is directly related to the quality of of these processing steps present in a water treatment plant. In terms of treatment and disposal of sludge, we observe on the part of local actors, a willingness to permanent and lasting abandonment of the sector 'deposit in storage centre'', given a regional plans and regulations (including the PREDIS Corsica), increasingly demanding in terms of valuations of industrial and special waste. We also observe a gradual and planned abandonment of practices for spreading. Indeed, the spreading of sewage sludge is the subject of widespread controversy which highlights the health and environmental risks it would lead to agricultural soils. In our region, this practice is not carried out regulatory manner. In Corsica, the local actors seem to have opted for the solution of compost to enhance the production of sewage sludge. Nearly 2/3 of the annual tonnage MS sludge is currently valued via this pathway. The composting process is equivalent to an aerobic fermentation involving a multitude of microorganisms. This composting stream, as well as spreading, experienced strong expansion of its business but seems to have flaws and limitations: problems with odors; regulatory increasingly demanding; and finally overproduction unsaleable compost to the views of the application.Another solution could present higher advantages: anaerobic digestion with production of electricity and heat from cogeneration. . This energy production go through the biogas produced by this system. Indeed, the biogas is a mixture containing mostly methane (50 – 70 %) and carbon dioxide. Due to a high concentration of methane, biogas is a good energy supplier (1m3 biogas has a calorific value 6 kWh equivalent to 0.6 liters of fuel). To generate electricity, the anaerobic digestion process must be coupled to an engine cogeneration or several microturbines. EDF has the obligation to purchase electricity at a price ranging between 11 and 14 euro cents/kwh. After 15 years, the redemption of the kwh produced is done at the rate offered by EDF.In Corsica, only a treatment plant is equipped with a digester coupled in series to five microturbines, producing heat and electricity cogeneration: The wastewater treatment plant at Campo Dell'Oro /Ajaccio. This energy recovery process could be improved with an eventual replacement of the microtubines by a cogeneration engine. An AMCDP allowed to outperform this technology towards microturbines, much less efficient in terms of performance.The equipment of the highest capacity treatment plants in Corsica, digesters associated with a cogeneration engine could be a lasting solution to the problem of energy recovery of sewage sludge

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Navrátil, Petr. "Čištění bioplynu pomocí metody PSA (adsorpce za měnícího se tlaku)." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2014. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-231509.

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Abstract:

The topic of this master thesis is upgrading of biogas. As a mixture of gases produced during anaerobic digestion, contains methane which is highly energy valuable gas. But also other substances that we want to remove. We will present the motivation for upgrading biogas and the possibility of separation, generally the pressure swing adsorption method. The key parameter of this technique is the choice of a suitable adsorbent. This is possible based on the knowledge of adsorption processes, therefore, is also described below. The objective of this thesis is to determine the parameters of the pressure swing adsorption metod. To do this it is necessary to determine the adsorption capacity of the adsorbent, measure breakthrough curves of carbon dioxide and methane, and determine the pressure drop of solid bed, etc. As a result we can finally make a balance and evaluate the applicability in practice.

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Boot-Handford, Matthew. "The utilisation of biomass as a fuel for chemical looping combustion." Thesis, Imperial College London, 2015. http://hdl.handle.net/10044/1/38554.

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Abstract:

Development of a commercially viable carbon capture and sequestration (CCS) technology for fossil fuel power generation is vital if the anticipated effects of global warning are to be avoided. Chemical-looping combustion (CLC) is an indirect combustion process that utilises a regenerable solid oxygen sorbent (oxygen carrier, OC), typically a metal oxide, to transfer oxygen from the combustion air to the fuel such that direct contact between air and fuel is avoided. CLC is a variant on an oxy-fuel carbon capture system that offers the potential for a much lower energy penalty as CO2 separation is achieved intrinsically such that additional energy-intensive gas separation steps are avoided. Our research focuses on the development and optimisation of OCs for CLC systems using biomass and biomass derived fuels. The development of a CLC process utilising biomass is of particular interest as it has the potential to result in negative CO2 emissions i.e. a net removal of CO2 from the atmosphere. Thermochemical conversion of biomass typically results in the formation of significant quantities of refractory tar compounds which are difficult to combust and can lead to reduced fuel conversion efficiencies. Decomposition of the tars on the surface of the OC can result in severe coking and temporary deactivation. Coking of the OC also limits the overall CO2 capture efficiency of the process as regeneration of the OC in air produces CO2 which cannot be captured. This thesis documents the progress made towards the development of a robust laboratory based system for testing the effects of biomass tars on the long term performance of a chemical-looping combustion process. The work completed in this thesis can be divided into two main areas: the first involved developing optimised fabrication strategies for the production of inexpensive iron-based oxygen carrier particles of high reactivity and robust physical characteristics that could be used in CLC systems utilising biomass as the fuel. The second research focus involved the development of a reactor and analysis protocol for studying the interactions between biomass pyrolysis tars and the cheap, synthetic iron-based oxygen carrier materials. A range of pure iron oxide and iron oxide supported with 40 wt.% Al2O3 oxygen carrier materials were prepared via simple scalable fabrication techniques based on wet granulation for use in CLC systems utilising biomass or gasified biomass as a fuel. The oxygen carrier particles were subjected to rigorous testing using a range of analytical methods to assess their physical and chemical properties and suitability for use in large-scale systems. The effect of fabrication method and alumina precursor material used for producing the supported iron oxide materials were found to have a considerable effect on the physical characteristics and reactivity of the oxygen carrier material. The reduction kinetics (the rate limiting step in the CLC of gaseous fuels) of the different OC materials prepared in this work were assessed using a thermogravimetric analyser (TGA). A simple particle model based on the concept of effectiveness factor was applied to determine the intrinsic kinetic information. Preparation of the Al2O3 supported iron oxide oxygen carrier material using a Al(OH)3 alumina precursor gave the most porous oxygen carrier material with the highest surface area. This oxygen carrier was also the most reactive particularly at temperatures above 973 K and demonstrated very good thermal stability at temperatures up to 1173 K. The activation energy of the oxygen carrier was found to increase from 73 kJ mol-1 for the temperature range 823-1073 K to 123 kJ mol-1 at temperatures of 1073-1173 K. The increase in the activation energy was attributed to further conversion of Fe3O4 to FeAl2O4 which was more pronounced at the higher temperature range. Here we propose that the formation of FeAl2O4 was beneficial, acting to enhance the thermal stability, reactivity and oxygen transfer capacity of the iron oxide based oxygen carrier material. A new 500W laboratory-scale, two-stage fixed-bed reactor for simulating CLC with ex situ solid fuel gasification has been designed and constructed. Preliminary studies of the interactions between OC materials consisting of pure iron oxide and 60 wt.% Fe2O3 iron oxide supported on Al2O3 and a gas stream produced from the pyrolysis of biomass to emulate a fuel gas containing large quantities of tars were carried out. The presence of both OC materials at 973 K was found to significantly reduce the amount of biomass tars by up to 71 wt.% in the case of the 60 wt.% Fe2O3/40 wt.% Al2O3 OC material compared with analogous experiments in which the biomass tars were exposed to an inert bed of sand. Exposing the pyrolysis vapours to the oxygen carriers in their oxidised form favoured the production of CO2. The production of CO was favoured when the oxygen carriers were in their reduced forms. Both oxygen carrier materials were affected by carbon deposition. Carbon deposition was removed in the subsequent oxidation phase with no obvious deleterious effects on the reactivity of the oxygen carrier materials after exposure to the pyrolysis gases and vapours.

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Gaus-Liu, Xiaoyang. "High-temperature chlorine corrosion during co-utilisation of coal with biomass or waste." Göttingen Cuvillier, 2008. http://d-nb.info/988382555/04.

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Saint-Joly, Claude. "Vers une amélioration de la rentabilité des installations de biogaz : modélisation technico-économique de la production : utilisation et contribution à la connaissance du procédé en discontinu." Toulouse, INPT, 1988. http://www.theses.fr/1988INPT005A.

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Abstract:

Cette recherche s'est fixé pour objectif d'approfondir ce bilan de la situation de la filière biogaz en Europe. Elle s'appuie sur le cas français et sur celui du Portugal, puisque l'auteur a parallèlement effectué, au sein d'un organisme de développement régional portugais un travail de vulgarisation et de promotion de la technologie de production/utilisation du biogaz dans le cadre duquel il a été responsable de la mise en place d'une installation "pilot " utilisant le procédé de digestion en discontinu, dans une coopérative agricole Portugaise. Nous pouvons séparer le travail effectué en 3 parties. La 1ère se propose d'analyser, à partir de l'examen de la filière biogaz en France et au Portugal, les différents types d'obstacles auxquels se heurte la biométhanisation. Les différentes contraintes, technologiques, économiques, socio-économiques et institutionnelles sont ainsi mises en évidence. La 2de porte sur la modélisation technico-économique de la production/utilisation du biogaz. La 3ème partie concerne essentiellement l'analyse des résultats de fonctionnement de l'installation de biogaz de la Coopérative agricole de Barcouço. Elle a conduit à approfondir la préfermentation aérobie des fumiers, étape décisive du procédé de méthanisation des fumiers en discontinu, avec la réalisation d'une expérience menée sur la ferme expérimentale de l'ENSAT, aboutissant à la réalisation d'abaques " Pertes de charge=fonction(vitesse de l'air) " dans le but de permettre un meilleur choix du ventilateur nécessaire pour réaliser cette aération forcée du fumier.

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Tuomikoski, S. (Sari). "Utilisation of gasification carbon residues:activation, characterisation and use as an adsorbent." Doctoral thesis, Oulun yliopisto, 2014. http://urn.fi/urn:isbn:9789526205984.

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Abstract:

Abstract Gasification is an energy conversion method for the utilisation of biomass for obtaining energy (heat and power). In the gasification process carbon residue is formed as a waste. For improving the cost-effectiveness of the gasification process the utilisation of this waste is important and the present legislation also creates requirements for the utilisation of waste material. Activated carbon is typically used for purification of water, for example, wastewaters as well as gaseous emissions. Consequently, commercial activated carbon is fairly expensive and its preparation is energy consuming. However, this inhibits sometimes its widespread use in wastewater treatment and therefore there is a need to develop cost-effective adsorbents from alternative biomass-based low-cost raw materials to remove harmful substances from aqueous solutions. The first aim of this thesis was to determine physical and chemical properties of carbon residues from wood gasification, and fly ashes from burning processes were used as reference samples. The properties are essential to known when evaluating the potential utilisation applications for unknown carbon residue samples. Properties of carbon residue indicate that it would be suitable adsorbent due to the high carbon content but its activation or modification is needed. The second aim was to modify this industrial carbonaceous by-product by physical and chemical activation and chemical modification methods to maximise the adsorption capacity of material. Based on our results, adsorption properties can be enhanced by using zinc chloride as a chemical activating agent, carbon dioxide as a physical activating agent and ferric chloride in the chemical modification and adsorbents with specific surface areas 285, 590 and 52 m2 g-1 were produced, respectively. The third aim was to test produced adsorbents to anions removal. Chemically activated carbon residue removes phosphate well and physically activated carbon residue removes phosphates and nitrates. Chemically modified carbon residue was observed to be suitable sorbent for sulphate removal. Optimal initial pH and concentration were determined and effect of time was studied and kinetic calculations and isotherm analysis was done for studied adsorbents
Tiivistelmä Kaasutus on tehokas tapa hyödyntää biomassaa sähkön- ja lämmöntuotannossa. Kaasutuksessa muodostuu jätteenä hiilijäännöstä, jonka hyödyntäminen on tärkeää kaasutusprosessin kustannustehokkuuden parantamiseksi. Myös nykyinen lainsäädäntö asettaa vaatimuksia jätemateriaalien hyödyntämiselle. Aktiivihiiltä on tyypillisesti käytetty mm. jäteveden sekä kaasujen puhdistukseen. Aktiivihiili on kuitenkin kallista ja sen valmistaminen on energiaa kuluttava prosessi, mikä rajoittaa sen käyttöä. Tämän vuoksi tarvitaan uutta tietoa myös kustannustehokkaampien adsorbenttien valmistamiseen soveltuvista vaihtoehtoisista biomassapohjaisista raaka-aineista. Tutkimuksen tavoitteena oli aluksi määrittää puun kaasutuksessa muodostuneen hiilijäännöksen fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joiden tunteminen on tärkeää arvioitaessa soveltuvia hyödyntämiskohteita kyseiselle tuntemattomalle jätemateriaalille. Referenssinäytteinä käytettiin polttolaitoksilla muodostunutta lentotuhkaa. Hiilijäännöksen ominaisuuksien perusteella se voisi olla soveltuva adsorbentti, mutta aktivointi tai modifiointi on välttämätöntä hiilijäännöksen adsorptiokapasiteetin parantamiseksi. Työn toinen tavoite oli parantaa hiilijäännöksen adsorptio-ominaisuuksia fysikaalisesti ja kemiallisesti aktivoimalla tai kemiallisesti modifioimalla. Tulosten perusteella adsorptio-ominaisuuksia voidaan parantaa parhaiten käyttämällä sinkkikloridia kemiallisessa aktivoinnissa, hiilidioksidia fysikaalisessa aktivoinnissa ja rautakloridia kemiallisessa modifioinnissa, jolloin valmistettujen adsorbenttien ominaispinta-alat olivat 285, 590 ja 52 m2 g-1. Työn kolmas tavoite oli tutkia valmistettujen adsorbenttien adsorptiokykyä anionien poistossa laboratoriomittakaavassa. Kemiallisesti aktivoitu hiilijäännös poistaa tehokkaasti fosfaattia, fysikaalisesti aktivoitu fosfaattia ja nitraattia ja kemiallisesti modifioitu hiilijäännös on hyvä sorbentti sulfaatinpoistossa. Adsorptiokokeissa määritettiin optimaalinen alku pH ja alkukonsentraatio ja lisäksi tutkittiin ajan vaikutusta adsorptioon. Tulosten perusteella tehtiin kinetiikkamallinnusta sekä isotermianalyysi

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Saint-Joly, Claude. "Vers une amélioration de la rentabilité des installations de biogaz modélisation technico-économique de la production/utilisation et contribution à la connaissance du procédé en discontinu /." Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37618394h.

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Girka, Quentin. "Synthèse de dérivés furaniques à partir de biomasse et leur utilisation pour la synthèse de tensioactifs gemini." Thesis, Reims, 2015. http://www.theses.fr/2015REIMS016/document.

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Abstract:

À cause du renforcement des réglementations et de l'évolution de l'opinion publique, les tensioactifs issus de la biomasse sont de plus en plus étudiés. À l'heure actuelle, la diversité structurelle de ces composés reste faible et est bien loin de concurrencer les produits issus des ressources fossiles. Pour enrichir les structures disponibles, nous nous sommes intéressés aux composés furaniques, comme le 2,5-diformylfurane (DFF), synthétisés à partir des sucres. Dans cette optique, nous avons tout d'abord généralisé et optimisé une méthode de synthèse originale du DFF. Ce procédé permet de s'affranchir de l'usage des métaux de transition ou des liquides ioniques. Le système utilisé pour convertir des substrats complexes, comme les amidons, repose sur l'action combinée d'acide borique, de bromure de sodium et d'acide formique dans le diméthylsulfoxyde (DMSO). L'acide borique joue un rôle majeur dans ce système puisqu'il est impliqué dans les étapes de déconstruction de la biomasse, d'isomérisation des unités glucose en fructose et dans la formation du HMF. Le bromure de sodium dans le DMSO permet l'oxydation sélective en DFF alors que l'acide formique accélère cette étape. Dans ces conditions, nous avons été capables de produire du DFF à une échelle de plusieurs dizaines de grammes avec des rendements de l'ordre de 20 %. Après l'optimisation de la synthèse, nous avons également étudié le mécanisme d'oxydation impliqué dans cette transformation. La seconde partie de l'étude a été la transformation du DFF en composés tensioactifs. Au terme d'une synthèse de cinq étapes, nous avons obtenu des produits zwitterioniques originaux avec des rendements d'environ 50 %. Ces composés de type gemini issus de la transformation des sucres montrent de bonnes propriétés comme des concentrations micellaires critiques très faibles comparables aux autres tensioactifs gemini déjà étudiés
Due to stricter reglementations and the development of public opinion, surfactants synthesized from biomass are becoming increasingly interesting. However, the structural diversity of these compounds is still too low to compete with the products synthesized from fossil resources. In order to increase the diversity of available structures, we focused on common furanic building blocks, such as 2,5-diformylfuran (DFF), which are synthesized form carbohydrates. Firstly, we optimized a new and innovative synthesis of DFF. This method allowed us to use neither transition metal catalysts nor ionic liquids. The system we used to convert complex substrates, such as starch, relies on boric acid, sodium bromide and formic acid in dimethylsulfoxide (DMSO). Boric acid plays a key role in this system. It is involved in the biomass deconstruction, glucose to fructose isomerization and HMF formation. Sodium bromide in DMSO promotes the oxidation to DFF and formic acid increases the rate of this step. By using this system, we were able to synthesized DFF from glucose at multigram scale with 20% yield. After optimization of the synthesis, we investigated the oxidation mechanism. The second part of this work was focused on the conversion of DFF into new gemini surfactants. At the end of a five steps transformation, zwitterionic products were obtained with 50% yield. These gemini type compounds shows interesting properties such as very low critical micellar concentration which are similar to these measured for already reported gemini surfactants

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Fan, Weigang. "Utilisation du HMF en réactions multicomposantes : Accès rapide vers de nouvelles cibles en chimie fine." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI022/document.

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Abstract:

L’utilisation de matières premières renouvelables pour la production de produits chimiques est un enjeu majeur de l’industrie chimique. Elle vise à répondre aux contraintes environnementales et économiques de disponibilité des ressources fossiles et de limitation de l’empreinte carbone des produits chimiques. Il existe une famille de molécules fonctionnelles directement issues de la biomasse dénommées « molécules plateforme ». Parmi elles, le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF), porteur d’une fonction aldéhyde, un motif furanique et un groupe CH2OH, est particulièrement intéressante. Cependant, sa stabilité modérée, notamment en conditions acides, est une forte limitation de sa chimie et son utilisation vers des cibles en chimie fine reste un défi. Les réactions multi-composantes conduisent à des architectures élaborées à partir de briques simples de manière économe en temps et nombre d’étapes. Beaucoup de ces réactions concernent la fonction aldéhyde, ce qui rend intéressant de les appliquer au 5-HMF. Ceci est l’objet de cette thèse, qui porte sur deux réactions en particulier, Biginelli et Kabachnik-Fields. La réaction de Biginelli est la condensation d’un aldéhyde, un composé dicarbonylé et une urée conduisant à des dihydropyrimidinones (DHPMs). Etant acido-catalysée, il a été nécessaire d’optimiser les conditions pour l’appliquer au HMF. Les meilleures conditions (réaction sans solvant, ZnCl2) ont permis d’atteindre une large variété de nouvelles DHPMs dans des rendements convenables à très bons. La réaction de Kabachnik-Fields est la condensation d’un aldéhyde avec une amine et un dialkyl phosphate, conduisant à des a-aminophosphonates. Les conditions optimales trouvées pour son application au 5-HMF sont l’utilisation d’iode comme catalyseur dans le solvant biosourcé 2-MeTHF à température ambiante ou modérément élevée. Une série de nouveaux a-aminophosphonates comportant le motif HMF a été préparé. Le groupe hydroxyméthyle issu du HMF persiste dans le produit, offrant de nombreuses possibilités de dérivation et démontrant son utilité comparativement à la chimie du furfural
Recently, the production of chemicals, either bulk or fine chemicals, from renewable biomass has attracted growing interests due to the dwindling reserve of fossil resources and the increasing awareness of environmental concerns. Some chemicals with a structure able to generate a number of derivatives, and able to be directly produced from biomass, are referred to as bio-based “platform chemicals”, and constitute the bridge between biomass and down-stream chemicals. Among these chemicals, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), bearing an aldehyde group, a hydroxymethyl group, and a furan moiety, is the most popular one. However, its limited stability obstructs its applications in organic synthesis. Thus, developing mild and efficient synthetic routes towards existing or novel fine chemicals from HMF is still a challenging task. Multicomponent reactions (MCRs) are powerful synthetic tools allowing the straightforward formation of elaborated molecules from simple starting materials in a time- and step-saving manner. Among MCRs, many involve the aldehyde as one of the reactive components, making HMF as a potential interesting substrate in such strategies. This thesis aims at exploring the use of HMF in MCRs to provide novel fine chemicals, focusing on two reactions, namely the Biginelli and Kabachnik-Fields reactions. The Biginelli reaction is a condensation of an aldehyde, a dicarbonyl compound and urea. Although it is an old reaction, it is still showing thriving vitality, as many of its products, namely dihydropyrimidinones, exhibit various biological properties. We have investigated the reaction by choosing proper conditions to adapt to HMF, notably with respect to acidic conditions. The best conditions found for the reaction are the use of ZnCl2 as a mild Lewis acid catalyst without any solvent, giving access to new dihydropyrimidinones in modest to good yields. The Kabachnik-Fields reaction is a one-pot condensation of aldehydes, amines and dialkyl phosphites, and is considered as the most efficient and convenient approach to a-aminophosphonates. For the specific case of HMF, we could establish that the best conditions were the use of iodine as a catalyst in the bio-based solvent 2-MeTHF and room or moderately elevated temperature. Using these optimized conditions, a wide range of HMF-based a-aminophosphonates were prepared in modest to excellent yields. The hydroxymethyl group persisting in HMF-based a-aminophosphonates offers the possibilities of further modification and derivatization, illustrating the benefit of HMF as compared to furfural, for accessing a wider scope of chemical structures

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Arnal, Gregory. "Discovery and characterization of biomass-degrading enzymes and enzyme sytems in termite gut microbial ecosystems." Thesis, Toulouse, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAT0040.

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Abstract:

Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet Futurol, un projet national français qui vise à produire du bioéthanol à partir de biomasses végétales telles que le bois ou la paille de céréale. Pour cela, la biomasse doit être prétraitée puis digérée enzymatiquement pour libérer des sucres fermentescibles. Ma contribution dans ce projet a été de découvrir des enzymes originales pour l’hydrolyse de l’hémicellulose, un hétéropolysaccharide, constituant majeur de la paroi cellulaire des cellules végétales. Afin de rechercher de nouveaux biocatalyseurs, une approche de métagénomique a été adoptée afin de sonder les intestins de deux espèces de termites : N. corniger, un termite xylophage, et T. hispaniolae un termite humivore / xylophage. 30 000 clones métagénomiques ont été criblés sur 10 substrats cellulosiques et hémicellulosique, et 660 hits ont été obtenus. La comparaison phénotypique a montré une différence claire entre ces deux banques, probablement liée au régime alimentaire des deux espèces de termite. Le séquençage de 45 clones N. corniger a révélé 120 séquences codant pour des enzymes originales, de nombreuses étant multimodulaires et / ou organisées en cluster de gènes. Dans un second temps, une approche à haut-débit a été adoptée pour le clonage, l’expression et la caractérisation légère de 104 enzymes entières ou formes tronquées. 45 protéines recombinantes ont été produites de manière soluble, et les activités de 19 enzymes et de 12 modules enzymatiques ont été montrées, permettant la mise au point d’une boite à outil hemicellulolytique. Dans certains cas, l’activité de modules classés « Inconnus » a pu être déterminée. Cette approche a été particulièrement pertinente dans le cas de Pm69, une enzyme multimodulaire GH3-UNK-CBM48-CE1 montrant les 3 activités glucosidase, xylosidase and estérase. Cette étude a permis de poser les bases d’un brevet sur cette enzyme. D’un autre côté, les enzymes ayant montré une activité xylanase ou féruloyle-estérase se sont révélées complémentaires d’un cocktail cellulolytique durant la dégradation de paille de blé prétraitée. Enfin, dans une troisième partie, nous avons étudié un fragment d’ADN provenant la banque P. militaris, codant pour 19 ORFs et appartenant à une espèce du genre Bacteroides. La caractérisation biochimique d’Abn43A, Abn43B, Abf51A et Abf51B-trunc a montré que ces 4 enzymes portent des actions complémentaires sur l’hydrolyse de l’arabinane, et qu’elles peuvent agir de manière synergique pour la dégradation de ce polymère pectique. Enfin, l’étude détaillée des 19 ORFs codées sur ce fragment d’ADN nous a permis de proposer un schéma global de détection, d’hydrolyse et de métabolisation de l’arabinane par cette espèce du genre Bacteroides
This thesis was performed in the context of the Futurol project, a French national project that aims at producing bioethanol from plant biomass such as wood and cereal straw. To reach that goal, the biomass must be pretreated, and enzymatically degraded to release fermentable simple sugar. My implication in that project was to discover original enzymes that can hydrolyze the hemicellulose, a major heteropolysaccharide found in plant cell wall.To mine for new biocatalysts, the gut microbial communities of two species of termite were investigated by a metagenomic approach : Nasutitermes corniger, a wood-feeder termite, and Termes hispaniolae supposed to be a soil-wood feeder. 30 000 metagenomic clones were screened on an array of 10 cellulosic and hemicellulosic substrates and 660 hits were obtained. Phenotypic comparison showed clear differences between both environments, probably related to the diet of the termite. The sequence of 45 N. corniger metagenomic inserts revealed 120 original sequences encoding for putative enzymes of interest. Original sequences encoding for multimodular enzymes were revealed and many ORFs were organized in clusters, suggesting that these enzymes are encoded on Polysaccharides Utilization Locus. In a second part, a high-throughput approach was used for the cloning, the expression and the slight characterization of 104 full-size and truncated enzymes. Forty five recombinant proteins were produced soluble, and their investigation revealed the activity of 19 enzymes and of 12 enzymatic modules, representing a hemicellulolytic tool-box for endo- and exo-type activities. In some cases, the implication of “Unkown” domains in the activity of multimodular enzymes was demonstrated. This approach was particularly efficient for the study of the GH3-UNKCBM48-CE1 Pm69, and this study triggered the patent process for this multiactive glucosidase, xylosidase and esterase. The xylanases and the feruloyl esterases were shown to be particularly efficient to supplement cellulolytic cocktails on pretreated wheat straw. In a third part, we investigated a DNA fragment belonging to a species of the genus Bacteroides and that encoded 19 ORFs. The biochemical characterization of Abn43A, Abn43B, Abf51A and Abf51B-trunc showed that these four enzymes harbored complementary actions for the hydrolysis of the arabinan, and that they can act synergistically for the hydrolysis of this pectic polymer. We also revealed that Abn43B had an original mode of action that we classified as exo-arabinanase. Finally, the in-depth study of the 19 ORFs allowed us to propose the entire scheme for arabinan detection, hydrolysis and utilization by the Bacteroides species carrying this DNA sequence

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Charrier, Florian. "Utilisation de ressources issues de la biomasse pour la synthèse de complexes de ruthénium à ligands 2,2’ : 6’,2’’-terpyridines comme colorants au sein de cellules solaires DSSC." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD081/document.

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Abstract:

Tout au long de cette thèse, de nouveaux colorants organométalliques ont été élaborés dont le but est de les utiliser en tant que photosensibilisateurs au sein des cellules solaires DSSC dont la simplicité de mise en œuvre, le faible coût de production et un design attractif en sont les atouts majeurs. Des analogues du black dye ont dans un premier temps été élaborés, une étude approfondie par des calculs DFT a permis une approche plus constructive sur le choix des designs moléculaires. Des aldéhydes dérivés de la biomasse comme la vanilline, le syringaldéhyde ou le 5-hydroxyméthylfurfural ont permis de substitués le ligand terpyridine par différents groupes (hétéro)aromatiques en position 4’ pour moduler les transferts de charges. Dans un second temps, une chaîne hexyloxyméthyle est introduite en position 4’’ pour diminuer les recombinaisons de charges lors du fonctionnement de la cellule solaire et par la même occasion placer la LUMO plus proche des points d’ancrages pour de meilleures injections de charges vers le semi-conducteur. L’utilisation de groupes cyanoacrylates a aussi été envisagé à la place des acides carboxyliques afin d’obtenir des absorptions plus panchromatiques. Des complexes du type [Ru(tpy)2] et [Ru(tpy)(bpy)NCS] ont également été synthétisés et étudiés pour leur stabilités plus accrues au cours du temps au sein de la cellule solaire par rapport aux complexes à ligands NCS. Certains colorants ont été testés en cellules solaires en combinaison du dioxyde de titane comme semi-conducteur et du couple I3-/I- en tant que médiateur rédox
Throughout this thesis, new organometallic dyes have been developed to use them as photosensitizers in dye-sensitized solar cells (DSSCs), whose simplicity of implementation, low cost production and attractive design are major assets. Black dye analogues were first developed, a thorough study of DFT calculations allowed a more constructive approach to the choice of molecular designs. Biomass-derived aldehydes such as vanillin, syringaldehyde or 5-hydroxymethylfurfural have been used to substitute the terpyridine ligand by different (hetero)aromatic groups in the 4’ position in order to modulate charge transfers. In a second step, a hexyloxymethyl chain was introduced in the 4'' position with the aim of reduce charge recombination during the solar cell operation and in the same time to place the LUMO closer to the anchoring groups for better charge injections to the semiconductor. The use of cyanoacrylate groups was also considered in place of the carboxylic acids in order to obtain more panchromatic absorptions. [Ru(tpy)2] and [Ru(tpy)(bpy)NCS] complexes have also been synthesized and studied for their increased stability over time in the solar cell compared to the NCS ligand complexes. Some dyes have been tested in solar cells in combination of titanium dioxide as the semiconductor and the I3-/I- couple as the redox mediator

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Nordmann, Vincent. "Caractérisation et impact des différentes fractions d’une biomasse lignocellulosique pour améliorer les prétraitements favorisant sa méthanisation : utilisation de la paille de blé comme biomasse lignocellulosique d’étude." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR15247/document.

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Abstract:

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d’énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l’impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d’évaluer l’impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l’exception de trois d’entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l’acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l’ammoniaque et l’ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l’exposition aux micro-ondes en présence de soude
Methanization or anaerobic digestion is a biological process to transform organicmatter into a gas mixture composed by a majority of methane and carbon dioxide. Thistechnology is developing rapidly for the production of biomethane as renewable energysource. However this biotechnological route has low performances when lignocellulosicbiomass is used as raw material.Wheat straw has been chosen as typical biomass and the role of each lignocellulosicfraction (extractives, cellulose, hemicelluloses and lignin) has been determined on theperformance of anaerobic digestion. A synthetic biomass has been built with different pureconstituents of the wheat straw to assess the impact of holocellulose-lignin interactions onmethanization. Then methane potential of various lignin degradation products (phenolicmolecules) has been studied. Majority of them have been shown an inhibitory effect butthree of them have been converted to methane: ferulic and vanillic acids andsyringaldehyde.Various physical pretreatments (heating, microwave irradiation, sonication andrefining) and chemical pretreatments (sodium hydroxide, ammonia and ozone) have beenselected to prepare the biomass to anaerobic digestion and their impacts on wheat strawcomposition have been evaluated. The best methanization yield has been obtained afterpretreatments by sodium hydroxide heating by microwave irradiation

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Postic, François. "Test et apports d’outils de phénotypage racinaires directs (imagerie des racines) et indirects (méthode électrique capacitive) pour une utilisation en sélection variétale au champ : application au blé." Thesis, Avignon, 2016. http://www.theses.fr/2016AVIG0680/document.

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Abstract:

Pour soutenir la demande en denrées alimentaires d’une population mondiale croissante, les rendements des productions en céréales, notamment du blé, doivent être améliorés par sélection végétale. À cause du changement climatique et de l’épuisement des ressources fossiles, les systèmes racinaires des futures variétés de blé devront être adaptés aux épisodes de sécheresse et aux sols peu fertiles. Il est donc crucial de développer des outils de mesure de traits racinaires au champ répondant aux exigences de la sélection variétale. Ainsi, la pertinence des minirhizotrons et de l’impédance électrique des plantes a été évaluée en essai agronomique sur des variétés de blé, conçu pour obtenir un panel varié d’enracinement. Nous avons montré que les minirhizotrons fournissent une quantification dynamique et pertinente de la longueur de racines profondes, qui jouent rôle majeur dans les rendements obtenus en conditions pluviales. Malgré une sous-estimation de la partie superficielle des systèmes racinaires, la conversion volumétrique des données issues des minirhizotrons basée sur une profondeur de champ, et à l’aide de prélèvements pour les horizons de surface, a permis une estimation du ratio de masse racinaire sur masse aérienne.À travers une étude méthodologique en laboratoire, nous avons déterminé le montage optimal de mesure d’impédance électrique sur des plants de blé. Son application au champ montre que la qualité de l’estimation diminue au cours de la croissance et dépend de l’humidité du sol.Nous avons montré que l’impédance des plants de blé est décrite par un modèle de condensateur plan, les tissus végétaux formant un diélectrique imparfait. Ainsi, la réactance est un prédicteur de la masse racinaire, uniquement dans les couches superficielles et sèches du sol
Ensuring the food supply of an increasing world population could be achieved by improvingcrop yields through plant breeding. Due to the climate change and the rarefaction of fossilresources, the root systems of the future wheat cultivars should be adapted to low soilmoisture and low soil fertility. Developing tools for in situ root traits measurements fulfilling the high through put requirement of modern breeding is crucial. For this purpose, anagronomic trial was conducted on wheat cultivars to evaluate the relevance of minirhizotrons and plant electrical impedance on assessing varied rooting architecture.We showed that minirhizotrons provide dynamic and relevant quantifications of deep rootlengths, which was a key factor in crop yield under rainfed conditions. In spite ofunderestimated lengths in the shallow part of the root systems, a volumetric conversion ofminirhizotron data using a depth-of-field criterion, coupled with auger sampling for surfacelayers, allowed fairly estimation root to shoot ratio at different growth stages.We determined the optimal setup of plant impedance measurements by a methodological study performed under laboratory conditions. The application of this optimal set up to an in situ survey showed that the quality of the predictions decreased at later growth stages andunder low soil wetness. The plant impedance was described by an imperfect parallel-platecapacitor mode, where plant tissues acted as the separating medium. Consequently, electrical reactance is a root biomass sensor, but only in surface soil layers at low water content

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Kolbas, Aliaksandr. "Traits phénotypiques et développement de plantes exposées aux éléments traces; utilisation pour la phytoremédiation et l biosurveillance." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14590.

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Abstract:

Ce travail a pour objectif de tester des solutions viables et durables pour la phytoremédiation de sols contaminés en éléments traces. Il inclut à la fois des données sur l'évaluation initiale et résiduelle des risques (biomonitoring) et sur des solutions de phytomanagement à long terme utilisant des plantes et microorganismes associés, en particulier la phytoextraction aidée couplant l’épuisement du pool labile de contaminants du sol, la production de matière première végétale et la restauration de services écosystémiques. La phytotoxicité du Cu, le rôle améliorant des amendements organiques et minéraux et la tolérance des plantes ont été examinés utilisant des essais biologiques ainsi qu’une technique de dilution du sol. L'utilité d’une lignée de mutant de tournesol (Helianthus annuus) et d’une lignée parental de tabac (Nicotiana tabacum) pour le biomonitoring de sols contaminés en Cu a été investiguée. Les paramètres biochimiques qui sont en relation avec le statut antioxidant des plantes et leurs réponses moléculaires à l’excès de Cu ont en général montré une plus grande sensibilité que les traits morphologiques. Le tabac est plus tolérant au Cu que le tournesol. Des bactéries endophytes issues de différentes sources, notamment des graines d’une population métallicole d’une graminée (Agrostis capillaris) peuvent stimuler la croissance du tournesol et du tabac aux expositions en Cu modérément en excès. Pour ces plantes annuelles, accumulatrices secondaires du Cu et à phénotype d’exclusion, l'augmentation de la capacité de phytoextraction de Cu par les parties aériennes s’effectue principalement par l’accroissement de la biomasse aérienne, plutôt que par celui de sa concentration en Cu. Par conséquent, une attention a été prêtée aux pratiques agricoles dans les essais en parcelles sur site. Plusieurs options d’amélioration ont été examinées in situ: l'application d’amendements du sol, l'utilisation de lignées de mutants et de variants somaclonaux, la rotation de cultures et des cultivars, la bioaugmentation, la fertilisation, l’irrigation, etc. Deux lignées de mutants et des cultivars commerciaux de tournesol ainsi qu’une lignée parentale de tabac ont montré un fort potentiel pour la phytoextraction du Cu, accompagné d’une production significative de graines et/ou autre biomasse valorisable. Les solutions de restauration écologique basées sur la phytoextraction, utilisant des plantes annuelles accumulatrices secondaires de Cu permettraient (1) la décontamination progressive des sols contaminés en Cu au cours des rotations culturales, (2) un retour financier lié à la valorisation de la biomasse végétale, et (3) la restauration de services écosystémiques
This work aimed at assessing sustainable phytoremediation options for trace element-contaminated soils. It includes both the assessment of initial and residual risks (biomonitoring) and long-term sustainable decontamination options using plants and associated microbes, especially aided phytoextraction with the secondary purposes of producing plant-based feedstock and restoring ecosystem services. Copper phytotoxicity, the improving role of soil conditioners, and plant tolerance were tested using a bioassay as well as a fading technique. The usefulness of a mutant line of sunflower (Helianthus annuus) and a motherline of tobacco (Nicotiana tabacum) for the biomonitoring of Cu-contaminated soils was investigated. Biochemical parameters in relation to antioxidant status of plants and molecular responses to Cu excess generally showed a greater sensitivity than morphologic ones. Tobacco has a higher Cu tolerance than sunflower. Endophytic bacteria from various sources, notably from the seeds of metallicolous populations of grasses (Agrostis capillaris) can promote the growth of sunflower and tobacco exposed to Cu excess. For annual Cu-secondary accumulator plants with an excluder phenotype, increase in shoot Cu removal occurred primarily through increase in shoot biomass, rather than in shoot Cu concentration. Therefore, attention in field trials was paid to agricultural practices. Various improving options were tested in situ: application of soil amendments, the use of mutant lines and somaclonal variation, cultivars and crop rotation, bioaugmentation, fertilization, irrigation, etc. Two mutant lines and some commercial cultivars of sunflower as well as the motherline of tobacco showed a high potential for Cu phytoextraction as well as for plant-based feedstock. Ecological restoration options for Cu-contaminated soils based on phytoextraction using annual Cu-secondary accumulator plants with a high shoot biomass would (1) result in the progressive decontamination of Cu-contaminated soils during crop rotations, (2) provide a financial return through biomass valorization, and (3) promote ecosystem services

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Tan, Jia-Neng. "La chimie des carbohydrates en milieu aqueux et dans des solvants bio-sourcés : Utilisation du glycosyloxyméthyl furfural (GMF) et analogues dans la réaction de Baylis-Hillman." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0015/document.

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Abstract:

Cette thèse est une exploration de l’utilisation d’aldéhydes furaniques biosourcés, tels que l’hydroxyméthyl furfural (HMF) et ses analogues, en tant que substrat pour la réaction de Morita-Baylis-Hillman (MBH). L’étendue de la réaction a été étudiée avec un focus sur la possibilité d’utiliser des milieux aqueux et biosourcés pour effectuer cette transformation. En premier lieu, l’étude a concerné la réaction de MBH du glycosyloxyméthylfurfural (GFM) avec des motifs acryliques, conduisant dans des rendements acceptables à de nouveaux glycodérivés porteurs de motifs α-hydroxyacrylates and α-méthylène-β-amino acrylates. Pour les réactions conduisant aux α-hydroxyacrylates, l’eau peut être utilisée comme solvant, de même que des mélanges d’eau et de diméthylisosorbide (DMI), remplaçant ainsi efficacement le dioxane ou le THF comparativement aux méthodes habituellement employées. Les esters acryliques de départ pouvant être eux-mêmes biosourcés, les glycoacrylates obtenus par la réaction MBH sont donc potentiellement 100% biosourcés. La version aza-MBH de la réaction a été ensuite explorée, associant 3 composants: le GMF, une sulfonamide et un accepteur de Micheal, conduisant à de nouveaux α-méthylène-b-amino carbonyl dérivatives construits sur un motif glucidique. L’étude s’est ensuite focalisée sur le HMF lui-même. Plusieurs solvants biosourcés, en particulier le 2-hydroxymethyl THF et l’isopropylidénéglycerol, se sont révélés efficaces pour la réaction de MBH du HMF avec l’acrylate d’éthyle. Pour le HMF et le furfural, la réaction est améliorée si de l’eau est ajoutée; ce qui permet d’étendre la gamme de solvants biosourcés pouvant être utilisée dans ce processus. Il a aussi été montré que l’imidazolyl alcool bicyclique DPI est un catalyseur très efficace pour la réaction MBH du HMF, du furfural ou du GMF avec des énones cycliques, conduisant à une diversité de nouvelles structures par une voie écorespectueuse et efficacement
This thesis is an exploration of the use of biosourced furanic aldehydes, namely hydroxymethyl furfural (HMF) and analogues, as a substrate for the Morita-Baylis-Hillman (MBH) reaction. The scope of the reaction has been explored, with a focus on the possibility to perform the reaction in aqueous or biobased medium. First, the MBH reaction of the glucosyloxymethylfurfural (GMF) with acrylic building blocks has been explored, led to two new series of glycoderivatives containing α-hydroxyacrylates and α-methylene-β-amino acrylates in fair yields. For the coupling reaction which produces the α-hydroxyacrylates, water can be used as the solvent. Mixtures of water and dimethylisosorbide (DMI) have also been shown to be possibly used in the reactions, allowing replacement of dioxane or THF compared to previous methods. The strategy is atom-economical. Due to the fact that those acrylic esters are also available from biomass, such kind of glycoacrylates appears as possibly 100% bio-based. The aza-MBH version of the reaction was further explored, studying the reaction involving the three components GMF, sulfonamides and a Micheal acceptor, leading to carbohydrate-based α-methylene-β-amino carbonyl derivatives. The focus was then made on HMF itself. Several biobased solvents, in particular 2-hydroxymethyl THF and isopropylideneglycerol, could be used for the MBH reaction of HMF and ethyl acrylate. For HMF and furfural, the reaction was improved when water was added allowing to widen the range of biobased solvent systems. We have also found that the bicyclic imidazolyl alcohol DPI is an efficient catalyst for the aqueous MBH reaction between HMF, furfural, GMF, and cyclic enones that gives access to a variety of potentially very useful molecules in an efficient and environmentally friendly way

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Katrib, Fouad al. "Utilisation du solvant n-méthyl morpholine n-oxyde (MMNO) pour le fractionnement des constituants de la biomasse lignocellulosique et leur saccharification enzymatique : [thèse soutenue sur un ensemble de travaux]." Grenoble 1, 1987. http://www.theses.fr/1987GRE10084.

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Abstract:

La solubilité de la cellulose dans le solvant organique n-methylmorpholine n-oxyde (mmno) a été mise à profit pour concevoir une méthode nouvelle d'extraction des constituants polymériques des parois cellulaires végétales. Dans une première partie l'étude a été consacrée à l'extraction sélective des hémicelluloses de la paille de blé et du bois de peuplier. Il est démontré que bien que la présence de lignine dans les parois représente un obstacle à la solubilisation directe des polysaccharides par mmno, une délignification complète peut être évitée si l'on traite les matériaux lignocellulosiques par des solutions alcalines diluées ou par l'acide puis ensuite par mmno. Il est ainsi possible d'obtenir un fractionnement des constituants hemicellulosiques de la cellulose et d'une partie de la lignine. La seconde partie de la thèse présente des résultats de saccharification enzymatique sur paille de blé et bois de peuplier. Là encore l'effet négatif de la lignine sur l'hydrolyse des hémicelluloses et de la cellulose peut être contourne sans qu'une délignification poussée soit nécessaire. Il ressort des rendements de saccharification obtenus sur des substrats différemment prétraités par des solutions alcalines, par l'acide, et par délignification ménagée, que la structure interne de la paroi était en fait le facteur limitant à la pénétration d'enzymes. C'est pourquoi l'action de réactifs permettant une légère déstructuration suivie de l'effet de solubilisation de mmno a permis d'obtenir des rendements presque quantitatifs lors de l'attaque enzymatique. Au cours de ce travail la stabilité des polysaccharides dans les conditions de solubilisation par mmno a été étudiée. Une dernière partie traite de l'isolement de complexes lignine-polysaccharides solubles

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Thellier, Lionel. "Environmental impacts of the electricity produced by a solid oxide fuel cell and nuclear reactors." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10107.

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Abstract:

L'humanité fait face à de nombreux défis dans le domaine de l'énergie: explosion de la demande, émissions de gaz à effet de serre, raréfaction de certaines ressources fossiles, pollution, etc. La réponse à ces défis passe en particulier par le développement de systèmes de conversion d'énergie à haute efficacité et à faibles impacts environnementaux. Elle requiert, de plus, la mise au point d'approches permettant d'évaluer ces impacts et de communiquer les résultats à un très large public. Le travail de thèse présenté est une contribution aux efforts menés pour satisfaire ces deux exigences. Il est composé de deux parties qui ont consisté respectivement: - à évaluer à l'aide d'une approche mâture les impacts environnementaux de l'électricité produite par un système de conversion d'énergie en cours de mise au point. Il s'agissait d'effectuer l'Analyse de Cycle de Vie (LCA) de l'électricité issue d'un "stack" de pile à combustible de type Solid Oxyde Fuel Cell (SOFC). L'étude visait à définir les conditions optimales de fabrication, d'utilisation et de recyclage de ce stack d'un point de vue environnemental, afin d'aider les concepteurs et utilisateurs dans leurs choix technologiques. - à mettre au point une approche permettant d'évaluer les impacts environnementaux de l'électricité produite par un système de conversion d'énergie mâture. Il s'agissait d'adapter les concepts d'Empreinte Ecologique et de Biocapacité afin qu'ils intègrent correctement la production d'électricité à partir de réacteurs nucléaires. L'étude visait à disposer d'un indicateur simple permettant d'évaluer les impacts environnementaux de ce type d'électricité
Humankind faces many challenges in the energy field: explosion in demand, greenhouse gas emissions, rarefaction of certain fossi! resources, pollution etc. The answer to these challenges lies in particular in the development of energy conversion systems with a high efficiency and low environmental impacts. Furthermore, it requires the development of approaches which enable to evaluate these impacts and communicate the results to a very wide audience. The work undertaken in this Phd thesis is a contribution to the efforts underway to me et this dual demand. It is made up of two parts which have consisted respectively: - in evaluating with a mature approach the environmental impacts of the electricity produced by an energy conversion system currently under development. The objective was to carry out a Life Cycle Analysis (LCA) of the electricity provided by a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) "stack". The study was aimed to define the optimal manufacturing, use and end-of-life conditions for this stack from an environmental point of view, in order to help the designers and users in their technological choices. - in developing an approach which allows the assessment of the environmental impacts of the electricity produced by a mature energy conversion system. The objective was to adapt the concepts of Ecological Footprint and Biocapacity in order that they properly integrate nuclear electricity production. The study was aimed to propose a simple indicator for evaluating the environmental impacts ofthis type of electricity

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Kambanje, Cuthbert. "Economic impacts of large-scale land investments along the emerging Chisumbanje Sugarcane Bio-ethanol Value Chain in Zimbabwe." Thesis, University of Limpopo, 2016. http://hdl.handle.net/10386/1737.

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Joubert-Garnaud, Carole. "Les énergies renouvelables dans l’agriculture de la Charente-Maritime : l’émergence en milieu rural d’un nouveau moteur du développement économique et social non dépourvu d’incidences sur l’environnement local." Thesis, La Rochelle, 2010. http://www.theses.fr/2010LAROF035/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la place nouvellement attribuée aux énergies renouvelables dans un département français encore largement rural, la Charente-Maritime, alors que commence à se poser, ici comme ailleurs, la question du changement climatique et celle de l’épuisement des énergies fossiles dans un contexte privilégiant de plus en plus la mise en place de mesures de protection de l’environnement. La thèse passe en revue les différentes énergies renouvelables d’ores et déjà produites et utilisées en Charente-Maritime ou dont la mise en œuvre est envisagée (hydroélectricité, solaire, éolien, énergie issue de la biomasse). Plusieurs exemples précis d’exploitations agricoles impliquées dans la production et la consommation de ces nouvelles énergies sont longuement présentés. La thèse s’intéresse également au potentiel de développement de ces énergies, à leurs retombées sur l’environnement et à la façon dont elles sont perçues, tant par les agriculteurs que les élus locaux, les responsables d’associations ou les habitants en général. Il apparaît clairement que la politique de développement des énergies renouvelables actuellement menée en Charente-Maritime est incitative, tout particulièrement en ce qui concerne l’énergie solaire et la biomasse énergie au profit desquelles les aides régionales et départementales sont importantes (mise en œuvre d’une filière locale bois – énergie dans le pays Saintonge Romane). Par contre, l’édification de parcs éoliens est freinée par les pouvoirs publics en raison de leur trop fort impact paysager dans un département à vocation touristique affirmée. La thèse montre, en fin de compte, que le bilan environnemental que l’on peut tirer de toutes ces innovations apparaît mitigé : le recours aux énergies renouvelables réduit un peu la dépendance des campagnes charentaises à l’égard des énergies fossiles, mais l’impact environnemental direct de ces nouvelles sources d’énergie apparaît ambigu et pour le moins contrasté. L’étude, quoique conduite dans un cadre territorial relativement restreint, est néanmoins largement représentative des transformations en cours dans les campagnes françaises, voire européennes, les particularités locales et nationales ayant été clairement soulignées
This thesis deals with the newly role given to the renewable energies in a still rural French area, The Charente Maritime, while here and there, two issues are at stake : the question of climate change as well as the dramatic decrease of fossil energy stocks, in a period more and more turning towards the implementation of environment protection measures.Our research makes a review of the different renewable energies. Firstly the ones already produced and used in Charente Maritime, secondly the ones whose implementation is planned and eventually those which are in a state of project. (hydroelectric, solar, wind and biomass energies). The thesis is also about the potential of these energies expansion, about their consequences on environment, and in the way farmers, local representatives, association leaders and inhabitants view them.As a conclusion the thesis shows that environment results that we can draw from all these innovations is mixed : while the use of renewable energies reduce a little the dependence of Charentaises countries from fossil energies, the direct environment impact of these new energy sources appears ambiguous and especially contrasted. The study has been made in a quite little geographical area. It is all the same representative of the current changes in the French as well as the European countryside, the local and national specificities having been clearly underlined

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Mottiar, Yaseen. "Enzymes and Feedstocks for Sustainable Biomass Utilisation." Thesis, 2012. http://hdl.handle.net/1807/32610.

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Modern biorefineries provide a framework for the sustainable conversion of biomass to biofuels and biochemicals. In light of the recalcitrance of lignin in woody feedstocks, the native shrub eastern leatherwood is proposed as a model hypolignified species. Xylem tissue of this low-lignin plant contained syringyl-rich lignin that was more easily hydrolysed and did not appear to be localised in the middle lamellae. Also, leatherwood cellulose was less crystalline and the xylan was highly acetylated. While viable low-lignin plants will enable the sustainable utilisation of woody feedstocks, high-value bioproducts are needed to economise future biorefineries. The carbohydrate oxidoreductases galactose oxidase and glucooligosaccharide oxidase were studied for use in the oxidation and derivatisation of plant-derived polysaccharides for the production of such high-value bioproducts. The carbohydrate-binding module of galactose oxidase was necessary for recombinant protein production. Also, a mutant library of glucooligosaccharide oxidase variants was produced to generate enzymes with novel activity.

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Magowo, Webster. "The utilisation of cellulosic biomass in the treatment of acid mine drainage and the subsequent production of fermentable sugars for bioprocessing." Thesis, 2015. http://hdl.handle.net/10539/16998.

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Abstract:

A dissertation submitted to the Faculty of Science, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of requirements for the degree of Master of Science. 2014.
Sugar cane bagasse and switch grass were used to investigate their potential in the remediation (decreasing metal ion concentration and increasing pH) of Acid Mine Drainage (AMD) and the possibility that the AMD residue sludge containing cellulose could be further hydrolysed using a commercial cellulase enzyme system to produce glucose for bioprocesses. In general both the feedstocks series appeared to increase pH and reduce dissolved iron concentration after being incubated with AMD for a period of 14 weeks at room temperature. The milled switch grass was shown to have a greater remediating effect on AMD, raising the pH from 2.11 to 5.46, and decreasing iron concentration from 500mg/l to 174mg/l, a decrease of 62%. The sugar cane bagasse was shown to have the least remedial effect, increasing pH from 2.11 to 2.38, and only reducing iron concentration by 30%. The 2‐5cm switch grass raised the pH from 2.11 to 3.86, and the iron concentration was reduced from 500mg/l to 283mg/l, a 42% reduction. The milled grass series was chosen for further enzymatic hydrolysis. The milling reduced the size of the switch grass and destroyed the cell structure making it more accessible to AMD treatment. This also allowed the enzyme in the hydrolysis to penetrate to the fibres and reach the sugar oligomers. The sludge of the AMD treated switch grass was incubated with cellulases enzymes for 24 hours at 50oC, producing glucose concentration of up to 4,86mg/ml.

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Matsika, Ruwadzano. "The spatio-temporal dynamics of woody biomass supply and demand in response to human utilisation in an African Savanna woodland." Thesis, 2013. http://hdl.handle.net/10539/12339.

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Abstract:

The thesis presents a thorough, in-depth study that fills some of the gaps in the knowledge of the impacts of woodland utilisation in communal areas. The chosen case study villages are in Bushbuckridge, a government gazetted Integrated Sustainable Rural Development programme node, making the results pertinent to sustainable energy policy reform in South Africa. A case-study of two villages was used to investigate the spatial and structural changes in fuelwood supply in response to fuelwood extraction as well as the changes in use-patterns over time. A survey of the structure and composition of the woody vegetation and wood harvesting patterns around the villages was conducted and compared against historical data, spanning 17 years. Total wood stock in the communal woodlands of both villages declined over the study period; the loss being greater in Welverdiend. Significant, negative change in the structure and species composition, particularly of species that are commonly harvested for fuelwood has occurred in Welverdiend but not in Athol. The absence of negative impacts in Athol implies that harvesting regimes here are more sustainable but it is more likely that this is due to the lower human population and lower fuelwood extraction pressure. The changes in woodland structure were linked to landcover change patterns that occurred in the villages over the last 44 years, from their creation through forced resettlements on old farms in the area. Landcover change patterns were similar in both villages since 1965 but there was significantly greater woodland loss in Welverdiend (48% woodland loss) in comparison to Athol (25% woodland loss). The systematic loss of woodland areas to agricultural fields was linked to expanding residential areas due to human population growth. Deforestation occurred where woodlands were already impacted through selective harvesting. The physical changes in woodland structure and landcover were linked to a detailed socio-economic analysis of the two villages, providing critically important data for the sustainable management of woodlands in South Africa. The impact of access to electricity on fuelwood consumption rates was carried out through analysis of the economic, time and opportunity costs of fuelwood collection, compared against the different fuelwood availability in each village. In Welverdiend demand for fuelwood has so far proved inelastic; households have adjusted their fuelwood collection regimes, going on fewer collection trips but spending longer times for each trip but ultimately household investment is similar to that in Athol. Fuelwood demand is maintained in Welverdiend by the availability of purchased fuelwood and harvesting in new sites. A model to predict the socio-economic factors at the household and per capita level which affect fuelwood consumption was developed. Revealing in the process that households with access to electricity used less fuelwood annually and the amounts of fuelwood used were influenced by the household perceptions of fuelwood scarcity in the village, Household population size had a direct bearing on the likelihood of households switching to electricity with every addition to the household size decreasing the likelihood of switching by 48%. This study has major implications for the government’s on-going rural electrification programme. Interventions are required that raise awareness about fuelwood availability trends, based on landscape developments and targeting women as the main users of fuelwood.

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Dissertations / Theses on the topic 'Biogas utilisation'

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