Dissertations / Theses: 'Ethanol of second generation'

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Maitan-alfenas, Gabriela Piccolo. "Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass for second generation ethanol production." Universidade Federal de Viçosa, 2014. http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/6684.

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Abstract:

Submitted by Amauri Alves (amauri.alves@ufv.br) on 2015-11-16T11:43:38Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3547883 bytes, checksum: d0ecea27278208d99b9477d7546e1251 (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
A produção de etanol de segunda geração apresenta grande potencial para ser uma realidade sustentável, especialmente no Brasil que prossui grandes quantidades de bagaço de cana-de-açúcar. Os maiores obstáculos deste processo são os pré- tratamentos e a hidrólise da biomassa, principalmente esta última etapa visto que as enzimas ainda apresentam custos muito elevados. Assim, esforços têm se concentrado em tornar o processo mais econômico com a descoberta de enzimas mais efetivas. Novas fontes de enzimas são continuamente encontradas e várias estratégias de prospecção e produção enzimática têm sido estudadas. Uma estratégia bastante utilizada na busca por novas enzimas e/ou enzimas mais eficientes é a análise de genômica comparativa de diferentes micro-organismos que permite a seleção de vários candidatos de interesse num curto período de tempo. Além disso, as enzimas podem ser produzidas por fungos quando estes são crescidos em biomassas que apresentam baixo custo e alta disponibilidade. Este trabalho foi dividido em cinco capítulos sendo que o primeiro consiste de uma revisão atual sobre a produção de etanol de segunda geração focada na etapa de sacarificação enzimática. Várias estratégias de prospecção e produção enzimáticas foram discutidas e detalhadas. No segundo capítulo, a sacarificação de bagaço de cana-de-açúcar após pré-tratamentos ácido e alcalino foi comparada usando o extrato enzimático do fungo fitopatógeno Chrysoporthe cubensis e três coquetéis comerciais. Para o bagaço de cana utilizado neste estudo, o pré-tratamento alcalino promoveu os melhores rendimentos de sacarificação sendo o extrato do fungo C. Cubensis o responsável pela maior liberação de glicose e xilose quando comparado às misturas enzimáticas comerciais. Além disso, o extrato de C. cubensis produziu maiores valores de atividade específica comparados aos dos coquetéis comerciais. No terceiro capítulo, o potencial genômico de fungos candidatos foi avaliado e as enzimas mais interessantes para a hidrólise de bagaço de cana-de-açúcar foram expressas em Aspergillus vadensis. Nove enzimas de três fungos diferentes, Aspergillus terreus, Nectria haematoccoca e Phaeosphaeria nodorum, foram viiclonadas e expressas por sistema heterólogo e representam uma nova possiblidade para a melhor degradação do bagaço de cana. Dentre estas enzimas, quatro - xilosidases foram bioquimicamente caracterizadas e apresentaram atividade máxima em valores de pH 4,5-5,0 e em temperaturas 55-60°C. No quarto capítulo, duas xilanases de Aspergillus nidulans previamente clonadas em Pichia pastoris, aqui denominadas Xyn1818 e Xyn3613, foram expressas, purificadas e caracterizadas. Xyn1818 apresentou ótima atividade em pH 7.5 e à 60°C enquanto Xyn3613 alcançou máxima atividade em pH 6.0 e à 50°C. Xyn1818 apresentou-se bastante termoestável à 50°C mantendo 50% de sua atividade original após 49 horas de incubação nesta temperatura. Xyn1818 apresentou maior atividade contra arabinoxilana de trigo enquanto o melhor substrato para Xyn3613 foi xilana beechwood. Testes de sacarificação mostraram que os coquetéis comerciais liberaram mais açúcares (glicose e xilose) quando suplementados com as xilanases Xyn1818 e Xyn3613 de A. nidulans. Finalmente, no quinto capítulo, os fungos Aspergillus niger e Trichoderma reesei foram avaliados quanto à produção de enzimas após crescimento em do e bagaço de cana-de-açúcar. Os fungos produziram diferentes tipos de enzimas (hemi)celulolíticas, o que foi refletido pelo forte efeito sinergístico na liberação de açúcares durante a sacarificação dos substratos utilizando o conjunto de enzimas dos dois microorganismos. Foi constatado que a remoção de monossacarídeos do meio de produção de enzimas é muito importante quando combinações de enzimas de T. reesei and A. niger são utilizadas para aprimorar a hidrólise de biomassas.
Second generation ethanol production has great potential to be a sustainable reality, especially in Brazil due to the large amount of available sugarcane bagasse. Pretreatment methods and biomass hydrolysis continue to be the bottlenecks of the overall process, mainly this second step since the enzymes present high costs. Therefore, efforts have been taken to make the process more cost-effective with regards to the discovery of more effective enzymes. New sources of enzymes are continuously encountered and several strategies of enzyme prospection and production have been studied. One strategy used in the search for new and/or more efficient enzymes is comparative genomic analysis of different microorganisms which allows for the screening of several candidates of interest in a short period of time. Moreover, plant-degrading enzymes can be produced by fungi grown on abundantly available low-cost plant biomass. This work was divided in five chapters being the first chapter a current review about second generation ethanol production focused mainly on the saccharification step. Several strategies of enzyme prospection and production were discussed and detailed. In the second chapter, saccharification of acid- and alkali-pretreated sugarcane bagasse was compared using the enzymatic extract from the pathogen fungus Chrysoporthe cubensis and three commercial enzymatic mixtures. For the sugarcane bagasse studied in this work, the alkaline pretreatment promoted the best saccharification yields, where the C. cubensis extract was responsible for the higher release of glucose and xylose when compared to the commercial enzymatic mixtures Furthermore, the C. cubensis extract was able to produce high specific enzyme activities when compared to the commercial cocktails. In the third chapter, the genomic potential of the candidate fungi was evaluated and the most interesting enzymes for sugarcane bagasse hydrolysis were expressed in Aspergillus vadensis. Nine enzymes from three different fungi, Aspergillus terreus, Nectria haematoccoca and Phaeosphaeria nodorum, were successfully cloned and expressed by heterologous system and these enzymes represent a possibility for a better degradation of sugarcane bagasse. -xylosidases were biochemicallycharacterized and showed maxima activity in the pH range 4.5-5.0 and at temperatures of 55-60°C. In the fourth chapter, two xylanases from Aspergillus nidulans previously cloned in Pichia pastoris, here nominated as Xyn1818 and Xyn3613, were expressed, purified and characterized. The optima pH and temperature for Xyn1818 were 7.5 and 60°C while Xyn3613 achieved maximal activity at pH 6.0 and 50°C. Xyn1818 showed to be very thermostable, maintaining 50% of its original activity after 49 hours when incubated at 50°C. Xyn1818 presented higher activity against wheat arabinoxylan while Xyn3613 had the best activity against xylan from beechwood. Saccharification results showed that the commercial enzymatic cocktails were able to release more sugars (glucose and xylose) after supplementation with the xylanases Xyn1818 and Xyn3613 from A. nidulans. Finally, in the fifth chapter, Aspergillus niger and Trichoderma reesei were substrates: wheat straw and sugarcane bagasse. The fungi produced different sets of (hemi-)cellulolytic enzymes which was reflected in an overall strong synergistic effect in releasing sugars during saccharification using the enzyme blends from both fungi. It was observed that removing monosaccharides from the enzyme production media is very important when T. reesei and A. niger enzyme blends are combined to improve plant biomass saccharification.

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Hilares, Ruly Terán. "Hydrodynamic cavitation as a new approach for sugarcane bagasse pretreatment aiming to second generation ethanol production." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-07082018-153234/.

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Abstract:

Renewable energy sources have been proposed as a viable option to mitigate the consumption and the dependence of fossil fuels. Among the available alternatives, lignocellulosic biomass has shown great potential for bioenergy generation, and biofuels as ethanol can be obtained by fermentation from sugars present in cellulosic and hemicellulosic fractions of biomass. However, for the efficient release of fermentable sugars during the enzymatic hydrolysis step, a pretreatment process is required to modify the material in its structure and composition. In this context, hydrodynamic cavitation (HC) was proposed in this work as a new and promising alternative for pretreatment of sugarcane bagasse. Firstly, the variables NaOH concentration, solid/liquid (S/L) ratio and HC process time were optimized in HC assisted pretreatment. In optimized conditions (0.48 mol/L of NaOH, 4.27% of S/L ratio and 44.48 min), high lignin removal (60.4%) and enzymatic digestibility of cellulose fraction (97.2%) were obtained. Based in those results, new variables (inlet pressure, temperature, alkali concentration) were included for evaluation in a second stage of the study aiming to reduce the HC pretreatment time. In this case, temperature and álcali concentration showed more significance on lignin removal and hydrolysis yield of carbohydrate fraction in pretreated biomass. No significant difference in pretreatment efficiency was observed in 20 and 30 min of process time in the best conditions (70 °C, 3 bar of inlet pressure and 0.3 mol/L of NaOH). The dimensionless cavitation number influence also was evaluated in two levels (0.017 and 0.048), resulting higher efficiency using low cavitation number which was obtained using orifice plate with 16 holes (1 mm of diameter). Using the last optimized conditions and lower temperature (60 °C instead 70 °C) in order to avoid the foam formation when black liquor is reused, other alkalis (Ca(OH)2, Na2CO3, KOH) were evaluated in combination with HC and compared to the use of NaOH. High enzymatic conversions of carbohydrate fraction were observed in biomass pretreated using KOH-HC and NaOH-HC; additionally, NaOH black liquor was reused in 10 sequential batches. The pretreated biomass using fresh and reused black liquor were mixed and used for simultaneous saccharification and fermentation process (SSF) in interconnected column reactors, resulting in 62.33% of hydrolysis of total carbohydrate fractions and 17.26 g/L of ethanol production (0.48 g of ethanol/g of glucose and xylose consumed). Finally, the addition of oxidant agent (H2O2) in the alkali HC-process was optimized. In selected conditions (0.29 mol/L of NaOH, 0.78 % v/v of H2O2 and 9.8 min), 95,43% and 81.34% of enzymatic hydrolysis yield of cellulose and hemicellulose fraction were achieved respectively, using 5% of solid loading (S/L) in the hydrolysis process. When packed bed flow-through column reactor using 20% of S/L was used, 74.7% cellulose hydrolysis yield was reached. Sugars present in hydrolysate were also fermented into ethanol in bubble column reactor resulting in a yield value of 0.49 g/g and 0.68 g/L.h of productivity. By analyzing the results as a whole, HC was shown as a promising technology to accelerate the pretreatment time under mild conditions, showing advantages as simplicity of system and possibility to application in industrial scale.
O uso de fontes de energia renováveis tem sido proposto como uma alternativa viável para reduzir o consumo e a dependência de combustíveis fósseis. Entre as alternativas disponíveis, a biomassa lignocelulósica apresenta grande potencial para geração de bioenergia, sendo que biocombustíveis como o etanol podem ser obtidos por fermentação a partir de açúcares presentes em suas frações celulósicas e hemicelulósicas. No entanto, para a liberação eficiente de açúcares fermentáveis na etapa de hidrólise enzimática, é necessário um processo prévio de pré-tratamento para modificar a estrutura e composição do material. Neste contexto, no presente trabalho a cavitação hidrodinâmica (CH) foi proposta como uma nova e promissora alternativa para o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar. Em uma primeira etapa, as variáveis concentração de NaOH, relação sólido/líquido (S/L) e tempo de processo foram otimizadas no pré-tratamento assistido por CH. Em condições otimizadas (0,48 mol/L de NaOH, 4,27% de relação S/L e 44,48 min), elevados valores de remoção de lignina (60,4%) e digestibilidade enzimática da fração de celulose (97,2%) foram obtidos. Com base nesses resultados, novas variáveis (pressão à montante, temperatura e concentração de álcali) foram incluídas para avaliação em uma segunda etapa do estudo com o objetivo de reduzir o tempo de pré-tratamento com CH. Neste caso, a temperatura e a concentração de álcalis foram as mais importantes na remoção de lignina e influenciaram na hidrólise das frações carboidrato da biomassa pré-tratada. Não houve diferença significativa na eficiência do pré-tratamento em 20 e 30 minutos de tempo de processo nas melhores condições (70 ° C, 3 bar de pressão a montante e 0,3 mol/L de NaOH). A influência do adimensional -número de cavitação? também foi avaliada em dois níveis (0,017 e 0,048), resultando em maior eficiência usando o número de cavitação mais baixo, que foi obtido usando placa de orifício com 16 furos (1 mm de diâmetro). Usando estas condições otimizadas e menor temperatura (60 ° C ao invés de 70 ° C) para evitar a formação de espuma quando o licor negro é reutilizado, outros álcalis (Ca (OH)2, Na2CO3, KOH) foram avaliados em combinação com CH e comparados com o uso de NaOH. Conversões enzimáticas elevadas das frações carboidrato foram observadas em material pré-tratado utilizando KOH-CH e NaOH-CH; além disso, o licor negro de NaOH foi reutilizado em 10 bateladas sequenciais. As biomassas pré-tratadas com licor negro reutilizado e fresco foram misturadas e utilizadas em processo de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF) em reatores de coluna interligados, resultando em 62,33% de hidrólise das frações carboidrato e 17,26 g/L de produção de etanol (0,48 g de etanol/g de glicose e xilose consumidos). Finalmente, a adição de agente oxidante (H2O2) no processo alcalino-CH foi otimizado. Nas condições selecionadas (0,29 mol/L de NaOH, 0,78% v/v de H2O2 e 9,8 min), 95,43% e 81,34% de rendimento de hidrólise enzimática das frações de celulose e hemicelulose, respectivamente, foram obtidos utilizando 5% de carregamento de sólidos (S/L) no processo de hidrólise. Quando foi utilizado reator de coluna de leito fixo com 20% de S/L, atingiu-se 74,7% de rendimento de hidrólise de celulose. Os açúcares presentes no hidrolisado também foram fermentados em etanol em um reator de coluna de bolhas, resultando em um valor de rendimento de 0,49 g/g e 0,68 g/L.h de produtividade. Analisando-se os resultados de uma forma global, demonstrou-se que a CH é uma tecnologia promissora para acelerar o tempo de pré-tratamento em condições amenas, mostrando vantagens como simplicidade do sistema e possibilidade de aplicação em escala industrial.

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Basso, Thalita Peixoto. "Improvement of Saccharomyces cerevisiae by hybridization for increased tolerance towards inhibitors from second-generation ethanol substrate." Universidade de São Paulo, 2015. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-29042015-132341/.

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Abstract:

Global climate change and volatility of petroleum price have driven the necessity to reduce fossil fuel utilization and replace it by renewable energy. Bioethanol production in the United States and Brazil from cornstarch and sugarcane, respectively, is already established. However, the bioethanol industry appears unsustainable in view of the potential stress that its production places on food commodities. In contrast, second-generation biofuels produced from cheap and abundant lignocellulosic biomass, has been viewed as one plausible solution to this \"food versus fuel\" problem. Sugarcane bagasse is an abundant source of lignocellulosic biomass in Brazil and is generally recognized as a very promising feedstock for lignocellulosic ethanol production. Nevertheless, inhibitors such as furfural, 5-hydroxymethyl furfural (HMF) and carboxylic acids are formed during an acid thermochemical pretreatment of lignocellulosic biomass, which has a negative effect on the fermentative microorganisms - Saccharomyces cerevisiae. Second-generation (2G) ethanol in Brazil has the possibility to use a novel substrate, prepared as a blend of sugarcane bagasse hydrolysate and cane molasses. Molasses supplements the nutritional deficiencies of bagasse hydrolysate, contributing with minerals, amino acids and vitamins. However, molasses also contains additional inhibitors, such as HMF, sulfite, and toxic concentration of some minerals (K, Ca), which affect S. cerevisiae fermentation performance. The goal of this work was to generate tolerant derivatives of S. cerevisiae industrial strains that are able to cope with inhibitors present in bagasse hydrolysate and molasses, by means of sexual hybridization and adaptive evolution, which can be used for 2G-ethanol production. The industrial strains PE-2, CAT-1 and SA-1 were sporulated, and haploids were irradiated by ultraviolet (UV) light in order to increase genetic and phenotypic diversity. After direct mating and screening in molasses and hydrolysate media, 234 hybrid strains were selected for further study. In parallel, mass matings (intra and interlines) of PE-2, CAT-1 and SA-1 from non-irradiated haploids were performed and the generated strains were subjected to adaptive evolution for about 100 generations. The 120 strains derived from mass mating and adaptive evolution were then screened for growth in molasses-hydrolysate media. Six isolates showed good fermentation properties compared to the reference strains, showing that hybridization and adaptive evolution of Brazilian industrial yeast strains was a good strategy to develop new tolerant strains for 2G-ethanol production. To better utilize all the sugars present in bagasse hydrolysate, a cassette containing the three genes responsible for xylose fermentation (xylose reductase, xylitol dehydrogenase and xylulose kinase) was integrated into the genome of a haploid derivative (272-1a) of one of the six selected hybrids (272), which had the highest tolerance to Miscanthus x giganteus hydrolysate. Fermentation studies demonstrated that this engineered strain was able to metabolize xylose into ethanol. Finally, the haploid 272-1a was analyzed by quantitative trait loci (QTL) mapping to identify the genetic basis of hydrolysate tolerance. Although the causative gene(s) were not identified in this work, a number of QTL peaks were identified that will serve as the starting point for future fine-mapping studies.
Mudança climática global e a volatilidade do preço do petróleo tem impulsionado a necessidade de redução e substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis. A produção de bioetanol nos Estados Unidos e no Brasil a partir de milho e cana-de-açúcar, respectivamente, está estabelecida. Todavia, a produção de bioetanol mostra-se insustentável, pelo fato da utilização de produtos alimentares para tal produção. Em contrapartida, biocombustíveis produzidos a partir de resíduos lignocelulósicos têm sido vistos como uma solução plausível para o problema \"alimento versus combustível\". No Brasil, o bagaço de cana é uma fonte disponível de biomassa lignocelulósica. No entanto, inibidores como furfural, 5-hidroximetil-furfural (HMF) e ácidos carboxílicos formados durante o prétratamento ácido da biomassa lignocelulósica, têm efeito negativo sobre os microorganismos fermentadores - Saccharomyces cerevisiae. No Brasil, o etanol de segunda-geração (2G) tem possibilidade de utilizar um novo substrato, preparado a partir da mistura de melaço e hidrolisado de bagaço. O melaço será um adjuvante para suprir a deficiência nutricional do hidrolisado, contribuindo com minerais, aminoácidos e vitaminas. Por outro lado, o melaço apresenta alguns inibidores, como HMF, sulfito, e concentração tóxica de alguns minerais, como potássio (K) e cálcio (Ca), que afetam o crescimento e desempenho fermentativo de S. cerevisiae. O objetivo deste trabalho foi gerar descendentes tolerantes de linhagens industriais de S. cerevisiae, capazes de lidar com inibidores presentes no melaço e no hidrolisado de bagaço, por meio de hibridação e evolução adaptativa, para produção do etanol 2G. As linhagens industriais PE-2, CAT-1 e SA-1 foram esporuladas, seus haplóides foram irradiados por luz ultravioleta (UV), objetivando o aumento da diversidade genética e fenotípica das linhagens. Após cruzamento direcionado, 234 híbridos foram selecionados pelo crescimento (DO570nm) em meios de melaço e hidrolisado. Em paralelo, cruzamentos massais (intra e interlinhagens) de haplóides não-irradiados de PE-2, CAT-1 e SA-1 foram realizados e submetidos a evolução adaptativa por cerca de 100 gerações. As 120 estirpes de cruzamentos massais seguidos de evolução adaptativa foram selecionadas pelo crescimento em meios de melaço e hidrolisado. Seis isolados apresentaram boas características fermentativas em comparação às cepas referências, mostrando que hibridação e evolução adaptativa de linhagens de leveduras industriais brasileiras são boas estratégias para desenvolver novas linhagens para produção do etanol-2G. Para uma melhor utilização dos açúcares do hidrolisado, a cassete contendo os três genes responsáveis pela fermentação de xilose (xilose redutase, xilitol desidrogenase e xiluloquinase) foi integrada no genoma do haplóide segregante (272-1a) de uma das seis estirpes selecionadas (272), que apresentou a maior tolerância em hidrolisado de Miscanthus x giganteus. Estudos de fermentação mostraram que a estirpe foi capaz de metabolizar a xilose em etanol. Por fim, o haploide 272-1a foi analisado por quantitative trait loci (QTL) afim de identificar a base genética da tolerância ao hidrolisado. Apesar, do(s) gene(s) causativos não terem sido identificados nesse trabalho, os picos do mapa de QTL identificados servirão como ponto de partida para futuro mapeamento.

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Carvalho, Danila Morais de. "Some factors affecting the production of second generation ethanol from eucalyptus, sugarcane bagasse and sugarcane straw." Universidade Federal de Viçosa, 2016. http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/8390.

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Abstract:

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2016-08-25T17:49:22Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4509982 bytes, checksum: 1ddc3e8d6d2fd98d0186c187ff37a974 (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
O etanol tem sido considerado um promissor biocombustível para substituir combustíveis fósseis. O uso estratégico de eucalipto, bagaço e palha de cana-de-açúcar em tecnologias de segunda geração para a produção de etanol foi estudada neste trabalho, usando vários processos de pré-tratamentos seguidos por sacarificação e fermentação simultâneas (SFS). No artigo I é apresentada a caracterização química de eucalipto, bagaço e palha de cana-de-açúcar antes e após os pré-tratamentos hidrotérmico (H 2 O), ácido diluído (4,5% H 2 SO 4 ) e alcalino (15% NaOH). Foi determinado que o significativo teor de sílica presente em bagaço e palha da cana-de- açúcar causaram superestimação da lignina Klason nessas biomassas. O novo método para reportar a composição química das biomassas, baseado no completo balanço de massas, foi sugerido e provou ser útil para avaliar ambas, matéria-prima e biomassa pré- tratada. A formação de pseudo-extrativos na madeira de eucalipto e pseudo-lignina no bagaço e na palha foi observada como resultado dos pré-tratamentos. O Artigo II apresenta a caracterização química e estrutural das xilanas isoladas a partir de eucalipto, bagaço e palha usando dois métodos, sendo eles: deslignificação com ácido peracético seguida por extração com dimetilsulfóxido e deslignificação com clorito de sódio seguida por extração com dimetilsulfóxido. A xilana obtida a partir do eucalipto foi identificada como do tipo O-acetil-4-O-metilglucuronoxilana, contendo 39 unidades de grupos acetilas e 11 ácidos 4-O-metilglucurônicos para cada 100 unidades de xilose na cadeia principal. Além disso, um ácido 4-O-metilglucurônico foi também substituído por uma unidade de galactosil terminal. A xilana obtida a partir de bagaço e palha foi do tipo arabinoxilana, que apresentou proporcionalmente 100 unidades de xiloses: 29 unidades de grupos acetilas: 5 unidades de arabinofuranosil para o bagaço e proporcionalmente 100 unidades de xiloses: 8 unidades de grupos acetilas: 6 unidades de arabinofuranosil para a palha. O Artigo III descreve o efeito dos pré-tratamentos hidrotérmico e ácido diluído (1,5%, 3,0% e 4,5% de H 2 SO 4 ) na composição química das biomassas e sua subsequente conversão em etanol. Observou-se que a redução no pH dos pré-tratamentos favoreceu a remoção de lignina e carboidratos. O eucalipto apresentou a maior produção de etanol após o pré-tratamento hidrotérmico, mas com rendimento relativamente baixo. Após os pré-tratamentos ácidos, bagaço e palha mostraram maiores produções de etanol que o eucalipto. O pré-tratamentos realizados com 4,5% de H 2 SO 4 foi o mais eficiente. O Artigo IV avalia o efeito da carga alcalina durante os pré-tratamentos alcalinos (5%, 10% e 15% NaOH) na composição química das biomassas e sua subsequente conversão em etanol. Observou-se que as maiores cargas alcalinas propiciaram as maiores remoções de lignina e carboidratos. Para pré- tratamentos alcalinos, o bagaço provou ser a biomassas mais promissora para produção de etanol. O pré-tratamento com 15% de NaOH foi o mais eficiente. O Artigo V apresenta a otimização do pré-tratamento de extração alcalina a frio (EAF) referente à temperatura (20oC, 30oC e 40oC), tempo de reação (10, 35 e 60 min.) e concentração de NaOH (70, 90 e 110 g L -1 ) com foco na remoção de xilanas das biomassas e subsequente conversão das biomassas deficientes em xilanas em etanol. As condições ótimas para a remoção de xilanas de madeira de eucalipto, bagaço e palha da cana-de- açúcar foram respectivamente: 40oC, 60 min. e 70 g L -1 de NaOH; 33oC, 60 min. e 110 g L -1 de NaOH; e 31oC, 55 min. e 110 g L -1 de NaOH. Nessas condições de pré- tratamentos, considerável quantidade de lignina também foi removida das biomassas. Para a madeira de eucalipto, a formação de pseudo-extrativos foi observada durante os pré-tratamentos de EAF. A palha da cana-de-açúcar pré-tratada por EAF foi a biomassa mais promissora para a produção de etanol de segunda geração. Para os pré-tratamentos de EAF, os maiores rendimentos em etanol foram obtidos para bagaço e palha da cana- de-açúcar que para a madeira de eucalipto. Em resumo, os resultados acumulados por essa tese de doutorado sugeriram que bagaço e palha são biomassas aplicáveis à produção de etanol de segunda geração. O uso dessas biomassas lignocelulósicas cria a possibilidade de integrar primeira e segunda plataformas para a produção de etanol, transformando resíduo em produto principal.
The ethanol has been considered a promising biofuel to replace fossil-based fuels. The strategic use of eucalyptus, sugarcane bagasse and sugarcane straw in second generation technology to ethanol production was investigated in this work, by performing various pretreatment processes followed by simultaneous saccharification and fermentation (SSF). In article I it is presented the chemical characterization of eucalyptus, sugarcane bagasse and straw before and after hydrothermal (H 2 O), diluted acid (4.5% H 2 SO 4 ) and alkaline (15% NaOH) pretreatments. It was determined that the significant amount of silica present in sugarcane bagasse and straw led to overestimation of Klason lignin of these biomasses. A novel approach to report the chemical composition of biomasses, based on the complete mass balance, was suggested and proved to be useful to assess both, raw materials and pretreated biomasses. The formation of pseudo-extractives in eucalyptus wood and pseudo-lignin in bagasse and straw as result of pretreatments was observed. Article II presents the chemical and structural characterization of xylans isolated from eucalyptus, bagasse and straw via two different methods, namely: peracetic acid delignification followed by dimethyl sulfoxide extraction and sodium chlorite delignification followed by dimethyl sulfoxide extraction. The xylan obtained from eucalyptus was identified as an O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan type, containing 39 acetyl groups units and 11 4-O-methylglucuronic acids per 100 units of xylose on the backbone. In addition, one 4-O-methylglucuronic acid was also substituted by one terminal galactosyl unit. The xylan obtained from bagasse and straw was an arabinoxylan type, which contained 100 xylose units: 29 acetyl groups units: 5 arabinofuranosyl units for bagasse, proporcionally, and 100 xylose units: 8 acetyl groups units: 6 arabinofuranosyl units for straw, proporcionally. Article III describes the effect of hydrothermal and diluted acid (1.5, 3.0 and 4.5% H 2 SO 4 ) pretreatments on the chemical composition of biomasses and their subsequent conversion into ethanol. It was observed that lowering pretreatment pH resulted in improved lignin and carbohydrates removal. The eucalyptus presented the highest ethanol production after hydrothermal pretreatment, but with relative low yield. After acid pretreatments, bagasse and straw showed higher ethanol productions then eucalyptus. The pretreatment performed at 4.5% H 2 SO 4 was the most efficient. Article IV assesses the effect of alkaline charge during alkaline (5, 10 and 15% NaOH) pretreatments on the chemical composition of biomasses and their subsequent conversion into ethanol. It was observed that higher alkaline charge provided the highest lignin and carbohydrates removal. For the alkaline pretreatments, the bagasse proved to be the most promising biomass for ethanol production. The pretreatment with 15% NaOH was the most efficient. Article V presents an optimization of the cold alkaline extraction (CAE) pretreatment regarding temperature (20oC, 30oC and 40oC), reaction time (10, 35 and 60 min) and NaOH concentration (70, 90 and 110 g L -1 ), focusing on xylan removal from biomasses and subsequent conversion of the xylan-depleted biomasses into ethanol. The optimal conditions for xylan removal from eucalyptus wood, sugarcane bagasse and sugarcane straw were, respectively: 40oC, 60 min and 70 g L -1 NaOH; 33oC, 60 min and 110 g L -1 NaOH; and 31oC, 55 min and 110 g L -1 NaOH. Under these pretreatments conditions, substantial amounts of lignin were also removed from the biomasses. For the eucalyptus wood, the formation of pseudo-extractives was observed during the CAE pretreatments. The sugarcane straw pretreated with CAE was the most promising biomass for production of second generation ethanol. For the CAE pretreatments, higher ethanol yields were achieved with sugarcane bagasse and straw in relation to eucalyptus wood. In summary, the results accumulated from this doctoral thesis suggested that bagasse and straw are suitable biomasses for production of second generation ethanol. The use of these lignocellulosic biomasses creates the possibility of integrating first and second platforms for ethanol production, which turns residues into main product.

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Silverio, Manuella Souza. "Disgestão anaeróbia de vinhaça 2G para produção de biogás." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-18052017-172607/.

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Abstract:

A expansão do setor sucroenergético favoreceu o desenvolvimento da tecnologia de etanol de segunda geração (2G). No entanto, este é um processo que leva à geração de altíssimos volumes de resíduos, bem como o processo de primeira geração (1G). O principal deles é a vinhaça, que também apresenta elevado potencial poluidor. Nesse contexto, vê-se, portanto, a necessidade de se dar uma finalidade adequada ao resíduo. A digestão anaeróbia se tornou uma tecnologia muito disseminada e valorizada em outros países. Isso se deve às vantagens em gestão de resíduos e na geração de energia proporcionadas por essa tecnologia. O potencial de aplicação da vinhaça para produção de biogás é enorme, dado que é um resíduo muito rico em matéria orgânica e de grande disponibilidade no Brasil. A digestão anaeróbia precisa também ser desenvolvida para o resíduo do processo de etanol 2G, pois espera-se que as características da vinhaça gerada sejam diferentes. É importante a investigação da influência que a composição da vinhaça 2G pode ter sobre o processo da digestão anaeróbia e produção de biogás, e este foi o principal objetivo deste trabalho. Para isso, realizou-se inicialmente a caracterização de vinhaça 1G e de vinhaça 2G obtidas para o experimento deste estudo. A composição das duas vinhaças apresentou as principais diferenças para as concentrações de DQO, ácidos orgânicos (sobretudo o ácido acético), compostos fenólicos e sulfato. Foram obtidas concentrações de DQO de 30.732,80 mg O2 L-1 e 19.038,13 mg O2 L-1 para vinhaça 1G e vinhaça 2G, respectivamente. As concentrações de ácido acético e compostos fenólicos totais foram, respectivamente, 88,14% e 84,10% maiores na vinhaça 2G do que na vinhaça 1G. A concentração de sulfato na vinhaça 2G foi 28,11% menor que a concentração obtida na vinhaça 1G. A avaliação de processo de produção de biogás foi realizada em dois reatores metanogênicos, um utilizando vinhaça 1G como substrato e outro, utilizando vinhaça 2G. Os processos foram monitorados segundo a produção de biogás por DQO removida, produção de ácidos orgânicos, alcalinidade, remoção de compostos fenólicos, remoção de ânions e retenção de sólidos. Os efluentes dos reatores metanogênicos também foram caracterizados segundo o teor de cátions. O processo com vinhaça 2G teve produção de biogás quatro vezes maior que o processo com vinhaça 1G. Foram obtidos valores médios de 0,32 Lbiogás DQOremov-1 para o processo com vinhaça 2G e 0,08 Lbiogás DQOremov-1 para o processo com vinhaça 1G. De acordo com o monitoramento dos processos por alcalinidade e concentração de ácidos orgânicos, o processo com vinhaça 2G também se mostrou mais eficiente do que o processo com vinhaça 1G no que diz respeito ao consumo de matéria orgânica. A remoção de compostos fenólicos totais teve eficiência média de 56,96% para o processo utilizando vinhaça 2G, enquanto que o processo com vinhaça 1G não foi capaz de removê-los. Infere-se que a elevada concentração de ácido acético na vinhaça 2G tenha contribuído para o processo de produção de biogás. A alta disponibilidade de acetato favorece a atividade metabólica de arqueas metanogênicas, o que é fundamental para o equilíbrio químico da conversão de matéria orgânica em biogás.
The Sucroenergetic sector expansion has favored the development of second generation ethanol technology. However, the process leads to the production of large amounts of residues, as well as the first generation process. The main residue is the vinasse, which is very pollutant. In this context it becomes clear the need of giving an appropriate application for vinasse. Anaerobic digestion has turned into a very disseminated and very well accepted technology in many countries, which is mainly due to its results as an efficient waste management and energy generation. Vinasse has a great potential for biogas production through anaerobic digestion, since it is a residue with high organic matter and in large availability in Brazil. Such technology has to be developed also for the residues obtained through second generation ethanol process. With a different process, it is expected that residues composition might also be different. It is important to look into the influence that second generation vinasse composition may bring to anaerobic digestion. The purpose of this study was to investigate the effects of second generations vinasse composition over the biogas production process. Before experiments, first and second generation vinasses were characterized. The most remarkable differences for vinasses composition were obtained for COD concentration, organic acids concentration (specially for acetic acid), phenolic compounds and sulphate. COD concentrations were 30,732.80 mg O2 L-1 and 19,038.13 mg O2 L-1 for first generation vinasse and second generation vinasse, respectively. Acetic acid and total phenolic compounds were, respectively, 88.14% and 84.10% higher for second generation vinasse than those found for first generation vinasse. Sulphate concentration for second generation vinasse was 28.11% lower than first generation vinasse\'s concentration. Biogas production process was evaluated for two different methanogenic reactors: first generation vinasse was used as substrate for one reactor and second generation vinasse was used as substrate for the second one. Processes were monitored according to biogas production by removed COD, organic acids production, alkalinity, phenolic compounds removal, anions removal and solids retention. Both reactors had their effluents characterized by cations content. In the process carried out with second generation vinasse the biogas production was four times higher than in the process carried out with first generation vinasse. The average values were 0.08 Lbiogas CODremoved-1 and 0.32 Lbiogas CODremoved-1 for first and second generation, respectively. Considering processes monitoring by alkalinity and organic acids concentrations, the process carried out with second generation vinasse was more efficient in regards to organic matter consumption. The average efficiency for total phenolic compounds removal was 56.96% for the process using second generation as substrate. On the other hand, the process with first generation vinasse was not capable of consuming them. The results obtained in this study suggest that the high acetic acid concentration in second generation vinasse have contributed to biogas production. High acetate availability promotes archaeas metabolic activity, which is fundamental for chemical balance in converting organic matter into biogas.

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Samuel, Victor. "Environmental and socioeconomic assessment of rice straw conversion to ethanol in Indonesia : The case of Bali." Thesis, KTH, Energi och klimatstudier, ECS, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-127807.

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Abstract:

The vast rice production in some developing Asian countries like Indonesia raises expectation on poverty alleviation and energy diversification through second generation biofuel production from rice residues, specifically rice straw. This work attempts to estimate the potential environmental and socioeconomic benefits of rice straw-to-ethanol project in Indonesia. Literature research and interviews are performed to quantify several environmental and socioeconomic indicators that are considered as the major concerns inimplementing an energy project. Assuming all the technically available rice straw in Bali is used (~244-415 kilotonne/year), ethanol production may yield gasoline replacement, lifecycle GHG savings, GDP contribution, foreign exchange savings, and employment beneficiaries of 55-93 ML/year, 140-240 millionUSD/year, 19-32 kilotonne of CO2-equivalent/year, 100-180 million USD/year, and 2,200-3,700 persons, respectively. Sensitivity analyses are done for some parameters, showing that ethanol yield, total capital cost, feed-in-tariff for electricity, and imported crude oil price are the major factors affecting the viability of rice straw-to-ethanol project in Indonesia.
Harnessing agricultural feedstock and residues for bioethanol production - towards a sustainable biofuel strategy in Indonesia

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Silva, Amanda Alves. "Caracterização bioquímica da Beta-Xilosidase II de Caulobacter crescentus visando a degradação da biomassa lignocelulósica para aplicações biotecnológicas." Universidade Estadual do Oeste do Parana, 2015. http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/5.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:36:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTACAO AMANDA ALVES MESTRADO EM CIENCIAS FARMACEUTICAS _UNIOESTE 2015.pdf: 10598736 bytes, checksum: 51f0f3eb83858fee62392b7892930766 (MD5) Previous issue date: 2015-12-07
Lignocellulosic biomass are the raw material most abundant and promising as a natural and renewable resource. These plant materials are complex carbohydrate polymer composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin, which are linked by covalent bonds and can be transformed into value-added products, such as biofuels. The degradation of lignocellulosic material is made mainly from enzymes produced by microorganisms such as filamentous fungi, yeast and bacteria. Ethanol production from agricultural residues, based on the enzymatic hydrolysis, it takes basically four stages: production of enzymes, pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation. Pretreatment is a work that will break the lignin cellulose complex, reducing the degree of crystallinity of the cellulose and increase the porosity of the material, by increasing the surface area of the biomass. However, pre-treatment products can generate inhibitors which include phenolic and other aromatic, aliphatic acids, aldehydes, furans, inorganic ions. The fermentation and simultaneous saccharification is an important approach for producing cellulosic or ethanol of second generation, where the enzymatic hydrolysis of cellulose and fermentation are simultaneously carried out in the same reactor, in order to obtain ethanol at a high rate and decrease formation of inhibitor compounds. Enzymatic hydrolysis requires, first, that the lignocellulosic biomass is pretreated to increase access to enzymatic attack, so that later the cellulose is broken down by cellulase action. Xylanases include the group of enzymes responsible for the hydrolysis of xylan, the major constituent of hemicellulose. The key enzymes involved in this process are β-1,4-endoxylanase and β-D-xylosidase. Endoxylanase cleave glycosidic linkages of the main chain of xylan releasing xylo-oligosaccharides, which are used by β-xylosidase to produce monomers of xylose. The alfaproteobacteria Caulobacter crescentus is non pathogenic, Gram negative, mainly found in aquatic environments and on many types of soils. This bacterium has about seven genes directly associated with xylan degradation and five of them encoding β-xylosidases. To date, there are only three studies on the β-xylosidase II from C. crescentus. The first characterization of this enzyme showed that it is capable of hydrolyzing substrates such as xylobiose, xylotriose and xilopentose whose optimum pH is 6 and optimum temperature is 55°C, although it is stable at 50°C, which shows a thermotolerance, indicating strong enough to be used in different biotechnological applications. The stability and reusability of enzymes are of fundamental importance, since they reflect significantly on the cost of the final product, and one way to achieve this is with the immobilization of enzymes, consisting of confinement thereof in a matrix or support, which can be inert polymers or inorganic materials, so that its catalytic activity is retained and the enzyme can be used repeatedly and continuously. In the present report, it was found that the β-xylosidase II (CcXynB2) of Caulobacter crescentus increased by 62% of its activity in 5 mM KCl probably as a consequence of a positive role of K+ ions. CCxynB2 was measured against various compounds described as inhibitors of hydrolysis and fermentation of lignocellulosic biomass and showed 61% more tolerant incubation with ethanol (200 mM) at 37 °C for 48 h in the absence of alcohol. The specific activities of CcXynB2 were evaluated in the presence of 10mM phenol or galacturonic acid, 100 mM hydroxymethylfurfural or ferulic acid, 1 mM acetic acid, 200 mM arabinose, glucose or xylose and it was found that were equal (100%) or much higher than the values obtained in the total absence of these compounds after 48 h. When the inhibitors were used in combination, the CcXynB2 retained 67% of its initial activity after testing at 37°C during 48 h. The enzymatic hydrolysis of hemicellulose from corncob was conducted with CcXynB2 alone or in synergism with xylanase and commercial β-glycosidase, which were more efficient in performed the saccharification of hemicellulose from 37-50 °C. The immobilized CcXynB2 in mobile phase resin led to a protective effect of specific activity, which was proportionally parallel to decreased temperatures (60 to -20°C). The data presented here indicate that CcXynB2 is promising and has potential to work in simultaneous saccharification and fermentation processes for cellulosic ethanol production. To our knowledge, is the first time that similar results are reported in the literature to bacterial β-xylosidases. Thus, this work contribute positively by providing essential information to improve the use of β-xylosidase II of Caulobacter crescentus.
Biomassas lignocelulósicas constituem a matéria-prima mais abundante e promissora como recurso natural e renovável. Esses materiais vegetais são polímeros de carboidratos complexos compostos basicamente por celulose, hemicelulose e lignina, que estão unidos entre si por ligações covalentes e podem ser convertidos em produtos de valor agregado, como os biocombustíveis. A degradação dos materiais lignocelulósicos é feita a partir de enzimas produzidas principalmente por micro-organismos como fungos filamentosos, leveduras e bactérias. Para obter etanol a partir de resíduos agroindustriais, baseando-se na hidrólise enzimática, são necessárias, basicamente, quatro etapas: produção de enzimas, pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação. O pré-tratamento é o processo que irá dissociar o complexo lignina-celulose, reduzir o grau de cristalinidade da celulose e aumentar a porosidade dos materiais, através do aumento da área superficial da biomassa. No entanto, o pré-tratamento pode gerar produtos inibidores, que incluem compostos fenólicos e outros aromáticos, ácidos alifáticos, aldeídos, furanos, íons inorgânicos. A fermentação e sacarificação simultânea é uma estratégia importante para a produção de etanol celulósico ou de segunda geração, onde a hidrólise enzimática da celulose e a fermentação são desenvolvidas simultaneamente no mesmo reator, com o intuito de obter etanol em altas taxas e diminuir a formação de compostos inibidores. A hidrólise enzimática necessita, primeiramente, que a biomassa lignocelulósica seja pré-tratada para aumentar o acesso ao ataque enzimático, para que posteriormente a celulose seja quebrada pela ação de celulases. As xilanases compreendem o grupo de enzimas responsáveis pela hidrólise do xilano, principal constituinte da hemicelulose. As principais enzimas envolvidas nesse processo são β-1,4-endoxilanase e a β-D-xilosidase. Endoxilanases clivam as ligações glicosídicas da cadeia principal do xilano liberando xilo-oligossacarídeos, que são utilizados pelas β-xilosidases para liberar xilose. A alfaproteobactéria Caulobacter crescentus é não patogênica, Gram negativa, encontrada principalmente em ambientes aquáticos e em muitos tipos de solos. Essa bactéria apresenta cerca de sete genes envolvidos diretamente na degradação do xilano, sendo que cinco deles codificam para β-xilosidases. Até o momento, existem apenas três trabalhos sobre a β-xilosidase II de C. crescentus. A primeira caracterização da enzima mostrou que esta é capaz de hidrolisar substratos como xilobiose, xilotriose e xilopentose, cujo pH ótimo é 6 e temperatura ótima é 55ºC, embora seja mais estável em 50ºC, o que demonstra uma modesta termotolerância, indicando ser suficientemente resistente para diferentes aplicações biotecnológicas. A estabilidade e a possibilidade de reutilização de enzimas são de fundamental importância, pois refletem significativamente no custo do produto final, e uma forma de conseguir isso é com a imobilização de enzimas, que consiste no confinamento da mesma em uma matriz ou suporte, que podem ser polímeros inertes ou materiais inorgânicos, de modo que sua atividade catalítica fique retida e a enzima possa ser usada repetidamente e continuamente. No presente trabalho, verificou-se que a β-xilosidase II (CcXynB2) de Caulobacter crescentus aumentou 62% da sua atividade em 5 mM de KCl provavelmente em consequência de um papel positivo dos íons K+. CcXynB2 foi avaliada frente a diferentes compostos descritos como inibidores do processo de hidrólise e fermentação da biomassa lignocelulósica e mostrou-se 61% mais tolerante a incubação com etanol (200 mM) a atividades específicas da CcXynB2 foram avaliadas na presença de 10 mM fenol ou ácido galacturônico, 100 mM de hidroximetilfurfural ou ácido ferúlico, 1 mM de ácido acético, 200 mM de arabinose, glicose ou xilose, e verificou-se que foram iguais (100%) ou muito superiores aos valores obtidos na ausência total destes compostos após 48 h. Quando os inibidores foram usados em associação, a CcXynB2 reteve 67% da sua atividade inicial após 48 h de ensaio a 37ºC. A hidrólise enzimática da hemicelulose de sabugo de milho foi conduzida com CcXynB2 isoladamente ou em sinergismo com xilanase e β-glicosidase comerciais, as quais foram mais eficientes em sacarificar a hemicelulose entre 37-50ºC. A imobilização da CcXynB2 em resina de fase móvel levou a um efeito protetor da atividade específica, que ocorreu de forma paralela à diminuição de temperatura (60 a -20ºC). Os dados apresentados aqui indicam que a CcXynB2 é promissora e possui potencial para atuar em processos de sacarificação e fermentação simultânea para produção de etanol celulósico. Segundo nosso conhecimento, é a primeira vez que resultados similares são relatados na literatura para β-xilosidases bacterianas. Dessa forma, este trabalho pode contribuir positivamente, fornecendo informações fundamentais para aprimorar o uso da β-xilosidase II de Caulobacter crescentus

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Bronzato, Giovana Roberta Francisco [UNESP]. "Investigação da biomassa de Eichhornia crassipes (aguapé) para a obtenção de etanol de segunda geração como um processo mitigatório da poluição aquática." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2016. http://hdl.handle.net/11449/141985.

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Submitted by GIOVANA ROBERTA FRANCISCO BRONZATO null (giba_roberta@hotmail.com) on 2016-07-30T22:47:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertação8.pdf: 3329976 bytes, checksum: 1e0d85f78fcf14b969e03a86c3ce4b3e (MD5)
Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-02T14:18:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 bronzato_grf_me_bot.pdf: 3329976 bytes, checksum: 1e0d85f78fcf14b969e03a86c3ce4b3e (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
A Eichhornia crassipes, conhecida popularmente como aguapé, é uma macrófita aquática nativa no Brasil que tem um grande poder de adaptação e uma taxa de crescimento muito elevada, chegando a cobrir o leito de um rio em poucas semanas. Por esses motivos, atualmente, esse vegetal é considerado uma praga, pois sua grande quantidade causa danos ambientais a corpos hídricos, como a eutrofização desses habitats e no setor econômico prejudica a navegação e a produção de energia, pois se prendem aos motores e as turbinas, respectivamente. Uma alternativa para resolver o problema do excesso de aguapé é utilizar a sua biomassa para a produção de etanol de segunda geração, uma tecnologia que utiliza a celulose dos vegetais como matéria-prima. Nesta dissertação foram estudadas algumas rotas de produção, com a intenção de encontrar uma metodologia eficiente para a produção de etanol 2G a partir do aguapé. Para isso foram utilizados quatro diferentes processos químicos de pré-tratamento, auto-hidrólise, hidrólise com peróxido de hidrogênio, e hidrólise com os ácidos sulfúrico e acético, e duas formas de hidrólise enzimática, simultânea ou separada do processo de fermentação alcoólica. Pela caracterização química e pelas análises de TG-DTA, XRD e FTIR, foi possível determinar que a hidrólise com ácido sulfúrico é o pré-tratamento mais eficiente e que os processos de hidrólise enzimática e fermentação alcoólica simultâneas apresentam uma maior produtividade. Em um ano, com apenas um hectare, em corpos hídricos, de aguapé, é possível produzir 265 litros de etanol.
Water hyacinth, Eichhornia crassipes, is a native macrophyte from Brazil that has a great ability to adapt and a very high growth rate, reaching to cover the riverbed in a few weeks. For these reasons, currently, water hyacinth is considered a pest because its large amount causes environmental damage to the rivers and lakes, such as eutrophication of these habitats, and economic sector, affecting navigation and energy production because they are arrested to engines and turbines respectively. An alternative to resolve the excess water hyacinth problem is to use its biomass to second generation ethanol production, which technology use cellulose like feedstock. In this work were studied some ways to optimize the production of 2G ethanol from water hyacinth. For this were used different chemical pre-treatment processes (hydrolysis with water, peroxide, sulfuric and acetic acids), and two way to enzymatic hydrolysis (SSF and SHF). Through the chemical characterization and TG-DTA, XRD and FTIR analyses, was possible to determine that sulfuric acid hydrolysis is the pretreatment more effective and that SSF has the bigger productivity. In one year, from one hectare covered by water hyacinth, it's possible to produce 265 liters of ethanol.

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Mello, Bruno Luan Soares Paula de. "Identificação e caracterização da primeira exoxilanase da família 11 de hidrolase de glicosídeo a partir do estudo do metatranscriptoma de um consórcio derivado da compostagem." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-21092017-104026/.

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Abstract:

O uso de resíduos agrícolas como fonte de carbono para a geração de energia renovável parece uma solução promissora para reduzir nossa dependência em combustíveis fósseis. Na natureza, como na compostagem, comunidades microbianas formam redes metabólicas complexas que degradam eficientemente a biomassa disponível através de um conjunto de enzimas sinérgicas. Entretanto, a desconstrução da lignocelulose continua uma desafio para a indústria devido a natureza recalcitrante do substrato e a baixa atividade das enzimas, aumentando o preço do biocombustível produzido. Estudos de metagenômica e metatranscriptômica de comunidades microbianas complexas tornam possível acessar as funções metabólicas empregadas por consórcios lignocelulolíticos e revelar novos biocatalisadores que podem melhorar a conversão industrial da lignocelulose. Aqui, através de uma abordagem metagenômica, foi examinada a diversidade de microrganismos obtidos em condições laboratoriais quando um meio definido ou um complexo foi usado no seu crescimento. Em seguida, a comunidade microbiana derivada de compostagem foi crescida em meio mínimo com bagaço de cana-de-açúcar como única fonte de carbono. A degradação do substrato foi monitorada e o metatranscriptoma da cultura resultante foi sequenciado, seguido pela seleção e caracterização funcional de vários alvos. Durante as cinco semanas de estudo, a comunidade microbiana crescida em meio mínimo mostrou maior diversidade e enriquecimento em microrganismos capazes de degradar a lignocelulose do que a comunidade microbiana crescida no meio complexo. A partir do metatranscriptoma foi descoberta a primeira hidrolase de glicosídeo da família 11 com atividade exoxilanase (C21). A estrutura cristalográfica da C21, refinada à 1,76 Å, revelou que a atividade exoxilanase observada se deve a presença de duas alças que não estão presentes nas demais estruturas dos membros da família 11 de hidrolase de glicosídeo depositadas até então. A adição da C21 a um coquetel comercial provocou um aumento na velocidade de hidrólise do Avicel quando na presença de xilooligômeros. As análises metagenômica e metatranscriptômica da comunidade microbiana proveniente da compostagem revelaram que o uso de um meio definido pode deslocar espécies generalistas, levando a uma fonte enriquecida para explorar enzimas com aplicação biotecnológica. Também demonstrou a diversidade de mecanismos envolvidos na degradação in situ da lignocelulose.
Using of the globally abundant crop residues as carbon source for energy generation seems a promising solution to reduce our dependency on fossil fuels. In nature, such as in compost habitats, microbial communities create complex metabolic networks that efficiently degrade the available plant biomass using a set of synergistic enzymes. However, deconstruction of lignocellulose remains a challenge for industry due to recalcitrant nature of the substrate and enzymes low activity, raising the price of the produced biofuel. Metagenomics and metatranscriptomics studies on complex microbial communities can assess the metabolic functions employed by the lignocellulolytic consortia and unveil novel biocatalysts that could improve industrial lignocellulose conversion. Here, using 16S rRNA amplicon metagenomic approach, we examined the diversity of microorganisms obtained in the laboratory setting when a nutrient-limited or nutrient-rich media are used. Then, a microbial community derived from compost was grown in minimal medium with sugarcane bagasse as a sole carbon source. The substrate degradation was monitored and the metatranscriptome from the resulting cultures was sequenced; several target genes were selected and functional characterized. During a five-week time course, the microbial community grown in minimal medium showed greater diversity and enrichment in lignocellulose-degrading microorganisms than the one grown in nutrient rich medium. Metatranscriptomics analysis revealed the first glycoside hydrolase from family 11 with exo-xylanase activity (C21). C21 crystal structure, refined at 1.76 Å, explained the molecular basis of exo-xylanase activity due to two extra loops previously unseen in the other reported structures from members from glycoside hydrolase family 11. A supplementation of commercial enzyme mix with C21 showed improvement in Avicel hydrolysis in the presence of inhibitory xylooligomers. The combination of metagenomic and metatranscriptomic analysis of compost-derived microbial community showed that nutrient-limited medium may displace bacterial generalist species, leading to an enriched source for mining novel enzymes for biotechnology applications. It also unveiled a diversity of mechanisms involved in lignocellulose degradation in situ.

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Van, Der Westhuizen Willem Andries. "A Techno-economic evaluation of integrating first and second generation bioethanol production from sugarcane in Sub-Saharan Africa." Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2013. http://hdl.handle.net/10019.1/85611.

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Abstract:

Thesis (MScEng)-- Stellenbosch University, 2013.
ENGLISH ABSTRACT: Climate change that results from greenhouse gases (GHG’s) released from the burning of fossil fuels, together with the rising price of oil, have sparked interest in renewable biofuels. The production of biofuels also presents potential socio-economic benefits. There are two types of technologies for bioethanol production: · First generation bioethanol is produced from food feedstocks such as juice of sugarcane. · Second generation bioethanol is produced from non-food feedstocks (lignocellulosic materials). This project is concerned with 1st and 2nd generation bioethanol production from sugarcane juice and bagasse and the integration of these technologies. This project comprises a combination of experimental and process modelling work to assess energy efficiencies and the economic viability of integrated and stand-alone processes in the sub-Saharan African context. First generation fermentation experiments were conducted and high ethanol concentrations of up to 113.7 g/L were obtained. It was concluded that a recombinant yeast strain may be able to replace a natural hexose fermenting yeast for 1st generation fermentations to reduce costs. 2nd generation fermentation experiments were performed and ethanol concentrations of close to 40 g/L were obtained. Combinations of 1st and 2nd generation fermentation experiments were performed to improve the 2nd generation fermentation. In one of the experiments it was concluded that the combination of 1st and 2nd generation fermentations significantly improved the 2nd generation fermentation with an overall ethanol concentration of 57.6 g/L in a shorter time than for the pure 2nd generation experiments. It was determined from washing and pressing experiments that pressing the pre-hydrolysate liquor out of the pre-treated bagasse will sufficiently lower the levels of inhibitors in a 2nd generation fermentation when using a hardened yeast. Some of the data from the 1st generation experiments were used along with literature data to model a first generation process in Aspen Plus® which processes 493 tons of cane per hour (tc/hr). Pinch heat integration was used to reduce the utility requirements. The process used the bagasse that was generated to co-produce steam and electricity. The excess electricity was sold for additional revenue. In one scenario the excess bagasse was determined at 57.5%. This bagasse was sold to a stand-alone 2nd generation plant. The first generation process produced 85.5 litres of ethanol per ton of cane (L/tc), the integrated process produced 128 L/tc while the stand-alone 2nd generation process produced 185 litres of ethanol per ton of bagasse (50% moisture) or 25.5 L/tc. The amount of excess electricity that was produced ranged from 14.3 to 70.2 kWh/tc. Economic analyses were performed using South African economic parameters to resemble the sub- Saharan African context. Data from the 1st generation process model and literature data for integrated 1st and 2nd generation and stand-alone 2nd generation processes were used for the analyses. It was found that the integrated plant is the most economically viable (IRR = 11.66%) while the 1st generation process basically broke even (IRR = 1.62%) and the 2nd generation process is unviable. This was as a result of high sugarcane prices and too few incentives for 2nd generation ethanol.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Klimaatsverandering wat veroorsaak word deur kweekhuisgasse wat vrygestel word deur die verbranding van fossielbrandstowwe en die stygenede olieprys het belangstelling in hernubare biobrandstowwe laat opvlam. Die produksie van biobrandstowwe hou ook potensiële sosioekonomiese voordele in. Daar is twee tegnologieë vir bioetanol produksie: · Eerste generasie bioetanol word vanaf voedsel bronne soos suikersap geproduseer. · Tweede generasie bioetanol word van nie-voedsel bronne (lignosellulose materiaal) geproduseer. Hierdie projek handel oor 1ste en 2de generasie bioetanol produksie van suikersap en suikerriet bagasse en die integrasie van hierdie tegnologieë. Hierdie projek bestaan uit ‘n kombinasie van eksperimentele- en prosesmodellering werk om die energiedoeltreffendheid en ekonomise vatbaarheid van geïntegreerde en alleenstaande prosesse in die sub-Sahara konteks te ondersoek. Eerste generasie fermentasie eksperimente is uitgevoer en hoë etanol konsentrasies van tot 113.7 g/L is gekry. Dit was bepaal dat ‘n rekombinante gisras ‘n natuurilke heksose fermenterende gisras kan vervang vir 1ste generasie fermentasies om kostes te bespaar. 2de generasie fermentasie eksperimente is gedoen en etanol konsentrasies van amper 40 g/L is behaal. Kombinasies van 1ste en 2de generasie fermentasie-eksperimente was uitgevoer om die 2de generasie fermentasie te verbeter. In een van die eksperimente is dit bepaal dat die kombinasie van 1ste en 2de generasie fermentasie die 2de generasie fermentasie beduidend verbeter het met ‘n etanol konsentrasie van 57.6 g/L en dít in ‘n korter tyd as vir die suiwer 2de generasie eksperimente. Dit was bepaal vanuit pers- en was eksperimente dat om die pre-hidrolisaat vloeistof uit die stoombehandelde bagasse te pers, die vlak van inhibitore in ‘n 2de generasie fermentasie voldoende verlaag vir die gebruik van ‘n verharde gis. Van die data van die 1ste generasie eksperimente was saam met literatuurdata gebruik om ‘n 1ste generasie proses in Aspen Plus® te modelleer wat 493 ton suikerriet per uur prosesseer (tc/hr). Pinch hitte integrasie was gebruik om die dienste vereistes te verminder. In die proses word die bagasse gebruik om stoom en elektrisiteit te genereer. In een geval was die oortillge bagasse bepaal as 57.5%. Hierdie bagasse was verkoop aan ‘n alleenstaande 2de generasie aanleg. Die eerste generasie proses het 85.5 liter etanol per ton suikerriet geproduseer (L/tc), die geïntegreerde proses het 128 L/tc geproduseer terwyl die 2de generasie proses 185 liter etanol etanol per ton bagasse (50% vog) of 25.5 L/tc geproduseer het. Die hoeveelhede oortillige elektrisiteit wat geproduseer is wissel van 14.3 tot 70.2 kWh/tc. Ekonomiese analieses is gedoen met Suid-Afrikaanse ekonomiese parameters om die sub-Sahara Afrika-konteks uit te beeld. Data van die 1ste generasie prosesmodel en literatuurdata van geïntegreerde 1ste en 2de generasie en alleenstaande 2de generasie prosesse was vir die analieses gebruik. Dit is bepaal dat die geïntegreerde model die mees ekonomies vatbare model is (IRR = 11.66%) terwyl die 1ste generasie proses basies gelyk gebreek het (IRR = 1.62%) en die 2de generasie proses is ekonomies onvatbaar. Hierdie bevindinge is as gevolg van hoë suikerrietpryse en te min aansporings vir 2de generasie etanol.

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Nakanishi, Simone Coelho. "Estudo da ampliação de escala do processo de pré-tratamento alcalino do bagaço de cana-de-açúcar para obtenção de etanol de segunda geração." Universidade de São Paulo, 2016. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-06022017-103547/.

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Abstract:

No presente trabalho, dados de ampliacao de escala, de um processo de pre-tratamento alcalino em escala laboratorial (2L) para escala piloto (350L) foram avaliados. Os experimentos realizados previamente em escala laboratorial apontaram duas condições potenciais para a ampliacao de escala, a saber: Ensaio 5 (130°C, 30 min, 1,5% m/v NaOH, 0,15% m/m antraquinona) apresentando a maior conversao enzimatica da polpa obtida (64,5%) e Ensaio 7 (170°C, 1,5 % m/v NaOH, 30 min, 0,15% m/m antraquinona) com a maior solubilizacao de lignina (81,0 %). Os experimentos em escala piloto foram realizados nas condicoes apontadas, com e sem a adicao de antraquinona. A reprodutibilidade dos dados em escala piloto foi satisfatoria, considerando o sistema de aquecimento e agitacao mais eficientes do reator piloto em relacao ao reator usado no laboratorio. O uso da antraquinona diminuiu a solubilizacao de carboidratos durante o pretratamento (evitando 67% de solubilizacao quando comparado a reacao sem antraquinona, a 130°C), mas interferiu negativamente na etapa subsequente de hidrolise, principalmente na reacao a 170°C. Dentre as condicoes testadas, o ensaio 5Pil/AQ (130°C, 30 min, 1,5% NaOH e 0,15% m/m antraquinona) foi eleito como a melhor condicao de pre-tratamento, com maior rendimento em carboidratos apos a hidrolise enzimatica, sendo possivel obter (extrapolando os resultados) 290 kg de glicose e 98 kg de xilose a partir de uma tonelada de bagaco (base seca). Para a obtencao de etanol a partir desse hidrolisado, foram realizadas fermentacoes com tres diferentes leveduras - S. cerevisiae CAT-1, S. stipitis NRRL Y-7124 e S. passalidarum NRRL Y-27907. O melhor resultado foi apresentado para fermentacao em batelada alimentada aplicando reciclo de celulas utilizando a levedura S. passalidarum, produzindo 23,3 g/L de etanol (97 % do teorico) com produtividade de 0,90 g/L.h em 24 h de fermentacao no terceiro reciclo. O processo de pre-tratamento alcalino gera, alem da polpa rica em carboidratos, um hidrolisado rico em lignina. A lignina foi precipitada desse hidrolisado apos cada pre-tratamento realizado e caracterizada, apresentando poder calorifico entre 22,8 e 25,3 MJ/kg.
In this study, data scale up for an alkaline pretreatment process from lab to pilot scale was evaluated. Lab scale experiments indicated two potential conditions for the scale-up, namely: 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone , presenting the highest enzymatic conversion (64.5%); and 170°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH, 0.15% w/w anthraquinone with the highest lignin solubilization (81.0 %). The experiments were performed on pilot scale under the aforementioned conditions, with and without anthraquinone. Data reproducibility on pilot scale was satisfactory considering the more efficient heating and stirring reactor system when compared to the reactor in lab scale. Anthraquinone decreases the solubilization of carbohydrates during pretreatment (avoiding 67% solubilization compared to the reaction without anthraquinone, at 130°C), but interferes negatively in the subsequent hydrolysis step, mostely at 170°C. Among the conditions tested, the test performed at 130°C, 30 min, 1.5% w/v NaOH and with 0.15% w/w anthraquinone was chosen as the best pretreatment condition, with the highest carbohydrate conversion after enzymatic hydrolysis, allowing 290 kg of glucose and 98 kg of xylose per a dry base ton of bagasse. In order to produce ethanol from this hydrolyzate, fermentations with three different yeasts were performed - S. cerevisiae CAT-1, S. stipites NRRL Y-7124, S. passalidarum NRRL Y-27907. Fed-batch fermentation with S. passalidarum cell recycling provided the best result, yielding 23.3 g/L ethanol, 97 % (theoretical yield) with 0.90 g/L.h productivity within 24 h of fermentation. The alkaline pretreatment process generates, besides the pulp rich in carbohydrates, a lignin-rich hydrolyzate. Lignin was precipitated from the hydrolyzate obtained after each pretreatment carried out and characterized, presenting heating values between 22.8 and 25.3 MJ/kg.

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Ahmed, Shehzad, Marcos H. K. Conradt, and Valeria De Fusco Pereira. "Alternative Fuels for Transportation : A Sustainability Assessment of Technologies within an International Energy Agency Scenario." Thesis, Blekinge Tekniska Högskola, Avdelningen för maskinteknik, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:bth-3628.

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Abstract:

Transport sector is an essential driver of economic development and growth, and at the same time, one of the biggest contributors to climate change, responsible for almost a quarter of the global carbon dioxide emissions. The sector is 95 percent dependent on fossil fuels. International Energy Agency (IEA) scenarios present different mixes of fuels to decrease both dependence on fossil fuels and emissions, leading to a more sustainable future. The main alternative fuels proposed in the Blue map scenario, presented in the Energy Technologies Perspective 2008, were hydrogen and second-generation ethanol. An assessment of these fuels was made using the tools SLCA (Sustainability Life Cycle Assessment) and SWOT Analysis. A Framework for Strategic Sustainable Development (FSSD) is the background used to guide the assessment and to help structure the results and conclusions. The results aim to alert the transport sector stakeholders about the sustainability gaps of the scenario, so decisions can be made to lead society towards a sustainable future.

Phone number 0708293568

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Ferro, Ana Maria Souza dos Santos Pau. "Estudo de pré-tratamento ácido do fruto da terminalia catappa linn para produção de etanol de segunda geração." Universidade Federal de Alagoas, 2016. http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1453.

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Abstract:

Due to the oil crisis, the ethanol industry has developed rapidly in recent years to deal with the depletion of fossil fuels. Ethanol from renewable raw materials (bioethanol) has been of great interest in recent decades as an alternative fuel. There, this paper aims to study the acid pretreatment of Terminalia catappa Linn fruit for a second generation ethanol. The methodology of the studied variables of interest were the concentration of sulfuric acid (2.5% and 5%), the concentration of biomass (waste 5g / 100 ml of acid solution) and heating time (15 min to 30 min) at temperatures ranging from 111º C to 120º C, organized in a 23 factorial design with three replications samples. In the ethanolic fermentation, the pretreatment sample solution and the mineral Saccharomyces cerevisiae yeast were utilized having ethanol concentration and fermentation efficiency as main responses. The increased fermentation efficiency was given for the test that had the highest acid concentration (5.0%), time (30 minutes) and temperature (120 ° C) as well as the the highest amount of ethanol. The produced ethanol content was 14, 27 g / L and had a fermentation efficiency of 59%. The Ethanol production has compatible values with the ones found in the literature, so, the study group of this acid pre-treatment of the fruit of Terminalia catappa Linn, for a second generation ethanol production proved to be promising.
Devido à crise do petróleo, a indústria de etanol desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos para lidar com o esgotamento dos combustíveis fósseis e o etanol a partir de matérias-primas renováveis (bioetanol) têm sido de grande interesse nas últimas décadas como um combustível alternativo. Portanto, este trabalho tem como objetivo estudar o pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa Linn para produção de etanol de segunda geração. Na metodologia utilizada as variáveis de interesse estudadas foram a concentração de ácido sulfúrico (2,5% e 5%), a concentração de biomassa (5g de resíduo/100 mL de solução ácida) e tempo de aquecimento (15 min a 30 min), em temperaturas variando de 111º C a 120º C, organizando-se num planejamento fatorial 23 com três repetições de amostras. Na fermentação etanólica, empregou-se a amostra pré-tratada, solução mineral e a levedura Saccharomyces cerevisiae, tendo como principais respostas a concentração de etanol e a eficiência da fermentação. A maior eficiência fermentativa se deu para o ensaio que possui maior concentração de ácido (5,0%), tempo (30min) e temperatura (120ºC), assim como se obteve, também, a maior quantidade de etanol. O teor de etanol produzido foi de 14,27 g/L e a eficiência fermentativa de 59%. A produção de etanol teve valores compatíveis com a literatura, sendo assim, este pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa Linn para produção de etanol de segunda geração, na faixa estudada, mostra ser promissor

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Boiron, Lucie. "Etude de l'impact de l'extraction des hémicelluloses du bois sur les procédés d'obtention de cellulose et d'éthanol dans le cadre d'une bioraffinerie lignocellulosique." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENI107/document.

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Abstract:

Le renouveau des biocarburants pourrait être aussi celui de l’industrie chimique de la pâte àpapier, en diversifiant l’éventail des produits fabriqués à partir de bois. Cette étude porte surl’intégration d’une extraction des hémicelluloses du bois au procédé Kraft dans le cadre d’une coproductionde fibres cellulosiques et de bioéthanol.Le travail expérimental de cette étude balaie l’ensemble du procédé depuis l’extraction de plus dela moitié des hémicelluloses de bois de résineux, par autohydrolyse ou par hydrolyse à l’acidedilué, jusqu’à la production de fibres cellulosiques blanchies et d’éthanol obtenu par la fermentationdes hydrolysats.Les pâtes de bois préhydrolysé se sont distinguées par de très bonnes aptitudes à ladélignification lors de la cuisson Kraft et lors du blanchiment à l’oxygène. Une analyse desconstituants des pâtes de bois préhydrolysé a permis de comprendre pourquoi la préhydrolyseconduit à une diminution du rendement de cuisson (perte de lignine et de la totalité deshémicelluloses dont les xylanes). L’analyse des lignines de pâtes écrues de bois préhydrolysé apermis d’émettre une hypothèse quant à l’excellente aptitude de ces pâtes à la délignification lorsdu blanchiment à l’oxygène.En définitive, l’intégration d’une extraction des hémicelluloses à une usine Kraft telle qu’elle estproposée par cette étude permet d’obtenir à partir de 100 kg de bois de résineux, 27 à 36kilogrammes de fibres cellulosiques blanchies et jusqu’à 6 litres de bioéthanol. Ces fibrescellulosiques blanchies présentent des caractéristiques attrayantes pour la production de cellulose àusage chimique ou de nanocristaux de cellulose
Biofuel revival could be a great opportunity for the chemical pulp industry to widen the range ofits products made from wood. This thesis deals with the integration of a softwood hemicelluloseextraction step prior to the Kraft pulping process in order to produce both cellulose fibres andbioethanol.In this study the experimental work covers the entirety of the process: from the extraction ofmore than half of the hemicelluloses from wood either by autohydrolysis or dilute acid hydrolysis tothe production of bleached cellulosic fibres as well as ethanol from fermentated wood hydrolyzates.Prehydrolyzed wood and their subsequent pulps stood out by their excellent delignification abilityduring Kraft cooking and oxygen bleaching. Quantitative analysis of the main constituants of thepulps showed why prehydrolysis leads to decreased Kraft pulp yields (extra lignin loss andhemicelluloses loss including xylans). A range of hypotheses to explain the good delignificationability of prehydrolyzed wood Kraft pulps during oxygen bleaching was narrowed to one by Kraftlignin analysis.The overall results of the hemicellulose extraction prior to Kraft pulping as it has been defined inthis study showed that from 100 kg of softwood, 27 to 36 kg of bleached cellulosic fibres and 6litres of ethanol could be produced. The bleached cellulosic fibres are of great interest for dissolvingpulp or cellulose nanocrystals production

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Desiderato, Joana Gabriela [UNESP]. "Metagenômica e bioinformática aplicada à bioenergia: explorando um consórcio bacteriano degradador de biomassa." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2017. http://hdl.handle.net/11449/151237.

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Abstract:

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
A indústria sucroalcooleira gera elevado número de resíduos de origem da biomassa lignocelulósica que apresentam grande potencial para produção de biocombustíveis, em particular o etanol de segunda geração. Uma das formas promissoras para a desconstrução da biomassa lignocelulósica é através da utilização de consórcios bacterianos que produzem enzimas altamente específicas com a capacidade de quebrar a estrutura da lignocelulose. Porém, para a otimização desse processo é importante entender as funções metabólicas presentes nesses consórcios degradadores de biomassa. Portanto, esse estudo objetivou identificar e classificar a composição de uma comunidade bacteriana proveniente de consórcio oriundo de solo contendo bagaço de cana-de-açúcar em decomposição e avaliar sua capacidade metabólica através de sequenciamento genômico de alto rendimento e análises de bioinformática. Esse consórcio foi cultivado durante vinte semanas, sendo que amostras de DNA foram extraídas para sequenciamento a cada sete dias. O sequenciamento da subunidade 16S do operon ribossomal (16S rRNA) foi realizado utilizando a plataforma Ion PGM™, enquanto que o sequenciamento do DNA total foi realizado na plataforma HiSeq 2500, Illumina®. Os resultados do sequenciamento do 16S rRNA indicam 5 diferentes famílias bacterianas ao longo das 20 semanas, sendo Burkholderiaceae (73%) e Rhodanobacteraceae (24%) as mais abundantes. Análises do potencial funcional do consórcio realizadas através dos programas PICRUSt e STAMP, indicam o enriquecimento da função de transportadores, incluindo transportadores do tipo ABC, principalmente na primeira semana, sugerindo um provável papel na metabolização do material lignocelulolítico presente no meio. Os dados gerados pelo sequenciamento total do metagenoma foram montados (“de novo” assembly) e permitiram recuperar a sequência genômica de um dos organismos mais abundantes presentes no consórcio (24%). Esse genoma foi finalizado e circularizado, apresentando 4.758.639 pb e GC% de 65,25, e similaridade de 99% da sequência do 16S rRNA e 90,77% de identidade de suas sequências codificadoras com o genoma da bactéria Dyella jiangningensis SBZ3-12 (Rhodanobacteraceae). A anotação realizada através da plataforma RAST, indicou 4.194 genes codificadores de proteínas, dentre os quais 36 Glicosil Hidrolases potencialmente envolvidas com a degradação da biomassa lignocelulósica. Portanto, esse estudo permitiu a elucidação da diversidade microbiana e perfil metabólico de um consórcio bacteriano, revelando um novo genoma pertencente ao gênero Dyella, potencialmente relacionado com o processo de degradação da biomassa lignocelulósica. Em linhas gerais, os resultados obtidos também corroboraram o potencial que ferramentas de sequenciamento de alto rendimento, metagenômica e bioinformática apresentam para o estudo de comunidades microbianas com potencial biotecnológico, mostrando-se como uma valiosa alternativa para a investigação de novos alvos para a pesquisa em bioenergia.
The sugarcane ethanol industry generates a number of residues related to the lignocellulosic biomass which exhibit potential for the production of biofuels, in particular second generation ethanol. One of the promising ways for the deconstruction of lignocellulosic biomass to valuable products is through the use of bacterial consortia. These consortia encode a specific set of enzymes capable to metabolize and decompose the lignocellulose structure. However, to optimize this process, the metabolic functions present in a biomass-degrading consortia must be well known. Therefore, this study aimed to unravel the taxonomic composition, and to evaluate the metabolic profile of a bacterial consortium from a sugar-cane derived soil containing decomposing straw, through high-throughput genomic sequencing and bioinformatics analyzes. The selected consortium was cultivated in laboratory for twenty weeks, and DNA samples were extracted for sequencing every seven days. The 16S subunit of the ribosomal operon (16S rRNA) and total DNA sequencing were performed through the Ion PGM™ (Thermo Fischer) and HiSeq 2500 (Illumina) platforms, respectively. The 16S rRNA sequencing indicate at least 5 different bacterial families during the 20 weeks of cultivation. The Burkholderiaceae (73%) and Rhodanobacteraceae (24%) are the most abundant. Functional analyses, indicate an enrichment of the transporter-related function, including ABC-transporters mainly in the first week of cultivation, suggesting a probable role related with the decomposing of the lignocellulolytic material. The whole metagenome sequencing uncover the genomic sequence of one of the most abundant organisms present in the consortium (abundance ~24% of the sequenced reads). This genome was finished and circularized, exhibiting 4,758,639 bp, GC% of 65.25, and 99% of similarity of the 16S rRNA and 90.77% identity of the coding sequences to the genome of the bacterium Dyella jiangningensis SBZ3- 12 (Rhodanobacteraceae). The annotation revealed 4,194 proteins coding genes, among which 36 Glycosyl Hydrolases potentially involved with the degradation of lignocellulosic biomass. Therefore, the microbial diversity and metabolic profile of the consortium was revealed. In addition a new genome belonging to the Dyella genus potentially involved with degradation of the lignocellulosic biomass were also uncovered. Overall, the results also corroborated the potential of high-throughput metagenomic sequencing and bioinformatic aproach for the elucidation of microbial communities with biotechnological potential, proving to be a valuable alternative for the bioenergy research.
CNPq: 132532/2015-8

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TORRES, NETO Alberto Brandão. "Produção de bioetanol a partir da hidrólise ácida e enzimática da palma forrageira." Universidade Federal de Campina Grande, 2015. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/895.

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Abstract:

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-06-06T12:27:05Z No. of bitstreams: 1 ALBERTO BRANDÃO TORRES NETO - TESE (PPGEQ) 2015.pdf: 1786888 bytes, checksum: d93a46d60c6d2323451d80eaecb9a9f7 (MD5)
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Capes
A busca por alternativas à produção de etanol para atender a atual demanda faz surgir como matérias-primas alternativas ao caldo de cana-de-açúcar (etanol de 1ª geração), os materiais lignocelulósicos (etanol de 2ª geração), que apresentam em sua composição celulose, hemicelulose e lignina que podem ser convertidos, por meio de processos químicos e bioquímicos (hidrólises ácida e enzimática) em açúcares fermentáveis e, posteriormente, nesse biocombustível. Como material lignocelulósico surge-se a palma forrageira, uma cultura amplamente difundida, de fácil manejo e cultivada em todos os períodos do ano. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar os processos de hidrólises ácida/enzimática da palma forrageira para a sacarificação da celulose visando a produção de etanol, caracterizando-a físico-quimicamente/morfologicamente, além de realizar os processos químicos e bioquímicos da conversão da celulose, como também da hemicelulose em açúcares diretamente fermentáveis, verificando, por meio da metodologia de planejamento experimental, a influência das variáveis temperatura, concentração de ácido sulfúrico e relação massa seca de palma/ácido (hidrólise ácida) sobre concentração de glicose, como também a carga enzimática, bem como a relação massa seca de palma/extrato (hidrólise enzimática) sobre o rendimento de conversão da celulose em glicose, finalizando com a fermentação do licor hidrolisado obtido nas melhores condições do planejamento, determinando assim, os parâmetros do processo. Os resultados obtidos mostraram que a palma apresenta uma boa composição de celulose (37,34%) comparada a outros materiais estudados e baixos teores de hemicelulose (10,88%) e lignina (3,36%), dispensando-se assim, a realização de um pré-tratamento à hidrólise deste material. Os baixos teores de hemicelulose e lignina também puderam ser verificados por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) que demonstraram um grau de desordem acentuado para a palma forrageira. Os modelos estatísticos obtidos para as hidrólises ácida/enzimática foram estatisticamente significativos ao nível de 95% de confiança, mostrando que, para hidrólise ácida, aumentando-se a concentração de ácido, diminuindo-se a relação massa seca de palma/ácido obtém-se concentrações de glicose no licor acima de 7500 mg/L, enquanto para a hidrólise enzimática, aumentando-se a carga enzimática e diminuindo-se a relação massa seca de palma/extrato obtém-se rendimentos de conversão maiores que 60%. Os parâmetros fermentativos do hidrolisado calculados mostraram que a palma forrageira apresenta-se como fonte potencial à produção de etanol, com conversão dos açúcares fermentáveis em torno de 98%.
The pursuit for alternatives to ethanol production in order to meet the current demand raises as raw materials, besides the sugarcane broth (first generation ethanol), the lignocellulosic materials (second generation ethanol), which have in their composition cellulose, hemicellulose and lignin, that through chemicals and biochemical processes (acid and enzymatic hydrolysis) can be converted into fermentable sugar and, after, into biofuel. As an example the lignocellulosic material, there is the cactus pear, with a widespread cropping of easy handling and cultivated in all periods of the year. Therefore, the main goal of this paper was to study the cactus pear process of acid/enzymatic hydrolysis for cellulose saccharification aiming ethanol production, characterizing it physic chemically and morphologically, besides perform chemical and biochemical processes of cellulose conversion, as well for the hemicelulose into directly fermentable sugars, verifying by the experimental design, the influence of the variables: temperature and sulfuric acid concentrations and the relation dry mass of cactus pear/acid concentration (acid hydrolysis) over the glucose concentration. It was also studied the enzyme load and the relation dry mass of cactus pear/extract (enzymatic hydrolysis) over the conversion of cellulose into glucose efficiency, ending with the fermentation of the hydrolyzed liquor, gathered in the best experimental design conditions, setting then the process parameters. The results indicated that the cactus pear presents a considerable cellulose content (37.34%) compared to other studied sources and low contents of hemicellulose (10.88%) and lignin (3.36%), dismissing the execution of a pre-treatment in this material. The low contents of hemicellulose and lignin also were verified by the Scanning Electron Microscopy (SEM), which shows a high disorder level for the cactus pear. The statistic models obtained for the acid and enzymatic hydrolysis were statically significant with 95% reliability. The results showed that, for the acid hydrolysis, raising the acid concentration and lowering the relation dry mass of cactus pear/acid it is obtained glucose concentrations in the liquor above 7500 mg/L, while for the enzymatic hydrolysis, raising de enzymatic load and lowering the relation dry mass of cactus pear/extract it is obtained conversion. efficiency above 60%. The hydrolyzate fermentation parameters calculated showed that cactus pear presents itself as a potential source for ethanol production, with conversion of fermentable sugars around 98%.

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Martiniano, Sabrina Evelin. "Potencial fermentativo das leveduras Candida shehatae CG8-8BY e Spathaspora arborariae UFMG-HM 19.1A para a produção de etanol de segunda geração." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97132/tde-14092016-163423/.

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Abstract:

O etanol de segunda geracao e produzido a partir da hidrolise da biomassa vegetal, liberando os acucares presentes em sua estrutura com sua subsequente fermentacao. Entretanto, um dos desafios em sua producao e a baixa diversidade de microrganismos capazes de fermentar eficientemente a D-xilose, principal acucar no hidrolisado hemicelulosico. Este trabalho avaliou o potencial fermentativo de novas linhagens das leveduras Candida shehatae e Spathaspora arborariae para a producao de etanol a partir de hidrolisado hemicelulosico de bagaco de cana-de-acucar. Foram avaliadas quatro linhagens de C. shehatae em meio YPX (10 g/L de extrato de levedura, 20 g/L de peptona e 50 g/L de D-xilose) e, posteriormente, em hidrolisado hemicelulosico. A levedura C. shehatae CG8-8BY apresentou o melhor desempenho fermentativo em hidrolisado. Apos esta etapa, avaliou-se o efeito da suplementacao do meio na fermentacao de D-xilose por C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A. O extrato de farelo de arroz na concentracao de 20 g/L demonstrou ser uma fonte de nitrogenio eficiente e de baixo de custo para a suplementacao de hidrolisado hemicelulosico. Por ultimo, foi estudado o efeito da temperatura, agitacao e pH na fermentacao de hidrolisado hemicelulosico por meio de planejamento fatorial completo 23, com tres repeticoes no ponto central, para as duas leveduras. Todos os experimentos foram conduzidos em incubadora de bancada. De acordo com os resultados, o pH e o parametro mais relevante para a producao de etanol pelas linhagens estudadas, seguido da temperatura. Os melhores resultados foram obtidos nas condicoes de 30°C, 150 rpm e pH 5,0, referentes ao ponto central, para as duas linhagens avaliadas. Nestas condicoes, a linhagem C. shehatae CG8-8BY produziu 11,58 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,16 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 50,36% e consumo de D-xilose de 99,83%. A linhagem S. arborariae UFMG-HM19.1A produziu 11,6 g/L de etanol, com fator de rendimento em etanol de 0,26 g/g, produtividade volumetrica de 0,15 g/L.h, eficiencia de fermentacao de 51,1% e consumo de D-xilose de 88%. Os resultados demonstram que as leveduras estudadas apresentam potencial para producao de etanol de segunda geracao. A importancia do uso de linhagens microbianas eficazes e o aprimoramento dos metodos contribuem para um melhor desenvolvimento desta tecnologia em larga escala.
Second generation ethanol is produced from vegetal biomass, releasing sugars present into its structure with its subsequent fermentation. However, one of the challenges in its production it the low diversity of microorganisms able to ferment efficiently D-xylose, the main sugar in hemicellulosic hydrolysate. This study evaluated the fermentative potential of new yeasts strains Candida shehatae and Spathaspora arborariae UFMG-HM 19.1A to ethanol production from sugarcane hemicellulosic hydrolysate. Four strains of C. shehatae were evaluated in YPX medium (10 g/L yeast extract, 20 g/L peptone, 50 g/L D-xylose) and, subsequently, in hemicellulosic hydrolysate. C. shehatae CG8-8BY presented the best fermentative performance in hydrolysate. Then, the effect of medium supplementation in Dxylose fermentation by C. shehatae CG8-8BY e S. arborariae UFMG-HM19.1A were evaluated. Rice bran extract in a concentration of 20 g/L was presented as an efficient and inexpensive nitrogen source for hemicellulosic hydrolysate supplementation. Lastly, it were evaluated the effects of temperature, agitation and pH on hemicellulosic hydrolysate fermentation, studied by full factorial design 23, with three replications at the central point, to both yeasts. All experiments were carried out in rotatory shaker. According to results, pH is the most important parameter to ethanol production by strains studied, followed by temperature. The best results were obtained at 30 °C, 150 rpm and pH 5.0, concerning the central point, for two yeasts evaluated. Accordingly, C. shehatae CG8-8BY strain produced 11.58 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.16 g/L.h, fermentation efficiency equal 50.36% and xylose consumption equal 99.83%. S. arborariae UFMG-HM19.1A strain produced 11.6 g/L of ethanol, with ethanol yield equal 0.26 g/g, productivity equal 0.15 g/L.h, fermentation efficiency equal 51.1% and D-xylose consumption equal 88%. Present data showed that yeasts studied have potential to second generation ethanol production. The importance of use of new effective strains and increasing of methods contributes for a better development of this technology in large scale.

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Varize, Camila de Souza. "Isolamento e seleção de leveduras para fermentação de Xilose." Universidade de São Paulo, 2014. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-05022014-083557/.

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Abstract:

A importância atribuída aos biocombustíveis aumentou de forma drástica nos últimos anos, pois além de reduzir a dependência de petróleo e os gastos com energia fóssil, o uso de fontes de energia renováveis resulta também em uma diminuição significativa das emissões de gases tóxicos para a atmosfera. A biomassa de origem vegetal é uma das mais baratas e abundantes matérias-primas renováveis para o desenvolvimento sustentável e é uma fonte promissora para a produção de biocombustíveis. O bioetanol produzido a partir das frações lignocelulósicas, conhecido como etanol de segunda geração, tem um potencial de mercado promissor como biocombustível. No entanto, a tecnologia do processo ainda está em escala de demonstração. Há grande necessidade de melhorias no processo de produção a fim de reduzir o custo de produção. Caso houvesse a utilização total dos açúcares presentes na biomassa vegetal, existiria uma maior rentabilidade e competitividade, tornando esse processo mais viável. Os polissacarídeos constituintes do material lignocelulósico, como hemicelulose e celulose, por uma reação de hidrólise podem ser transformados em açúcares simples, tais como xilose e glicose, que podem ser utilizados como substrato em processos fermentativos. Algumas linhagens de leveduras não pertencentes ao gênero Saccharomyces possuem a capacidade de bioconversão das pentoses (xilose e arabinose), constituintes da fração hemicelulósica, em etanol. Neste contexto, o presente estudo objetivou isolar leveduras de madeira em fase de decomposição para avaliação das mesmas quanto à capacidade de bioconversão da xilose, principal constituinte da fração hemicelulósica, em etanol. Foram obtidas 83 colônias de leveduras do isolamento, sendo que todas foram inoculadas em meio de xilose como fonte de carbono. Somente onze isolados não apresentaram capacidade de produção de etanol a partir de xilose, os isolados que exibiram essa capacidade apresentaram uma variação de 0,60 até 6,58 g L-1 de etanol. Além dos isolados, quinze linhagens pertencentes a espécies de leveduras já conhecidas como fermentadoras de xilose foram avaliadas quanto à produção de etanol. As linhagens pertencentes às espécies Spathaspora passalidarum (HMD1.3) e Candida shehatae (HM52.2) foram as maiores produtoras de etanol e não apresentaram diferenças significativas entre elas. Dentre todos os isolados obtidos, os isolados I38 e I54 não diferiram entre si, e foram os maiores produtores de etanol. O isolado I38 apresentou resultados significativamente maiores do que as linhagens padrão Spathaspora arborariae HM19.1A e Sheffersomyces stipitis NRRLY7124, enquanto o isolado I54 não diferiu da linhagem padrão HM19.1A, mas foi superior à linhagem NRRLY7124.
The importance given to biofuels drastically increased in the last years, because besides reducing oil dependence and spending on fossil energy, the use of renewable energy sources also results in a significant reduction of toxic gas emissions to the atmosphere. Plant biomass is one of the cheapest and most abundant renewable feedstock for sustainable development and is a promising source for biofuel production. Bioethanol produced from lignocellulosic fractions, known as second generation ethanol, have a promising market potential as a biofuel. However, the process technology is still in demonstration scale. There is a great need for improvements in the production process in order to reduce the production cost. If there was a total utilization of sugars in plant biomass, there would be greater profitability and competitiveness, making this process more feasible. The polysaccharides components of lignocellulosic material, such as cellulose and hemicellulose, by hydrolysis reaction can be transformed into simple sugars such as xylose and glucose, which can be used as substrate for fermentation. Some yeast strains not belonging to the genus Saccharomyces have the ability of bioconversion of pentoses (xylose and arabinose), components of the hemicellulose fraction, to ethanol. In this context, the aim of the present study was the isolation of yeasts from decaying wood, to assess their ability in bioconversion of xylose, the main constituent of the hemicellulosic fraction, to ethanol. Eighty-three colonies were obtained from the yeasts isolation, which all were inoculated in media containing xylose as carbon source. Only eleven strains did not showed the ability of ethanol production from xylose, the strains that exhibited this ability varied between 0.60 to 6.58 g L-1 of ethanol. In addition to the isolated strains, fifteen strains belonging to yeast species already known as xylose fermenters were assessed for ethanol production. The strains belonging to the species Spathaspora passalidarum (HMD1.3) and Candida shehatae (HM52.2) were the largest producers of ethanol and showed no significant differences between them. Among all obtained strains from isolation, I38 and I54 did not differed from each other, and were the largest producers of ethanol. The I38 strain showed results significantly higher than the standard strains Spathaspora arborariae HM19.1A and Sheffersomyces stipitis NRRLY7124, while the I54 strain did not differed from the standard strain HM19.1A, but was higher than the strain NRRLY7124.

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Miranda, Elisângela de Souza. "Seleção de linhagens de Saccharomyces cerevisiae tolerantes aos inibidores presentes no hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar." Universidade de São Paulo, 2016. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-29042016-175443/.

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Abstract:

A busca por soluções sustentáveis, levando a um processo energético mais eficiente induziu a novas tecnologias e esforços estão sendo realizados para viabilizar o etanol de segunda geração, com o aproveitamento da biomassa celulolítica como substrato para a fermentação alcoólica. Contudo, durante a hidrólise do bagaço, muitos compostos tóxicos à levedura são formados como o furfural, hidroximetilfurfural, ácido acético, e compostos fenólicos com efeitos depressivos sobre a fermentação. A adição de melaço no hidrolisado de bagaço poderia permitir uma fermentação com maior teor alcoólico, contribuindo para um balanço energético favorável da destilação, além de propiciar nutrientes minerais e orgânicos para a levedura. Tais nutrientes poderiam permitir um processo fermentativo com reciclo de células de leveduras aproveitando assim uma estrutura e conhecimentos já existentes na destilaria de etanol de primeira geração. O reciclo de células permitiria fermentações rápidas, porém impõe repetidas condições estressantes, o que torna um grande desafio a obtenção de linhagens com o perfil de tolerância desejado. Assim este trabalho se propôs a selecionar linhagens de Saccharomyces cerevisiae com múltiplas tolerâncias em relação aos inibidores tanto presentes no hidrolisado como no melaço. Para tal, foram impostas condições estressantes sobre culturas da linhagem SA-1 e de leveduras isoladas de destilarias brasileiras durante cerca de 62 gerações, forçando uma evolução adaptativa ou mesmo um enriquecimento/seleção de indivíduos mais tolerantes. Paralelamente a biodiversidade de linhagens isoladas de destilarias foi avaliada quanto aos atributos de tolerância aos compostos tóxicos presentes no hidrolisado do bagaço. As linhagens com maiores desempenhos foram avaliadas em fermentações com reuso de células empregando-se substrato constituído de hidrolisado e melaço, sendo que 4 linhagens se mostraram superiores às linhagens referenciais. Destas, dois isolados (242 e 408) foram esporulados e os conjuntos dos haploides foram empregados em cruzamentos massais. Simultaneamente, 273 haploides isolados das linhagens 242 e 408 foram avaliados quanto ao crescimento (DO600nm) em substrato constituído por hidrolisado e melaço, sendo que 32 foram selecionados. Após a tipificação segundo o \"mating type\" os mesmos foram utilizados em cruzamentos direcionados mediante micromanipulação, resultando em 35 cruzamentos. Cinco híbridos de cada cruzamento direcionado foram resgatados (155 isolados), que juntamente com 80 isolados oriundos do cruzamento massal, foram novamente avaliados quanto ao crescimento (DO600nm) e a seguir em fermentações com reciclo de células. Cinco linhagens se destacaram como superiores aos parentais, demonstrando que mediante o protocolo empregado foi possível incrementar o perfil de tolerância de Saccharomyces cerevisiae para suportar os estresses impostos por um substrato para produção do etanol de segunda geração.
The search for sustainable solutions to improve process efficiency has promoted the development of new technologies, and the use of cellulolytic biomass as the substrate for fermentation has emerged as a promising second-generation ethanol production strategy. However, the hydrolysis of this material results in the formation of toxic compounds to yeast such as furfural, hydroxymethylfurfural, acetic acid and phenolic compounds, with deleterious effects on fermentation. Addition of molasses in the bagasse hydrolysate could allow fermentation with higher alcohol content contributing to a favorable energy balance in the distillation, as well as providing minerals and organic nutrients for the yeast. These nutrients could allow a fermentative process with yeast cell recycle, utilizing the structure and knowledge already existing in first generation process. The cell recycle enables a rapid fermentation, but imposes repeated stress conditions, making it challenging to obtain strains with the desired tolerance profile. The purpose of this study was to select Saccharomyces cerevisiae strains with multiple tolerances to inhibitors present in the hydrolysate and molasses. Stressful conditions were imposed on cultures of SA-1 strain and indigenous strains from Brazilian distilleries for around 62 generations, forcing an adaptive evolution or even an enrichment / selection of more tolerant individuals. In parallel, the biodiversity of the strains from Brazilian distilleries were evaluated with respect to their tolerance to the toxic compounds present in bagasse hydrolysate. The strains that showed higher performance were assessed in fermentations with cell reuse employing substrate composed by hydrolyzate and molasses. Four of the analyzed strains exhibited better performance than the reference strain. Of these, two isolates (242 and 408) were sporulated and the haploids were subjected to mass mating. Simultaneously, 273 haploids rescued from the strains 242 and 408 were evaluated for growth (OD 600 nm) in the substrate consisting of hydrolysate and molasses, and among them 32 were selected. After the characterization according to the \"mating type\", the haploids were utilized in direct mating induced by micromanipulation, totaling 35 crossings. Five hybrids from each direct mating were rescued (totaling 155 isolates), which together with 80 isolated from the mass mating, were evaluated for growth (OD 600 nm) and then in fermentation with cell recycle. 5 strains have excelled as superiors to the reference strain showing that by the protocol employed was possible to increase profile of tolerance of Saccharomyces cerevisiae to resist pressures imposed by a substrate for second-generation ethanol production.

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Silvello, Cristiane. "Obtenção de leveduras tolerantes aos inibidores do hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar mediante hibridação." Universidade de São Paulo, 2016. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11138/tde-26092016-133126/.

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Abstract:

O desenvolvimento de alternativas aos combustíveis fósseis como fonte de energia é uma prioridade global. A biomassa celulósica representa uma alternativa para satisfazer a procura de bicombustíveis renováveis. O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante subproduto proveniente da produção atual de etanol no Brasil. Tal subproduto pode ser hidrolisado a fim de se obter açúcares fermentáveis para a produção do etanol de segunda-geração. Porém, no processo de pré-tratamento são gerados diversos inibidores como ácido acético, furfural e hidroximetilfurfural que causam efeitos adversos para a levedura no processo de fermentação alcoólica. A adição de melaço ao hidrolisado é uma forma de diminuir os efeitos dos inibidores no metabolismo das leveduras e também permite uma fermentação com maior teor alcoólico contribuindo para um balanço energético favorável da destilação, contribui também com o fornecimento de nutrientes minerais e orgânicos necessários a levedura para um processo empregando reciclo de células. Assim, objetivou-se selecionar linhagens de Saccharomyces cerevisiae com melhores características de multitolerância ao hidrolisado a partir de cruzamento direcionado e cruzamento massal seguido de evolução adaptativa. Para tal, linhagens S. cerevisiae industriais CAT-1, BG-1, PE-2 e SA-1 foram esporuladas e mediante micromanipulação foram obtidos 604 haploides, que foram avaliados quanto ao crescimento (DO570nm) em substrato constituído por hidrolisado e melaço. Os haploides selecionados (25) tiveram o \"mating type\" determinado permitindo a realização de 51 cruzamentos direcionados, gerando 398 zigotos, que foram igualmente avaliados para o crescimento no meio seletivo. Paralelamente, foram realizados cruzamentos massais, resultando em 7 diferentes populações, as quais foram submetidas à evolução adaptativa por 25 gerações, sendo que os isolados selecionados de cada cruzamento foram avaliados em fermentação com reciclo de células. Quatro linhagens se destacaram como superiores aos parentais, evidenciando que a estratégia utilizada permitiu a obtenção de linhagens de S. cerevisiae com maior tolerância aos estresses impostos por um substrato para produção do etanol de segunda geração.
The development of alternatives to fossil fuels as a source of energy is a global priority. Cellulosic biomass is an alternative to meet the demand for renewable biofuels. The sugarcane bagasse, an abundant byproduct generated from ethanol production in Brazil, can be hydrolysed to obtain fermentable sugars to produce second-generation ethanol. However, inhibitors produced in the pre-treatment process such as acetic acid, furfural and hydroxymethylfurfural, cause adverse effects to the yeast in the fermentation process. Addition of molasses in the bagasse hydrolyzate is one way to reduce the effects of inhibitors in the metabolism of yeast and also could allow fermentation with higher alcohol content contributing to a favorable energy balance in the distillation, as well as providing minerals and organic nutrients for the yeast. The main goal of this study was to select strains of Saccharomyces cerevisiae with better features of multi-tolerance to the bagasse hydrolyzate by directed crossing and mass mating followed by adaptive evolution. For that S. cerevisiae lineages CAT-1, BG-1, PE-2 e SA-1 were sporulated and 604 haploid cultures were obtained by micromanipulation and evaluated for growth (OD 570nm) in the substrate consisting of hydrolyzate and molasses. Selected haploids (25) were identified regarding their \"mating type\" (a and α) and used in. 51 directed crossings generating 398 zygotes, which were rescued by micromanipulation and also evaluated for growth in the same selective medium. Mass mating were performed with 7 different haploid populations from the parental strains, followed by an adaptive evolution for 25 generations. The selected zygotes were then subjected to fermentation trails with cell recycling, resulting in 4 strains with superior traits when compared with the parentals, allowing to conclude that the used strategy was successful in obtaining hybrids of Saccharomyces cerevisiae with increased profile of tolerance towards a substrate for second-generation ethanol production.

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Potrich, Erich. "Otimização multiobjetivo da produção integrada de etanol de primeira e segunda geração e energia elétrica : aspectos ambientais e de processo." Universidade Federal de São Carlos, 2015. https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/7419.

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Currently there is a growing increase in fuel consumption, but also an increased concern about the end of fossil fuels and their environmental damage. In this scenario, secondgeneration ethanol (E2G), produced from sugarcane bagasse, appears as an option to increase the production of first generation ethanol (E1G), produced from sugarcane. The aim of this study was to evaluate the production of ethanol, the generation of electricity, CO2 emissions and vinasse into an E1G and E2G autonomous distillery through multiobjective optimization. This assessment has been formulated in terms of multi-objective optimization problems in virtual biorefinery modeled in EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). The modeling of closed water circuits, CO2 production in the boiler and in the fermenter, and the process of concentrating the juice and vinasse streams through multiple-effect evaporators, and the multiobjective optimization involving the production of E2G, electric energy and production of CO2 and vinasse were performed. The modeled biorefinery processes 500,000 kg/h of sugarcane and burns, in addition to bagasse, 35,000 kg/h of sugarcane straw. The multiple effect evaporators for the broth concentration generated savings of around 18% in turbine backpressure exhaust steam when compared to a process with a single effect. The concentration of the vinasse through multiple-effect evaporators can cause a reduction in flow rate of more than 70%. The obtained non-dominated solutions in multiobjective optimization studies have shown a relationship among the production of ethanol, vinasse, energy and CO2 as a function of the decision variables: bagasse fraction diverted to produce E2G, and fraction of vinasse concentrated in multiple effect evaporators. Nondominated solutions are in the bagasse fraction range from 0.01% to 50.09%, and vinasse fraction comprises values greater than 14.09%. Among the solutions, ethanol flow was between 35,730 kg/h and 41,633 kg/h. CO2 production can reach values above 187,000 kg/h considering the CO2 released in the fermenters and in the boiler. On the issue of electricity generation, values above 83,000 kW can be reached. The results showed that the methodology used was efficient and the proposed objectives have been met.
Com o crescente aumento do consumo de combustíveis e o aumento da preocupação com o fim dos combustíveis fósseis e com seus danos ambientais, o etanol de segunda geração (E2G), produzido a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, surge como uma opção para aumentar a produção de etanol de primeira geração (E1G), produzido a partir da cana-de-açúcar. O objetivo desse trabalho foi avaliar a produção de etanol, a geração de energia elétrica, a emissão de CO2 e de vinhaça em uma destilaria autônoma de E1G e E2G empregando a otimização multiobjetivo. Essa avaliação foi formulada em termos de problemas de otimização multiobjetivo na biorrefinaria virtual modelada em EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization). A modelagem de circuitos fechados de água, da produção de CO2 na caldeira e no fermentador, e do processo de concentração das correntes de caldo e de vinhaça por meio de evaporadores múltiplo efeito, bem como a otimização multiobjetivo envolvendo a produção de E1G e E2G, geração de energia e produção de vinhaça, foram realizados. A biorrefinaria modelada processa 500.000 kg/h de cana-de-açúcar e queima, além de bagaço, 35.000 kg/h de palha de cana-de-açúcar. Com os evaporadores múltiplo efeito para a concentração do caldo, foi possível uma economia na ordem de 18% no vapor de escape da turbina de contrapressão em comparação a um processo de simples efeito. A concentração da vinhaça, por meio de evaporadores múltiplo efeito, pode provocar uma redução da vazão de mais de 70%. As soluções não-dominadas obtidas nos estudos de otimização multiobjetivo mostraram uma relação entre a produção de etanol, de vinhaça, de energia e de CO2 em função das variáveis de decisão: fração de bagaço destinado para a produção de E2G, e fração de vinhaça destinada para a concentração nos evaporadores de múltiplo efeito. As soluções não-dominadas se encontram no intervalo de fração de bagaço entre 0,01% e 50,09%, enquanto a fração de vinhaça compreende valores acima de 14,09%. Entre as soluções, a vazão de etanol ficou entre 35.730 kg/h e 41.633 kg/h. A produção de CO2 pode chegar a valores acima dos 187.000 kg/h, considerando o CO2 liberado nos fermentadores e na caldeira. No quesito geração de energia elétrica, consegue-se chegar a valores acima de 83.000 kW. Os resultados mostraram que a metodologia utilizada foi eficiente e os objetivos propostos foram atendidos.

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Barbosa, Kledson Lopes. "Produção de etanol 2g através de Opuntia ficus-indica utilizando Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus." Universidade Federal de Alagoas, 2015. http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1555.

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Abstract:

Energy demand has grown due to the pressures caused by the emission control of greenhouse gases and due to oil exploration and its derivatives as an energy source. An alternative to reduce emissions of gases that cause the greenhouse effect is mix ethanol in gasoline to oxygenated. The worldwide increase generated by the demand for ethanol requires the search for alternative processes for implementation of ethanol production. An alternative is the fermentation of lignocellulosic biomass to bioethanol production. The degree of complexity involved in the structure and composition of the lignocellulosic biomass; and the availability of sugars present in cellulose and hemicellulose require pre-treatment processes in the production of lignocellulosic ethanol. The steps involved in the conversion of sugars to ethanol are pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation of the hydrolyzate. This work shows the results related to fermentability of pre-treated and hydrolyzed biomass Opuntia ficus-indica in order to compare the efficiency of industrial strains of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus for ethanol production. In the methodology, it was employed an experimental design 2³ in order to obtain the best condition by the variables investigated concentration of acid (0.5%, 1.0%) pre-treatment time (30 min, 60 min) and the amount of mass (1g, 2g). The pre-treatment under the condition of 1.0% of sulfuric acid for 30 minutes with 2g of biomass was the best result, being the chosen condition to follow the enzymatic hydrolysis and fermentation steps. Ethanol production in the fermentation was 5.85 g L-1 with S. cerevisiae, 5.15 g L-1 at K.marxinus and 5.74 g L-1 with the process conducted with the two species. The consumption of reducing sugars during the fermentation stage were similar for the three fermentation conditions.
A exigência energética tem crescido devido às pressões provocadas pelo controle da emissão de gases do efeito estufa devido à exploração de petróleo e seus derivados como fonte de energia. Uma alternativa para redução da emissão de gases causadores do efeito estufa é a mistura do etanol na gasolina com agente antidetonante. O incremento mundial gerado pela demanda por etanol requer a busca por processos alternativos para implementação da produção. Uma alternativa é a fermentação da biomassa lignocelulósica para produção de bioetanol. O grau de complexidade envolvido na estrutura e composição da biomassa lignocelulósica; e a disponibilização dos açúcares presentes na celulose e hemicelulose requerem processos de pré-tratamento na produção de etanol lignocelulósico. As etapas envolvidas na conversão dos açúcares em etanol são: pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação do hidrolisado. Nesse trabalho foi verificado a fermentabilidade da biomassa Opuntia fícus-indica pré-tratada e hidrolisada visando comparar a eficiência das cepas industriais de Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus para produção de etanol. Na metodologia empregou-se um planejamento experimental 23 visando obter a melhor condição investigada através das variáveis: concentração de ácido (0,5%, 1,0%), tempo do pré-tratamento (30min, 60min) e quantidade de massa (1g, 2g). Os melhores resultados foram encontrados no pré-tratamento na condição de 1,0% de ácido sulfúrico por 30 minutos com 2g de biomassa, sendo a condição escolhida para seguir as etapas de hidrólise enzimática e fermentação. A produção de etanol nas fermentações foi de 5,85 g L-1 com S. cerevisiae, 5,15 g L-1 com K.marxinus e 5,74 g L-1 com processo conduzido com a duas espécies. O consumo de açúcares redutores durante a etapa de fermentação foi similar para as três condições de fermentação.

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Silva, Carlos Eduardo de Farias. "Avaliação do potencial de uso de resíduos do processamento de frutas na produção de etanol 2G." Universidade Federal de Alagoas, 2014. http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1189.

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Abstract:

The search for other sources of energy has encouraged the development of research and innovation in the production of biofuels, such as the second generation ethanol. Biomass from agricultural residues has advantages such as reuse, solves the disposal problem and also offers a low cost of production. In this context, this paper evaluates the best pretreatment (acid, alkaline and hydrothermal) waste from processing fruits (orange, passion fruit and soursop) to obtain bioethanol. The waste collected, stored at -20°C were thawed at room temperature, sanitized in 100 ppm sodium hypochlorite for 15 min and dried in an oven with air circulation at 55 ± 5°C until constant weight, ground and subsequently on a knife mill type Willye 30 mesh and packed in airtight plastic bottles at room temperature. Determinations of lipid, protein, moisture, ash, fiber, pectin and carbohydrate were performed. Pretreatments were designed according to experimental design where, for the acid, time 15 to 120 min, Cacid from 1 to 5% and Cbiomass 1 to 9%. For the alkali, it was used the same conditions as the acid, changing only the Cbasis, from 0.5 to 2.5%. For the hydrothermal only Cbiomass and time were evaluated. As answers, the mass yield, the amount of total reducing sugars (TRS) and total soluble solids in the liquid fraction. For the enzymatic hydrolysis it was employed cellulase Sigma-Aldrich in a 2:1 by enzyme mL:g pretreated biomass in 60 mL of 50 mM citrate buffer at 50°C and 100 rpm, evaluating the concentration of total reducing sugars. In ethanol fermentation, was used the hydrolyzate complemented with mineral solution and the yeast Saccharomyces cerevisiae, the main responses analyzed were ethanol concentration and yield of fermentation. The waste orange, passion fruit and soursop higher content of sugar in the liquor pretreatment occurred in the acid using low biomass concentration and longer pretreatment (65%), whereas at higher acid concentrations was sugars decreased, probably because undergo degradation. In alkaline pretreatment, was lower than the saccharification acid pretreatment (35%) and lower yields mass, indicating that some component of the lignocellulosic matrix was solubilized lignin probably characteristic of alkaline treatments. In hydrothermal there was the lowest saccharification liquor from both the pretreatment and in the enzymatic hydrolysis, possibly because the time and temperature used were not effective in destroying the lignocellulosic matrix. In enzymatic hydrolysis, alkali was more efficient than the acid, achieving, in the best conditions, around 35% of ART, except for the residue of passion fruit (<10% hydrolysis for the three pre-treatments), suggesting negative relationship between the amount of pectin and action of cellulases. The yield of fermentation behaved differently among trials for obtaining pre-treatment acid with shorter (15 minutes) the highest rates, while for these alkaline and hydrothermal stood in a longer time (120 min) pretreatment. These observations suggest that in the case of residual soursop optimizations must be carried out using lower heating times and higher biomass concentrations. However, for the orange peel and passion fruit residue, the intermediate condition seems to be more appropriate, and more efficient enzyme complexes and the presence of enzymes that break down pectin.
A busca por outras fontes de energia tem incentivado o desenvolvimento de pesquisas e a inovação na produção de biocombustíveis, a exemplo do etanol de segunda geração. A biomassa proveniente de resíduos agroindustriais apresenta como vantagens seu reaproveitamento, resolve o problema de descarte e, também, oferece um baixo custo de produção. Neste contexto, o presente trabalho avalia o melhor pré-tratamento (ácido, alcalino e hidrotérmico) de resíduos do processamento de frutas (laranja, maracujá e graviola) para a obtenção de bioetanol. Os resíduos coletados, armazenados em freezer a -20°C, foram descongelados à temperatura ambiente, sanitizados em hipoclorito de sódio 100 ppm por 15 min e secos em estufa de recirculação de ar a 55±5°C até peso constante, sendo posteriormente triturados em um moinho de facas do tipo Willye a 30 mesh e acondicionados em frascos plásticos herméticos à temperatura ambiente. Foram realizadas determinações de lipídios, proteínas, umidade, cinzas, fibra, pectina e carboidratos totais. Os pré-tratamentos foram idealizados de acordo com delineamentos experimentais, sendo para o ácido, tempo de 15 a 120 min, Cácido de 1 a 5% e Cbiomassa de 1 a 9%. Para o alcalino, utilizaram-se as mesmas condições do ácido, mudando apenas a Cbase, de 0,5 a 2,5%. Para o hidrotérmico, somente os tempos e Cbiomassa foram avaliados. Como respostas, o rendimento mássico, a quantidade de açúcares redutores totais (ART) e sólidos solúveis totais na fração líquida. Para a hidrólise enzimática, empregou-se celulase Sigma-Aldrich® na proporção 2:1, em mL enzima:g biomassa pré-tratada em 60 mL de tampão citrato 50 mM a 50°C e 100 rpm, avaliando-se a concentração de açúcares redutores totais. Na fermentação etanólica, empregou-se o hidrolisado, solução mineral e a levedura Saccharomyces cerevisiae, tendo como principais respostas a concentração de etanol e o rendimento da fermentação. Nos resíduos de laranja, graviola e maracujá as maiores sacarificações no licor do pré-tratamento ocorreram no ácido, utilizando-se menor concentração de biomassa e maior tempo de pré-tratamento (65%), ao passo que nas concentrações mais elevadas de ácido houve uma diminuição de açúcares, provavelmente porque sofreram degradação. No pré-tratamento alcalino, houve menor sacarificação que o ácido (35%) e menor rendimento mássico, indicando que algum componente da matriz lignocelulósica foi solubilizado, provavelmente a lignina, característica de tratamentos alcalinos. No hidrotérmico, houve a menor sacarificação tanto no licor do pré-tratamento quanto na hidrólise enzimática, possivelmente porque o tempo e temperatura usados não foram eficientes na destruição da matriz lignocelulósica. Na hidrólise enzimática, o alcalino foi mais eficiente que o ácido, conseguindo-se, nas melhores condições, em torno de 35% de ART, à exceção do resíduo do maracujá (< 10% de hidrólise para os três pré-tratamentos), sugerindo relação negativa entre quantidade de pectina e ação das celulases. O rendimento de fermentação se comportou de modo diverso entre os ensaios, obtendo-se para o pré-tratamento ácido com menor tempo (15 min) as maiores taxas, enquanto que para o alcalino e o hidrotérmico estas se situaram em um maior tempo (120 min) de pré-tratamento. Essas observações sugerem que, no caso do resíduo de graviola, as otimizações devem ser realizadas empregando menores tempos de aquecimento e maiores concentrações de biomassa. Entretanto, para o bagaço de laranja e resíduo de maracujá, a condição intermediária parece ser mais adequada, além de complexos enzimáticos mais eficientes e com a presença de enzimas que quebrem a pectina.

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Souza, Luiz Gustavo Antonio de. "Redes de inovação em etanol de segunda geração." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11132/tde-26082013-135850/.

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Abstract:

No campo da pesquisa em etanol de segunda geração (lignocelulósico), o Brasil mostra-se como um ator em potencial para a transformação e difusão da ciência em tecnologia. A produção em escala comercial - em especial na fronteira da inovação em etanol lignocelulósico e dos novos produtos oriundos desta conversão - requer alta tecnologia para o desenvolvimento de produtos e processos, matéria-prima disponível e viável, além de um ambiente institucional favorável. Esses fatores colocam o setor sucroenergético brasileiro em posição de destaque e justificam a questão central desta tese que é analisar - sob a perspectiva dos avanços científicos nacionais para o etanol de segunda geração e de seu potencial inovativo - o grau de desenvolvimento do Sistema Nacional de Inovação (SNI) com base na articulação existente entre as pesquisas realizadas por brasileiros em comparação com as realizadas por outros países e em específico os Estados Unidos. A abordagem teóricoconceitual e metodológica estrutura-se nos conceitos da economia evolucionista, subjacentes à formação de Redes de Inovação. Há robustas evidências que mostram que a colaboração científica em redes correlaciona-se positivamente com a difusão do conhecimento científico. As patentes ao assimilarem o conhecimento científico disponível permitem criar novos padrões tecnológicos, novos produtos e processos. Mas também, podem direcionar o fluxo de conhecimento criando uma trajetória tecnológica, ou seja, o caminho realizado para chegar-se em determinada patente. O conhecimento acumulado em determinada patente é representado pelas patentes que a originaram e que envolve diversos setores e atividades. Assim as Redes de Inovação na ótica evolucionista podem ser consideradas indicadores de inovação de determinada atividade ou produto, proxy, para o grau de desenvolvimento de um SNI. Neste cenário, são utilizados dois procedimentos metodológicos complementares, que permitem entender a dinâmica da produção científica e da inovação: a) Redes de Inovação em publicações para a colaboração científica entre países, instituições, KeyWord Plus e citações; e b) Redes de Inovação em patentes para as áreas de aplicação através do IPC8. Portanto, na ótica do desenvolvimento de um SNI, contam principalmente: o grau de colaboração científica, relevância e inserção. Apesar do SNI em etanol de segunda geração possuir elementos necessários para a transformação da ciência em tecnologia, observou-se baixo grau de desenvolvimento em reflexo às seguintes características: a) um baixo grau de colaboração científica internacional em comparação com os Estados Unidos e o Mundo; b) os esforços gerados não estão alinhados com o gargalo tecnológico do etanol de segunda geração; c) há apenas uma instituição representativa no cenário internacional, d) existe uma relação fraca entre universidade-governo-empresa; e) o potencial de difusão do conhecimento não é explorado, seja na forma de publicações científicas quanto na forma de patentes. Conclui-se que o SNI em etanol de segunda geração no Brasil está desenvolvendose, mas com baixa articulação com pesquisadores internacionais, além de uma baixa interação universidade-governo-empresa. Os esforços indicam que o Brasil irá especializar-se na fermentação, processo em que já possui conhecimento acumulado.
In the research area of second generation ethanol (lignocellulosic), Brazil has been shown as a potential actor for changing and spreading the science through technologies. The commercial scale of production - especially in the innovation frontier in lignocellulosic ethanol and new products from this conversion - requires high technology for products and processes development, available and feasible raw materials, plus a favorable institutional environment. These factors place the Brazilian sugarcane industry in a prominent position and justify the central question of this thesis which is to analyze - from the perspective of national scientific advances in second generation ethanol and its innovative potential - the development degree of a National Innovation System (NIS) based on the articulation between researches conducted by Brazilians in the comparison to researches made by other countries, specific by the United States. The theoretical-conceptual and methodological framework is based on evolutionary economics concepts, underlying the Innovation Networks formation. There is a robust evidence that shows the scientific collaboration though networks are positively correlated with the spread of scientific knowledge. Patents in the process of assimilating available scientific knowledge allow to create new technological standards, new products and processes. But also can direct the knowledge flow by creating a technological path, in other words, the path taken to arrive in certain patent. The accumulated knowledge in a particular patent is represented by patents which have originated and that involving different sectors and activities. Thus the Innovation Networks in an evolutionary perspective can be considered as measures of the innovation of a particular activity or product, indeed a proxy for the development degree of the NIS. In this scenario, it was used two complementary methodological procedures, which allow to understand the dynamics of scientific production and innovation: a) Innovation Networks in publications for the scientific collaboration between countries, institutions, KeyWord Plus and citations and b) Innovation Networks in patents for some application areas using IPC8 class. Therefore, in the sight of development of NIS rely mainly: the scientific collaboration degree, relevance and insertion. Despite the NIS in second generation ethanol has necessary elements to change the science and technology, it was observed a low development degree which reflects the following characteristics: a) low degree of international scientific collaboration in comparison with the United States and World; b) efforts generated are not aligned with the technological bottleneck in second generation ethanol; c) only one representative institution in the international scenario; d) weak relationship between university-government-enterprise, e) potential of conversion of knowledge is not exploited, either in the form of scientific publications and in the form of patents. It was concluded that the NIS on second generation ethanol in Brazil is developing, but with low articulation with international researchers, besides a low university-government-enterprise interaction. Efforts indicate that Brazil will specialize in the fermentation, process that has already accumulated knowledge.

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Antunes, Felipe Antonio Fernandes. "Imobilização celular de Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2 em gel de alginato de cálcio visando a produção de etanol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar em reator de leito fluidizado." Universidade de São Paulo, 2015. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97132/tde-03122015-150134/.

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Abstract:

Importantes produtos úteis à sociedade podem ser obtidos a partir do bagaço de cana-deaçúcar, como por exemplo, o etanol de segunda geração. Para a produção deste álcool, reforçam-se estudos visando alternativas de processos diferenciados, como por exemplo, utilizando células imobilizadas em biorreatores. O presente trabalho teve como objetivos o estudo de condições de imobilização da levedura Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulada em gel de alginato de cálcio, e a avaliação de condições de produção de etanol a partir de hidrolisado hemicelulósico de bagaço de cana-de-açúcar, com as células imobilizadas em processos operados em reator de leito fluidizado. Inicialmente, o bagaço de cana-de-açúcar foi submetido à hidrólise ácida seguida de concentração e destoxificação do hidrolisado hemicelulósico. Em ensaios fermentativos em frascos Erlenmeyer, com a nova e promissora levedura fermentadora de pentoses, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 na forma livre, testou-se diferentes meios nutricionais para a seleção dos nutrientes importantes na suplementação do hidrolisado hemicelulósico. Após análise, escolheu-se o meio composto por 5 g/l de sulfato de amônio, 3 g/l de extrato de levedura e 3 g/l de extrato de malte para as fermentações subsequentes. Utilizando-se este meio, observou-se valores de fator de rendimento (YP/S) e produtividade volumétrica em etanol (QP) de 0,38 g/g e 0,19 g/l.h, respectivamente. Em uma primeira etapa, determinou-se as condições de imobilização celular da levedura por encapsulamento em gel de alginato de cálcio, utilizando um planejamento experimental 23 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da concentração de alginato de sódio, de cloreto de cálcio e tempo de cura, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. Pela análise estatística e fermentativa, definiu-se o uso da concentração de 1% de alginato de sódio, 0,2 M de cloreto de cálcio e 12 h de tempo de cura para o processo de imobilização celular. Nesta condição, observou-se valores de YP/S e QP de 0,32 g/g e 0,14 g/l.h, respectivamente. Posteriormente, conduziuse fermentações utilizando células imobilizadas em modo de bateladas repetidas em frascos Erlenmeyer, verificando-se a estabilidade na produção de etanol em cinco ciclos fermentativos consecutivos. Em uma segunda etapa, avaliou-se as condições de produção de etanol utilizando células imobilizadas em reator de leito fluidizado, por meio de planejamento experimental 22 completo com três pontos centrais. Avaliou-se a influência da vazão de aeração e massa de suporte com células imobilizadas, tendo como variáveis resposta YP/S e QP. A partir da análise estatística e fermentativa, verificou-se como melhores condições para o processo, o uso de 200 g de suporte e 200 ml/min de vazão de aeração. Nestas condições, observou-se valores de YP/S e QP de 0,26 g/g e 0,17 g/l.h, respectivamente. Sob estas condições de processo, realizou-se também fermentações em modo de bateladas repetidas, verificando-se a estabilidade do sistema operacional de produção de etanol em sete ciclos fermentativos consecutivos. Por estes resultados, concluiu-se que esse processo fermentativo com células imobilizadas em reator de leito fluidizado apresenta destacada potencialidade, podendo servir como conhecimentos para estudos futuros visando a sua implementação em maiores escalas.
Important useful products to society can be obtained from sugarcane bagasse, e.g. secondgeneration ethanol. For the production of this alcohol, studies are focused on alternatives for different processes, e.g., using immobilized cells in bioreactors. This work had as objectives the study of immobilization conditions on the yeast Scheffersomyces shehatae UFMG-HM 52.2, encapsulated in gel of calcium alginate, and evaluating the conditions of ethanol production from sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate, with the immobilized cells in the process carried out in a fluidized bed reactor. Initially, the sugarcane bagasse was subject to acid hydrolysis followed by concentration and detoxification of hemicellulosic hydrolysate. In fermentation tests in Erlenmeyer flasks, with the novel and promising pentose fermenting yeast, Scheffersomyces shehatae UFMGHM 52.2 in free form, different nutritional media were tested for the selection of important nutrients in the supplementation of hemicellulosic hydrolysate. After the analysis, the medium composed of 5 g/l of ammonium sulfate, 3 g/l of yeast extract and 3 g/l of malt extract was chosen for subsequent fermentations. By using this medium, it was observed values of etanol yield (YP/S) and volumetric productivity (QP) of 0.38 g/g and 0.19 g/l.h, respectively. In a first step, it was determined the yeast cells immobilization conditions by encapsulation in calcium alginate gel using a 23 full factorial design with three central points. The influence of the concentration of sodium alginate, calcium chloride and conditioning time was evaluated, with the response variables YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was chosen the concentrations of 1% for sodium alginate, 0.2 M for calcium chloride and 12 h for conditioning time in the immobilization process. In this condition, it was observed values of YP/S and QP of 0.32 g/g and 0.14 g/l.h, respectively. Thus, fermentations were performed applying immobilized cells in Erlenmeyer flasks in repeated batch, where the stability of ethanol production in five consecutive cycles was verified. In a second step, the conditions of ethanol production using immobilized cells in fluidized bed reactor were evaluated, by using a 22 full factorial design with three central points. In this investigation, the influence of aeration rate and mass of suport with immobilized cells was tested, and the response variable were YP/S and QP. By statistical and fermentative analysis, it was found that the best conditions for the process included the use of 200 g of support with immobilized cells and 200 ml/min for aeration rate. Under these conditions, it was observed values of YP/S and QP of 0.26 g/g and 0.17 g/l.h, respectively. Also, under the same conditions, repeated batch fermentations were carried out, where it was verified that ethanol production system stability in seven consecutive fermentation cycles. For these results, it was concluded that this fermentation with immobilized cells in fluidized bed reactor offers outstanding potential and could be used as basis for future studies aiming its implementation in large scales.

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Santos, Lucas da Costa. "Produção de biomassa e eficiência no uso da água para oito variedades de cana-de-açúcar irrigadas por gotejamento em dois ciclos de cultivo." Universidade de São Paulo, 2016. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11152/tde-09062016-181907/.

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Abstract:

A irrigação quando bem manejada, pode minimizar os riscos econômicos da atividade sucroalcooleira, particularmente em safras com presença de instabilidade climática onde a restrição hídrica, promovida pela diminuição no volume de chuvas, pode reduzir a produtividade dos canaviais. Dentre as ferramentas disponíveis para a gestão eficiente da água na agricultura irrigada, a técnica de irrigação sob déficit pode se tornar uma escolha acertada para a cana-de-açúcar, desde que sejam identificadas as fases fenológicas e épocas de cultivo onde a limitação da oferta de água não implique em reduções antieconômicas no rendimento da cultura. Diante disso, a hipótese que norteia essa pesquisa, é a de que existe uma estratégia de irrigação sob déficit, que associada a uma variedade com características específicas, possibilite a expressão de indicadores de produtividade tão satisfatórios quanto os obtidos em condições de irrigação plena. Nessa linha, os objetivos da pesquisa envolveram o estudo da dinâmica foliar, acúmulo e particionamento de biomassa e ainda, índices de produtividade da água para biomassa, açúcar e etanol de 1ª e 2ª geração de oito variedade de cana-de-açúcar, submetidas a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo em dois ciclos de cultivo (cana-planta e cana-soca). A pesquisa foi realizada na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", em Piracicaba/SP, onde foram estudados os dois primeiros ciclos de cultivo da cana-de-açúcar, sendo estes abordados nesta tese como Experimento 1 (cana-planta) e Experimento 2 (cana-soca). O delineamento experimental adotado para ambos os ciclos foi o de blocos casualizados, com três blocos completos. Os tratamentos foram compostos por três fatores em esquema de parcelas sub-subdivididas. Estas parcelas foram formadas por duas plantas (touceiras) alocadas em um vaso com aproximadamente 330 litros de solo. No Experimento 1, foram estudados três fatores, sendo o primeiro e segundo com quatro níveis e o terceiro com oito (4x4x8), totalizando assim 128 tratamentos, sendo eles: quatro níveis de irrigação ao longo do ciclo (125, 100, 75 e 50% da ETc); oito variedades comerciais de cana-de-açúcar e quatro procedimentos de maturação, impostos por meio de variações na intensidade do déficit hídrico aplicado. Para o Experimento 2, substitui-se o fator Maturação por Épocas de Corte, o qual consistiu em colheitas de um quarto do experimento a cada 90 dias. Os resultados encontrados apontaram que a área foliar responde positivamente a maior disponibilidade hídrica no solo, tendo sido verificado uma relação proporcional entre estes. Quanto ao acúmulo de biomassa, verificou-se que para as oito variedades estudadas houve incremento de biomassa a medida em que se aumentou o volume de água disponibilizado às variedades. No tocante ao particionamento, as folhas foram os drenos principais de fotoassimilados da planta até os 100 dias de cultivo, sendo que após este período, os colmos ocuparam o lugar de dreno preferencial. Os indicadores de produtividade da água apresentaram diferenças significativas para o fator lâmina, o que indica a existência de cultivares de cana-de-açúcar mais eficientes no uso da água. Por fim, observou-se que a produtividade da água para etanol total apresentou valores expressivos, com média para essa variável igual a 1,81 L m-3, o que denota o potencial de rendimento de etanol (1G + 2G) a partir da cana-de-açúcar quando é adotado o aproveitamento integral das plantas.
Irrigation when managed, can minimize the economic risks of sugarcane activity, particularly in crops with the presence of climatic instability where water restriction, promoted by the decrease in rainfall, can reduce the productivity of sugarcane fields. Among the tools available to effectively irrigation manage, under deficit irrigation technique can become a right choice for sugarcane, provided they are investigated phenological stages and growing seasons where the limitation of the supply of water does not lead to uneconomical reductions in crop yield. Therefore, the hypothesis that guides this work is that there is a strategy of deficit irrigation, which associated with a cultivar with specific characteristics, enables the expression of productivity indicators as satisfactory as those obtained in full irrigation conditions. In this context, the objectives of this research involves the study of leaf dynamics, biomass accumulation and partitioning and also the water productivity indices for biomass, sugar and ethanol from 1st and 2nd generation of eight variety of sugarcane, subject to different conditions of soil water availability in two crop cycles (cane plant and ratoon crop). The research was conducted at the College of Agriculture \"Luiz de Queiroz\", Piracicaba-SP, Brazil. The research was conducted in the first two cycles of cultivation of sugarcane, which are named in this thesis as Experiment 1 (plant crop) and Experiment 2 (ratoon crop). The experimental design adopted for both cycles was blocks randomized, with three complete blocks. The treatments were three factors in scheme of sub-split plot. These plots were formed by two plants (clumps) placed in a pot with about 330 liters of soil. In Experiment 1, three factors were studied, the first and second with four levels and the third with eight (4x4x8), totalizing 128 treatments, as follows: four levels of irrigation throughout the cycle (125, 100, 75 and 50% ETc); eight commercial varieties of sugarcane and four maturity procedures imposed by means of variations in the intensity of water deficit applied. For Experiment 2, the maturation factor was replace for Seasons Court, which consisted in harvests of a quarter of the experiment every 90 days. The results showed that the leaf area responds positively to greater soil water availability, having been verified a proportional relationship between these variables. For the biomass accumulation, it was found, for the eight varieties studied, an increment of biomass while was increase the volume of water available for the varieties. Regarding the partitioning, the leaves were the preferred structures of the plant until the 100 days of cultivation, and after this period, the stems took the place of preferred drain. Water productivity indicators showed significant differences for the irrigation depth factor, which indicates the existence of sugarcane cultivars water use more efficient. Finally, it was observed that the total water productivity to ethanol showed significant values, with a mean for that variable equal to 1.81 L m-3, which shows the ethanol yield potential (1G + 2G) from sugarcane when it adopted the overall use of plants.

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Soutinho, Liliana Cavalcante. "A aprendizagem na produção de bioenergia canavieira da indústria de segunda geração o caso Granbio." Universidade Federal de Alagoas, 2016. http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/1525.

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Abstract:

The sugarcane agribusiness, one of the most traditional of the country, is living a moment of reflection and change with the advent of second-generation ethanol (2G), enzymatic hydrolysis process, with the deployment of the first commercial-scale plant, the GRANBIO. Evolutionary / neoschumpeterian literature is used as a theoretical framework and a review of literature on sectoral systems of innovation, learning processes and the accumulation of technological capabilities. The main challenges direct the research areas supported by SSI and relates to the increased productivity of the raw material through the cane-energy development, and its technical difficulties are concerning the adaptation of new varieties in different edapho-climatic conditions, the adequacy of management techniques with development of planting and harvesting and storage techniques machines; Improvements in the manufacturing process are related to the development of new technologies for increased efficiency using in the new biotechnologyc paradigm. The organizational level has a necessary changes in the learning process and technological capacity to build the firm to achieve endogenous production levels of technology. It was found that all research developed in Brazil around the 2G ethanol partnership with research centers and universities, coming from Sector System sugarcane Innovation, created to sustain and support the metalworking industry, the producers of sugar and ethanol 1G. The 2G firm seeks to harness the "windows of opportunity" of new technology and from the endogenous production of knowledge can dictate the success of technology development.
Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas
A agroindústria sucroenergética, uma das mais tradicionais do país, está vivendo um momento de reflexões e mudanças com o advento da produção de etanol de segunda geração (2G), processo de hidrolise enzimática, e com a implantação da primeira planta em escala comercial, a GRANBIO. A literatura evolucionária/neoschumpeteriana é utilizada como referencial teórico e uma revisão da bibliografia sobre sistemas setoriais de inovação, os processos de aprendizagem e a acumulação de capacidades tecnológicas. Os principais desafios direcionam as linhas de pesquisa suportadas pelo SSI e relacionam-se ao incremento da produtividade da matéria-prima, através do desenvolvimento da cana-energia, e seus gargalos técnicos relativos à adaptação de novas variedades em diferentes condições edafoclimáticas, a adequação das técnicas de manejo com desenvolvimento de máquinas de plantio e colheita e as técnicas de armazenagem; As melhorias no processo industrial relacionadas ao desenvolvimento de novas tecnologias para o aumento da eficiência utilizando o novo paradigma biotecnológico. A nível organizacional, ocorreram modificações no processo de aprendizado e de acúmulo de capacidade tecnológica da firma para alcançar níveis de produção endógena de tecnologia. Toda pesquisa desenvolvida no Brasil em torno do etanol de 2G tem parceria com os centros de pesquisa e universidades, oriundos do Sistema Setorial de Inovação sucroalcooleiro, criado para dar sustentação e suporte a indústria metal mecânica, produtora de açúcar e etanol de 1G. A firma de 2G busca aproveitar as “janelas de oportunidades” da nova tecnologia e produz conhecimento para o desenvolvimento da tecnologia 2G.

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Santos, Marcio Aurélio Soares. "O que fazer com o bagaço da cana de açúcar? uma abordagem da teoria das opções reais aplicada a usinas de processamento de etanol e açúcar da região de Piracicaba." reponame:Repositório Institucional do FGV, 2015. http://hdl.handle.net/10438/15051.

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Abstract:

Submitted by Marcio Aurelio Soares Santos (marrrcio@hotmail.com) on 2016-01-06T13:02:26Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_MPAgro_Santos_MAS_Versão_Revisada_3.pdf: 1187642 bytes, checksum: 6d36e9cf2b45e719ee9c7f357535a97e (MD5)
Approved for entry into archive by Fabiana da Silva Segura (fabiana.segura@fgv.br) on 2016-01-06T14:58:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_MPAgro_Santos_MAS_Versão_Revisada_3.pdf: 1187642 bytes, checksum: 6d36e9cf2b45e719ee9c7f357535a97e (MD5)
Made available in DSpace on 2016-01-06T15:04:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_MPAgro_Santos_MAS_Versão_Revisada_3.pdf: 1187642 bytes, checksum: 6d36e9cf2b45e719ee9c7f357535a97e (MD5) Previous issue date: 2015-11-30
O uso de resíduos da indústria canavieira, em particular o bagaço, é tema que ganha relevância desde a retomada do mercado de biocombustíveis, quando a produção ampliou significativamente o volume daquela biomassa. Existem trabalhos que tratam de apresentar subprodutos e tecnologias alternativas para o uso deste material e um conjunto outro de trabalhos apresenta análise de cenários de viabilidade econômica destas tecnologias. O objetivo deste trabalho é avaliar pela perspectiva econômico-financeira o melhor uso do bagaço da cana em um caso real. Para isto foi utilizada a Teoria das Opções Reais, como forma de analisar a melhor destinação do bagaço no horizonte de tempo de cinco anos, em uma dada a região, em um estudo de caso de uma usina sucroenergética com possibilidade de produção de etanol de segunda geração e/ou venda do bagaço in natura. Desta forma concluiu-se no caso apresentado que a produção de etanol de segunda geração em escala industrial não atrai investimentos e, sob esta ótica, deve ser postergada pois requer significativa aumento de produtividade por tonelada de matéria seca, além de substancial redução no custo das enzimas de fermentação. Ainda, foi possível também identificar a necessidade de políticas de incentivo para atração de investimentos.
The use of waste from the sugar cane industry, in particular bagasse, is a subject that becomes relevant since the resumption of the biofuels. There are works that address alternative technologies to the use of this material and a collection of other works which address the feasibilities. Therefore, this study is to evaluate the economic and financial perspective of sugarcane bagasse in an actual case. An application of the Theory of Real Options as a way to analyze the best allocation of bagasse within five years horizon, in a given region where the plant is located. The productivity and competitiveness of second-generation ethanol in contrast with the possibility of selling the bagasse. Thus it was concluded in the case presented that second-generation ethanol on an industrial scale production should be postponed since requires significant increase in productivity (litter per ton of dry bagasse) and significant reduction in the fermentation enzymes costs. Still, it was also possible to identify the need of public policy’s to develop this industry.

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Malagó, Junior Wilson. "Clonagem e estudos de expressão de enzimas do fungo filamentoso Trichoderma harzianum IOC-3844 envolvidas na degradação de biomassa." Universidade Federal de São Carlos, 2012. https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/5402.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:20:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4606.pdf: 10556895 bytes, checksum: debf5633a053f88ca7dd4618edef9175 (MD5) Previous issue date: 2012-07-06
Universidade Federal de Minas Gerais
The plant biomass is a large-scale available resource and one of its more important applications is the second-generation ethanol production. However, the enzyme cost is one of the biggest barriers for economically viable ethanol from biomass. Therefore, it is important to identify fungal strains that can produce high concentrations of plant biomass-degrading enzymes. The aim of this work was to clone, study the gene expression and characterize the plant biomass-degrading transcript set of the filamentous fungus Trichoderma harzianum IOC-3844. A total of 1,543 highquality reads from the Trichoderma harzianum IOC-3844 cellulose induced cDNA library were organized into 1,002 transcripts representing 167 contigs and 835 singlets. Of these 1,002 transcripts 646 had unknown functions and 356 showed associated functions. Among the transcripts with associated functions, we found 20 transcripts related to plant biomass deconstruction. The real time PCR analysis of Trichoderma harzianum IOC-3844 mycelia grown for 36 and 60 hours in cellulose, revealed that the levels of the following mRNAs were induced by at least 2,000-fold when compared to uninduced mycelia: cbh1, cbh2, egl1, egl2, egl3, egl7 and swo1. In some cases, the values were higher than 100,000-fold. Among the transcripts analyzed by real time PCR, cbh1, cbh2 and egl7 exhibited the highest expression levels. The Trichoderma harzianum IOC-3844 exhibited a repertoire with high expression of plant biomassdegrading transcripts. The enzymes EGIII and Xyn2 were recombinantly expressed in Pichia pastoris, showing good quality purification and good enzymatic activity. The heterologous expression assays made possible future studies aiming at the industrial application of the enzymes. Therefore, this strain showed potencial to produce biomassdegrading enzymes for second-generation ethanol production and to be a source of enzymes for the paper industry
A biomassa vegetal é um recurso disponível em larga escala e uma das suas mais imporantes aplicações é a produção de etanol de segunda geração. No entanto, o custo das enzimas é um dos maiores entraves para a produção economicamente viável deste etanol. Neste contexto, é importante encontrar organismos produtores de grandes quantidades de enzimas que degradam a biomassa. Os objetivos deste estudo foram clonar, estudar a expressão gênica e caracterizar o conjunto de enzimas que degradam a biomassa vegetal, do fungo filamentoso Trichoderma harzianum IOC-3844. Um total de 1.543 seqüências de boa qualidade, geradas a partir de uma biblioteca de cDNA do Trichoderma harzianum IOC-3844, induzido por celulose, foi organizado em 1.002 transcritos, sendo 167 representados por mais de uma seqüência e 835 representados por apenas uma seqüência. Destes transcritos, 356 tiveram função associada e 646 não tiveram. Com isso, entre os transcritos com função associada, foram listados 20 transcritos envolvidos com degradação de biomassa vegetal. Análises de PCR em tempo real do micélio de Trichoderma harzianum IOC-3844, crescido por 36 e 60 horas em celulose, mostraram níveis de mRNA mais de 2.000 vezes mais representados para os transcritos cbh1, cbh2, egl1, egl2, egl3, egl7 e swo1, quando comparados com o micélio não induzido. Em alguns casos as maiores representatividades alcançaram valores superiores a 100.000 vezes. Entre os transcritos analisados o cbh1, o cbh2 e o egl7, mostraram os mais altos níveis de expressão. O Trichoderma harzianum IOC-3844 exibiu um repertório com alta expressão de transcritos envolvidas na degradação de biomassa vegetal. As enzimas EGIII e Xyn2 foram expressas em sistema recombinante com uso da levedura Pichia pastoris, apresentando facilidade de purificação e boa atividade enzimática. Os ensaios de expressão heteróloga viabilizaram estudos posteriores que visam a aplicação industrial das enzimas. Assim, esta cepa mostrou potencial para produzir enzimas que degradam a biomassa para a produção de etanol de segunda geração, e para ser fonte de enzimas para a indústria de papel.

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Pinto, Fábio Henrique Paschoal Bianchi. "Etanol celulósico: um estudo de viabilidade econômico-financeira." reponame:Repositório Institucional do FGV, 2010. http://hdl.handle.net/10438/8273.

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Submitted by Cristiane Shirayama (cristiane.shirayama@fgv.br) on 2011-05-31T16:09:17Z No. of bitstreams: 1 65080100018.pdf: 2357061 bytes, checksum: 86718b92b6b4e0077c982c066b3d28fb (MD5)
Approved for entry into archive by Vera Lúcia Mourão(vera.mourao@fgv.br) on 2011-05-31T20:32:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 65080100018.pdf: 2357061 bytes, checksum: 86718b92b6b4e0077c982c066b3d28fb (MD5)
Approved for entry into archive by Suzinei Teles Garcia Garcia(suzinei.garcia@fgv.br) on 2011-05-31T20:56:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 65080100018.pdf: 2357061 bytes, checksum: 86718b92b6b4e0077c982c066b3d28fb (MD5)
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The rapid expansion of cultivation of sugarcane, essentially held from 2004, in the State of São Paulo, one of the most traditional and well localized of country in terms of logistics and proximity of large consumer centres, as well as in other states not so privileged, raised several discussions about the sustainability of the sector and possible breakthrough in land which, directly or indirectly, would undermine food production in the country. This encouraged the rapid industry organization, through its principal representative, UNICA, which initiated an irreversible process of professionalization and consolidation of large groups with a view to strengthening growth and to meet the challenges of "commoditization" of their products: sugar and ethanol. In this context, after project implementations as the "Green Ethanol Protocol" and "Agro-Envirnomental Zoning for the sugar-alcohol sector of the State of São Paulo" and subsequently "Agro-Ecological Zoning of cane" in Brazil, and dissemination of RFS2 "– Renewable Fuel Standard 2", in the United States, which may be considered key milestones to indicate that the industry must involve, either by socio-environmental, whether through external market growth opportunity (USA), and also without forgetting the growing fleet of vehicles flex-fuel in Brazil, it tries to develops at wide steps, evident that with greater focus and investment in the United States, in order to obtain greater industrial productivity, with the same amount of sugar cane planted area, which would accomplishes the two calls: the sustainability and the opening of the market. The second-generation ethanol is the central subject, and with greater expectation today, to the expected evolution of one of the fastest growing sectors and participation in the Brazilian economy. The laboratory researches demonstrate productive viability for this second-generation ethanol through cellulosic material hydrolysis, but the major problems are related to the absence of plants with commercial production scale, high processing time (enzymatic hydrolysis) and deterioration of equipment involved in the process (hydrolysis), and also the need for better studies to understand the replacement of bagasse to sugar cane trash in the process of electricity generation in the mills. This work showed, besides its limitations and due to the considered parameters, that the economic feasibility of second generation is a little bit far to be achieved and it’s dependent of the future prices of ethanol. The additional 85% (eight five percent) yield of ethanol liters per ton of sugarcane and price of R$ 800 (eight hundred reais) per cubic meters are input data, feasible to be obtained, in thesis, the net income but not the NPV. The incognits are the velocity for large scale production plant development and the prices behavior in face of the analyzed perspectives. In front of the achieved re results and discussion exposed, there are clealy possibilities for self-affirmation of the sector, which after decades of unsuccessful initiatives such as the Proálcool, and critics to their sustainability policies (social and environmental), can have a promising scenario for the perpetuation of its hegemony and avant-garde in the production of biofuel (ethanol), food (sugar) and electric power.
A rápida expansão da cultura da cana-de-açúcar, essencialmente ocorrida a partir de 2004, tanto no Estado de São Paulo, um dos mais tradicionais e mais bem localizado do país, em termos de logística e proximidade de grandes centros consumidores, bem como em outros não tão privilegiados, levantou diversas discussões sobre a sustentabilidade do setor e eventual avanço em terras que, direta e indiretamente, prejudicariam a produção de alimentos no país. Esse evento desencadeou uma rápida reorganização do setor, através de sua principal entidade representativa, a UNICA, e, fundamentalmente, iniciou um processo irreversível de profissionalização e consolidação de grandes grupos com o intuito de crescimento e fortalecimento para fazer frente aos desafios da 'comoditização' integral de seus produtos: o açúcar e o etanol. Nesse âmbito, após implementações de projetos como o 'Protocolo Etanol Verde' e o 'Zoneamento Agroambiental para o Setor Sucroalcooleiro do Estado de São Paulo', e posteriormente o 'Zoneamento Agro-Ecológico da Cana-de-Açúcar', no Brasil, e divulgação da 'RFS2 – Renewable Fuel Standard 2', nos Estados Unidos, os quais podem ser considerados pontos fundamentais para a indicação de que o setor deveria evoluir, seja via sócio-ambiental, ou através da oportunidade de crescimento do mercado externo (EUA), sem esquecer a crescente frota de veículos flex-fuel no Brasil, e tenta evoluir a passos largos, evidentemente que com maior enfoque e investimento tecnológico nos Estados Unidos, no sentido de obter maior produtividade industrial, com a mesma quantidade de área de cana plantada, o que atenderia aos dois apelos: o de sustentabilidade e o de abertura de mercado. O etanol de segunda geração é o assunto central, e de maior expectativa atualmente, para a esperada evolução de um dos setores de maior crescimento e participação na economia brasileira. As pesquisas de laboratório demonstram viabilidade produtiva do etanol de segunda geração, através da hidrólise do material celulósico, mas os grandes problemas estão relacionados à ausência de plantas com escala de produção comercial, elevado tempo de processamento (hidrólise enzimática) e deterioração de equipamentos envolvidos no processo (hidrólise ácida), além da necessidade de melhores estudos, para entendimento da substituição do bagaço pela palha da cana-de-açúcar, no processo de geração de energia elétrica nas unidades industriais. Este trabalho demonstrou, considerando suas limitações e parâmetros, que a viabilidade econômica para o etanol de segunda geração está um pouco distante de ser atingida e depende do preço futuro do etanol. O rendimento adicional de 85% (oitenta e cinco por cento) de litros de etanol, por tonelada de cana processada, e o preço de R$ 800 (oitocentos reais) o metro cúbico, são dados de entrada em tese factíveis de serem obtidos para geração de lucro líquido, mas não para o VPL. As incógnitas são a velocidade do desenvolvimento da planta de grande escala de produção e comportamento de preços diante das perspectivas analisadas. Diante dos resultados obtidos e do exposto, há a clara possibilidade de autoafirmação do setor que, após décadas de insucessos, como o do Proálcool, e críticas às suas políticas de sustentabilidade (sócio-ambiental), vislumbra um cenário promissor para a perpetuação de sua hegemonia e vanguarda na produção de biocombustível (etanol), alimento (açúcar) e energia elétrica.

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Zhang, Jihong. "Second generation imidazotetrazinones." Thesis, University of Nottingham, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.546604.

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Vathsava, Rajoli Sree. "Retrofitting analysis on first generation ethanol production." Thesis, Högskolan i Borås, Akademin för textil, teknik och ekonomi, 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hb:diva-372.

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Abstract:

First generation bioethanol generated from feedstocks is a sustainable alternative to fossil fuels, and the demand for fuel ethanol has promoted studies on the use of the grain as feedstock. This thesis describes various process designs and the economic feasibility for producing the main product ethanol and other by-products such as Biogas and DDGS (Distillers Dried Grains with Solubles) from the grain. The techno-economic analysis was performed by the data provided by Agroetanol industry, located in Norrköping, Sweden. The key target of this simulation work was to evaluate the influence of several process designs and the main production factors on the ethanol production process, in terms of energy efficiency, ethanol production cost and plant profitability. The main aim of this work was to simulate the current industrial process and to develop novel alternative retrofits by integrating new technologies and for investigating the effects on the plant profitability. In the base case, the cost sensitivity analysis was carried out on the grain buying price, ethanol and DDGS selling price. Along with the cost sensitivity analysis, the capacity sensitivity analysis was performed on the base case model to check the influence of different capacities on the plant profitability. While coming to the study of developing alternative retrofits, the three retrofits were developed on the base case process and they are as following: Retrofit 1) modifying the distillation and dehydration section of the base case retrofit (current process in Agroetanol), Retrofit 2) checking the impact of ethanol concentration on technical and economic aspects of the plant and Retrofit 3) installing the biogas digester.The modelling effort resulted in developing the base case model with an ethanol production rate of 41,985 ton/ year. The capital cost of the base case process was calculated to be at 68.85 million USD and the aspen economic analyzer calculated the product value of the ethanol and DDGS as 0.87 USD/litre and 0.37 USD/kg, respectively. Through cost sensitivity analysis results, it is identified that the ethanol selling price and the grain buying price have significant effects on the plant economy and it is confirmed that they are the main factors playing on the plant profitability in the base case model.The results of the alternative retrofits clearly demonstrate the importance of higher ethanol tolerant strains in ethanol production, which showed a less payback period compared to the base case. The payback periods of all the cases are showing the following patterns from the least to the highest: Retrofit 2 (17%) > Base case > Retrofit 3 > Retrofit 2 (4%) > Retrofit 1.Further retrofitting analysis results also suggested that using the stillage for biogas production will help in reducing the energy costs of the plant. The energy consumption of all the retrofits in ascending manner is as follows: Retrofit 3 > Retrofit 2 (17%) > Base case > Retrofit 1 > Retrofit 2 (4%). The energy usage result comparison of all the cases shows that, in third retrofit the overall energy consumption is decreased by 40% than the base case model.

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Harcourt, Thomas. "Improving the generation of ethanol from wheat." Thesis, University of Sheffield, 2015. http://etheses.whiterose.ac.uk/10398/.

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Nee, Phillip Tsefung. "Generation of squeezed light via second harmonic generation." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1994. http://hdl.handle.net/1721.1/34050.

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Capecchi, Lorenzo <1983&gt. "1st and 2nd Generation Ethanol from Biomass Crops." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amsdottorato.unibo.it/7161/.

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Abstract:

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

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Rust, A. N. "A second generation SUNSAT RAMDISK." Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2000. http://hdl.handle.net/10019.1/51620.

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Abstract:

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2000.
ENGLISH ABSTRACT: The SUNSAT RAMDISK was studied, and tests performed to assess its flight readiness. Errors were detected, and modifications had to be made to ensure proper operation. SUNSAT was subsequently launched, and to date the RAMDISK is still functioning correctly. The flight readiness testing of the RAMDISK was considered a pre-study to designing a second generation RAMDISK. A conceptual mass memory storage device support structure was designed. This second generation RAMDISK, or memory drive is intended to be used on a second generation SUNSAT, or SUNSAT 2. The design is targeted for implementation in fields programmable gate arrays (FPGA's) and was realised using VHDL. This hardware description language is an accepted standard, and can be implemented in a number of different programmable logic devices; both SRAM and fuse-link based. Simulations were performed to verity the functionality of the design, and to determine whether the data transfer specifications could be met using programmable logic devices. A modular design methodology was followed. The memory drive was designed so that any type and amount of memory can be added to the drive without a major design change. The simulations indicated that a data capturing speed of 130 Mbits/s could be maintained.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die SUNSAT massa geheue module is bestudeer, en toetse is daarop uigevoer om die vlug gereedheid te bepaal. Foute is gevind, en veranderinge moes aangebring word om korrekte werking te verseker. SUNSAT is gelanseer en die geheue module werk tot op datum nog korrek. Die geheue module se vlug gereedheid toetse is beskou as In voor studie vir die ontwerp van In tweede generasie geheue module. In Konseptueie massa stoor toestel struktuur is ontwerp. Hierdie tweede generasie geheue module, of geheue skyf is bedoel om op In tweede generasie SUNSAT, of SUNSAT 2 gebruik te word. FPGA's is die teiken tegnologie vir hierdie ontwerp en VHDL is gebruik om die ontwerp te realiseer. Hierdie hardeware beskrywingstaal word as In standaard aanvaar en kan in verskillende herprogrammeerbare tegnologieë gebruik word. Sirnulasies is gedoen om die funksionaliteit van die ontwerp te verifieer, en om te bepaal of die nodige data oordragstempo gehandhaaf kan word met herprogrammeerbare tegnologie. In Modulêre ontwerpsfilosofie is gevolg. Die geheue skyf is ontwerp sodat dit enige tipe en hoeveelheid geheue kan ondersteun sonder om groot veranderinge aan die ontwerp te doen. Die sirnulasies toon dat In data oordragstempo van 130 Mbits/s gehandhaafkan word.

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Pityana, Sisa Lesley. "Second harmonic generation in waveguides." Thesis, University of Sussex, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.239511.

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Calvo, D., and Bert-Wolfgang Schulze. "Edge symbolic structures of second generation." Universität Potsdam, 2005. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2009/2994/.

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Abstract:

Operators on a manifold with (geometric) singularities are degenerate in a natural way. They have a principal symbolic structure with contributions from the different strata of the configuration. We study the calculus of such operators on the level of edge symbols of second generation, based on specific quantizations of the corner-degenerate interior symbols, and show that this structure is preserved under compositions.

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Trull, Silvestre José Francisco. "Second Harmonic Generation in Photonic Crystals." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 1999. http://hdl.handle.net/10803/6618.

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Abstract:

Photonic crystals emerged at the end of the last decade as a new frame to control the interaction between radiation and matter. The potential advances that such structures could report in photonics technology has lead to an increasing research focused on the implementation of photonic crystals possessing full photonic band gaps, hindering the fact that more simple structures, possessing band gaps in selected directions of space, may also provide strong control of the electromagnetic radiation leading to the observation of many new interesting phenomena. In fact, the scope of this control is not limited to a linear interaction and can be extended to nonlinear interactions of any order.

In this work we present a study of the second order nonlinear interaction from nonlinear organic molecules placed within two different types of photonic crystals. First, we will discuss the enhancement and inhibition of the radiation at the second-harmonic frequency of a sheet of dipoles embedded in a 1D photonic crystal. The experimentally observed reflected second-harmonic intensity as a function of the angle of incidence shows sharp resonances corresponding to the excitation of the SH field in a local mode within the forbidden band in the structure, which position depends on the size of the defect, and additional resonance at the high angular band edge, which position is independent of the size of the defect. Comparison among these results and the SH intensity reflected by the same monolayer in free space (which presents a bell shaped radiation pattern as a function of the angle of incidence), shows an enhancement of the radiation at the resonances, and strong inhibition of the radiation at other angles within the gap. Theoretical simulation of the experiment shows a good agreement with the experimental results.

A detailed analysis of the enhancement and inhibition phenomena occurring in these structures shows a clear dependence of the resulting intensity with the position of the monolayer within the defect and with the dipole orientation. The change in phase difference between the oscillating dipoles and the field at the SH frequency at the monolayer as it is moved within the defect is found to play a determining role in the final energy transfer to the second-harmonic field. The resulting enhancement and inhibition of the radiation may be studied in terms of a nonsymmetric contribution of the different components of the field to the energy transfer process.

The second configuration studied in the present work consider the experimental demonstration of second-harmonic generation in a 3-dimensional macroscopically centrosymmetric lattice formed by spherical particles of optical dimensions. In such photonic crystals, the local breaking of the inversion symmetry at the surface of each sphere, allows for the existence of a nonvanishing second order interaction. The growth of the SH radiation is provided by the phase-matching mechanism caused by the bending of the photon dispersion curve near the Bragg reflection bands of this photonic crystal. Experimental evidence of this phase-matching mechanism, inherent of such crystals, is reported in this work. By measuring the SH intensity radiated from several crystals with different concentrations, we obtained the angular dependence of this type of emission and confirmed the surface character of the nonlinear interaction. A simplified theoretical model shows very good agreement with the experimental results. It is important to notice that in this mechanism of SHG, the nonlinearity of the molecule is independent of the phase-matching mechanism, that is inherent to the periodicity of the crystal.

In conclusion, the results obtained show a clear influence of the photonic crystals in the radiated SH intensity, resulting in enhancement and inhibition of the dipoles radiation.

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Trzeciecki, Mikołaj. "Second harmonic generation from antiferromagnetic interfaces." [S.l. : s.n.], 2000. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=96147792X.

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Fairweather, Diane Bree. "Human psychopharmacology of second generation antidepressants." Thesis, University of Surrey, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.320968.

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Crawford, Michael John. "Second harmonic generation from liquid interfaces." Thesis, University of Southampton, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.261532.

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Trowbridge, Lynne. "Aligned composites for second harmonic generation." Thesis, University of Sussex, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.283005.

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Harding, Sarah Louise. "Azadirachtin : towards a second generation synthesis." Thesis, University of Cambridge, 2012. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.610111.

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Holst, David. "DICOM Second Generation RT : An Analysis of New Radiation Concepts by way of First-Second Generation Conversion." Thesis, Uppsala universitet, Avdelningen för visuell information och interaktion, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-381978.

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Abstract:

The current DICOM communication standard for radiotherapy is outdated and has serious design issues. A new version of the standard, known as DICOM 2nd generation for Radiotherapy, has been introduced and this thesis examines new concepts relating to radiation delivery. Firstly, some background into the practice of radiotherapy is given, as well as a description of the DICOM standard. Secondly, the thesis describes the design issues of the current standard and how the 2nd generation aims to solve these. Thirdly, the thesis explores the conversion of a first generation C-Arm Photon/Electron treatment plan to the second generation RT Radiation and RT Radiation Set IODs. A converter is implemented based on a model proposed in a previous work. With some simplifications, the conversion of Basic Static and Arc treatment plans is shown to be successful. Conversion of further dynamic plan types is judged to be fairly simple to implement following the same methodology. The conversion model’s efficacy and testability are discussed and while the model is flexible and facilitates extension to further modalities some areas of improvement are suggested. Lastly, a GUI for the converter is demonstrated and the possibilities of user interaction during conversion are discussed.

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Paul, Varun. "Electricity generation and ethanol production using iron-reducing, haloalkaliphilic bacteria." Diss., Rolla, Mo. : Missouri University of Science and Technology, 2009. http://scholarsmine.mst.edu/thesis/pdf/Paul_09007dcc8069dfe5.pdf.

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Abstract:

Thesis (M.S.)--Missouri University of Science and Technology, 2009.
Vita. The entire thesis text is included in file. Title from title screen of thesis/dissertation PDF file (viewed August 10, 2009) Includes bibliographical references (p. 58-64).

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Mikhail, Anne. "Career development of second-generation immigrant women." Thesis, McGill University, 2010. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=95106.

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Abstract:

Second-generation immigrants represent a significant subgroup of the Canadian population and workforce; however, the career development of adult second-generation immigrant women has not been examined. In order to understand the career development of second-generation women, an integration of Gottfredson and the feminist-multicultural career development theories was used. According to this integrated framework, it was important to understand: 1) sex-roles and gender and occupational stereotypes; 2) the effect of culture (i.e., familial, social class, and societal); 3) the effect of socio-cultural factors and systemic institutions (e.g., occupational stereotypes and discrimination); and 4) the effect that immigrant mothers had on the career development of second-generation immigrant women. A phenomenological approach was used to examine the career development experiences of second-generation immigrant women. Participants were 21 second-generation immigrant women between the ages of 24 and 39 years old, who had been working for at least 2 years. The women participated in an individual interview and co-created two pictorial representations of their own and their family's career development experiences. Participants were asked to describe their career aspirations, interests, values, and decision-making process as well as the influence of gender, family, culture and other societal factors on their career development. Results showed that the career development of second-generation immigrant women was very similar to that of North American women, indicating that the struggles that North American women faced seemed to be a cross-cultural phenomenon that transcended cultural and immigration status boundaries. Additionally, findings suggested that participants were influenced by their family and culture to pursue post-secondary education and culturally acceptable careers. It was also found that school programs (e.g., co-operative education program) were influential becaus
Les immigrants de deuxième génération constituent un sous-groupe important de la population Canadienne et des travailleurs canadiens; toutefois, le développement de carrière des immigrantes de deuxième génération d'âge adulte n'a jamais été examiné. Afin de comprendre le développement de carrière des immigrantes de deuxième génération, une synthèse de la théorie de Gottfredson et du développement de carrière féministe multiculturelle ont été utilisés. Selon ce cadre de travail, il était important de comprendre ce qui suit : 1) les rôles sexuels et les stéréotypes; 2) les influences culturelles (p. ex. famille, classe sociale et société); 3) les incidences des facteurs socioculturels et des institutions systémiques (p. ex. stéréotypes et discrimination professionnels); et 4) l'influence des mères immigrantes sur le développement de carrière des immigrantes de deuxièmes génération. Une approche phénoménologique a été utilisée pour étudier le développement de carrière des immigrantes de deuxième génération. Le groupe de participantes était constitué de 21 immigrantes de deuxièmes génération âgées entre 24 et 39 ans, et qui travaillaient depuis au moins deux ans. Les femmes ont passé une entrevue individuelle et elles ont créé en collaboration deux représentations graphiques, l'une de leur propre développement de carrière et l'autre du développement de carrière de leur famille. Les participantes ont décrit leurs aspirations professionnelles, leurs intérêts, leurs valeurs et leur processus décisionnel ainsi que l'influence du sexe, de la famille, de la culture et d'autres facteurs sociaux sur leur développement de carrière. Les résultats ont démontré que le développement de carrière des immigrantes de deuxième génération était très semblable à celui des femmes nord américaines, ce qui indique que les obstacles auxquels ces dernières font face semblent constituer un phénomène interc

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Galletto, Paolo. "Second harmonic generation of electrified metal surfaces /." [S.l.] : [s.n.], 2000. http://library.epfl.ch/theses/?nr=2262.

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Meyer, Folker. "GENDB a second generation genome annotation system /." [S.l.] : [s.n.], 2001. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=964442671.

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Patrick, Brian Olivier. "Second-harmonic generation studies of organic salts." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1997. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/nq25133.pdf.

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Dissertations / Theses on the topic 'Ethanol of second generation'

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