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Recuperação energética de resíduos florestais para produção de biomassa de microalgas em fotobiorreatores (FBR) industriais
Use este link compartilhar ou citar este material: http://educapes.capes.gov.br/handle/1884/98009
Registro completo de metadados
| Metadados | Descrição | Idioma |
|---|---|---|
| Autor(es): dc.contributor | Mariano, André Bellin, 1977- | - |
| Autor(es): dc.contributor | Taher, Dhyogo Miléo | - |
| Autor(es): dc.contributor | Langer, Marcelo, 1966- | - |
| Autor(es): dc.contributor | Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE | - |
| Autor(es): dc.creator | Lira, Gilvana Scoculi de | - |
| Data de aceite: dc.date.accessioned | 2025-09-01T10:51:55Z | - |
| Data de disponibilização: dc.date.available | 2025-09-01T10:51:55Z | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2025-08-19 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2025-08-19 | - |
| Data de envio: dc.date.issued | 2024 | - |
| Fonte completa do material: dc.identifier | https://hdl.handle.net/1884/98009 | - |
| Fonte: dc.identifier.uri | http://educapes.capes.gov.br/handle/1884/98009 | - |
| Descrição: dc.description | Orientador: Profº. Dr. André Bellin Mariano | - |
| Descrição: dc.description | Coorientadores: Dr. Dhyogo Miléo Taher e Dr. Marcelo Langer | - |
| Descrição: dc.description | Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 10/04/2025 | - |
| Descrição: dc.description | Inclui referências | - |
| Descrição: dc.description | Área de concentração: Engenharia e Ciências dos Materiais | - |
| Descrição: dc.description | Resumo: As mudanças climáticas representam um dos maiores desafios globais contemporâneos, impulsionadas pelas emissões de gases de efeito estufa (GEE) decorrentes principalmente da queima de combustíveis fósseis. Para mitigar esses efeitos, é essencial a utilização de fontes alternativas de energia que sejam sustentáveis e de baixo carbono. A utilização de biomassa florestal como combustível sólido surge como uma alternativa para contribuir na redução de emissões de GEE e promover o aproveitamento energético sustentável. A Universidade Federal do Paraná (UFPR) gera resíduos florestais provenientes da poda e manutenção arbórea dos campi, comparáveis a centros urbanos. Atualmente, quando o volume é considerado alto, os resíduos são triturados para incorporação natural ao solo ou direcionados para a Fazenda Canguiri, em Pinhais PR. Com a finalidade de maximizar o espaço físico e agregar valor aos resíduos florestais, este trabalho propõe uma destinação alternativa de incineração e reaproveitamento desses resíduos florestais em um sistema patenteado que integra a produção simultânea de microalgas e tratamentos de emissões gasosas. Inicialmente, um estudo detalhado sobre a gestão dos resíduos florestais foi realizado por meio de questionários e coletas sistemáticas. Os resíduos foram coletados em três etapas: amostras individuais de troncos (15 amostras); compartimentos isolados (galhos; folhas; galhos com folhas); e três blends compostos por misturas desses compartimentos. Todas as amostras foram submetidas a análises físico-químicas completas, incluindo análise química imediata, determinação de umidade, análise elementar, poder calorífico superior (PCS) e inferior (PCI), e microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS). Os resultados demonstraram uma alta heterogeneidade dos resíduos, impossibilitando a separação por espécies vegetais específicas ou compartimentos definidos. Contudo, os valores obtidos de PCS e PCI revelaram alto potencial energético, sendo as melhores performances verificadas nas amostras de troncos (PCS 23,68 MJ kg ¹; PCI 22,44 MJ kg ¹) e blends com desempenho energético igualmente significativo. A biomassa microalgal produzida nos fotobiorreatores (FBR’s), utilizando os gases de combustão como fonte de carbono, foi também caracterizada utilizando as mesmas técnicas físico-químicas, complementadas por avaliação antioxidante pelo método DPPH, determinação proteica pelo método Kjeldahl e por análise elementar. Não houve detecção de atividade antioxidante significativa nas condições avaliadas. No entanto, os valores médios do teor proteico determinados pelos métodos de Kjeldahl e de análise elementar (Dumas) foram de 40,0 % e 36,7 %, respectivamente. As análises de MEV-EDS e elementar confirmaram a predominância dos mesmos elementos majoritários nas biomassas vegetal e microalgal, indicando uma eficiente transferência de elementos e confirmando a viabilidade técnica do processo integrado. Todos os materiais analisados nesta pesquisa apresentaram resultados compatíveis ou superiores aos relatados na literatura como combustíveis sólidos renováveis, ressaltando o potencial dos resíduos florestais e da biomassa microalgal como alternativas viáveis à utilização de combustíveis fósseis. Destaca-se que a abordagem em escala de engenharia aplicada nesta tese configura uma contribuição científica inédita, alinhada às estratégias globais de sustentabilidade energética e ambiental, promovendo simultaneamente a valorização energética de resíduos e a redução das emissões de GEE | - |
| Descrição: dc.description | Abstract: Climate change represents one of the greatest contemporary global challenges, driven mainly by greenhouse gas (GHG) emissions resulting from the combustion of fossil fuels. To mitigate these effects, it is essential to adopt alternative energy sources that are both sustainable and low-carbon. The use of forest biomass as a solid fuel emerges as a viable alternative to contribute to GHG emissions reduction and to promote sustainable energy recovery. Federal University of Paraná (UFPR) generates forest residues from pruning and tree maintenance across its campuses, comparable to the practices seen in urban centres. Currently, when the volume is considered significant, these residues are either shredded for natural incorporation into the soil or transported to Canguiri Farm in Pinhais- PR. In order to optimise physical space and add value to this forest residues, this study proposes an alternative disposal route involving incineration and reuse of within a patented system that integrates simultaneous production of microalgae with the treatment of gaseous emission. Initially, a detailed study of forest waste management was carried out through questionnaires and systematic samplings. The residues were collected in three stages: individual trunk samples (15 samples); isolated compartments (branches; leaves; branches with leaves); and three blends comprising mixtures of these compartments. All samples underwent comprehensive physicochemical analyses, including proximate analysis, moisture content determination, ultimate analysis, higher heating value (HHV), lower heating value (LHV), and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS). The results demonstrated high heterogeneity among residues, preventing separation by specific plant species or defined compartments. Nevertheless, the HHV and LHV results revealed high energy potential, with the best performance observed in trunk samples (maximum HHV of 23.68 MJ kg ¹; LHV of 22.44 MJ kg ¹) and in blends which also exhibited significant energy performance. The microalgal biomass produced in photobioreactors (PBRs), using combustion gases as a carbon source, was also characterised using the same physicochemical techniques, complemented by antioxidant evaluation via the DPPH method and protein quantification using the Kjeldahl method, and ultimate analysis. No significant antioxidant activity was detected under the evaluated conditions. However, the mean protein content determined by the Kjeldahl and elemental analysis (Dumas) methods were 40.0 % and 36.7 %, respectively. Highlighting the biomass’s relevance for industrial and biotechnological applications. SEM-EDS and ultimate analyses confirmed the predominance of similar major elements in both vegetal and microalgal biomasses, indicating efficient elemental transfer and confirming the technical feasibility of the integrated process. All materials analysed in this research presented results comparable or superior to those reported in the literature for renewable solid fuels, highlighting the potential of forest residues and microalgal biomass as viable alternatives to fossil fuels. It is worth noting that the engineering-scale approach adopted in this thesis represents a novel scientific contribution, aligning with global strategies for energy and environmental sustainability, by simultaneously promoting energy recovery from waste and reduction of GHG emissions. | - |
| Formato: dc.format | 1 recurso online : PDF. | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Formato: dc.format | application/pdf | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Biomassa | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Microalga | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Resíduos vegetais | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Recursos energeticos - Aspectos ambientais | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Sustentabilidade e meio ambiente | - |
| Palavras-chave: dc.subject | Engenharia de Materiais e Metalúrgica | - |
| Título: dc.title | Recuperação energética de resíduos florestais para produção de biomassa de microalgas em fotobiorreatores (FBR) industriais | - |
| Aparece nas coleções: | Repositório Institucional - Rede Paraná Acervo | |
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