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Bacterioclorina encapsulada em lipossoma: inativação de células tumorais utilizando terapia fotodinâmica
(2025-05-19) Pereira, Priscila Romero Mazzini
A Terapia Fotodinâmica (TFD) existe há mais de 100 anos, mas somente em 2023, foi incorporada no SUS (Sistema Único de Saúde), como uma alternativa para câncer de pele, por ser um método eficiente para reduzir efeitos colaterais sistêmicos da terapia utilizada atualmente para tratamento do câncer. A TFD envolve luz e componentes não tóxicos como o fotossensibilizador (FS) e oxigênio que quando combinados induzem efeitos celulares e teciduais. O FS é uma molécula fotossensível que, ao atingir a célula-alvo ou tecido, é ativado por uma fonte de luz com comprimento de onda específico, que irá excitar o FS, gerando espécies reativas de oxigênio que causam danos às células cancerosas, induzindo à morte celular. O uso de FS que absorve em comprimento de onda mais longo, como a bacterioclorina (Bcl), tem potencial para atingir maiores profundidades no tecido, ampliando o espectro de tratamento da TFD. Para potencializar a ação desta Bcl foi realizada uma formulação lipossomal (FL). Essa FL possui vantagens como a capacidade de melhorar a solubilidade, a estabilidade e a biodisponibilidade de princípios ativos, como FS, além de permitir a liberação controlada e direcionada dos fármacos no corpo. Com objetivo de desenvolver uma formulação de nanopartícula capaz de otimizar a utilização da Bcl, reduzindo a quantidade necessária para induzir a morte celular, foi realizada a comparação entre a atividade fotodinâmica da bacterioclorina na sua forma livre e em formulação lipossomal, avaliando sua eficiência e seu potencial terapêutico in vitro. Assim, a bactéria que contém o precursor da Bcl foi cultivada, centrifugada e depois, foi realizada a extração e transesterificação para obter a Bcl, o qual foi caracterizada e comparada à literatura. Foi desenvolvida uma FL por hidratação de filme. Os dados de absorbância, de sobrevivência celular, obtidos por MTT, foram normalizados e os tratamentos foram analisados pelo teste ANOVA, pelo programa GraphPad Prism, com intervalo de confiança de 95%, seguido de teste de Tukey para comparar as variáveis. Conclui-se que a FL superou a forma livre da Bcl em eficiência em todas as linhagens testadas. Comparando MRC-5 e MIA PaCa-2, a potência lipossomal do FS foi 392 vezes maior em MIA PaCa-2, com IC50 de 2 nM, e 34 vezes maior em MRC-5, com IC50 de 1 nM, em relação ao FS livre. Além disso, a FL demonstrou proteger a Bcl da fotodegradação, contribuindo para seu desempenho superior. Contudo, A TFD já é uma alternativa viável às terapias convencionais e está em processo de consolidação na prática clínica, destacando-se pela baixa toxicidade sistêmica a longo prazo e pela ausência de resistência medicamentosa. Esse estudo mostra-se como um avanço na questão sustentável no Brasil e no mundo, pois contempla os objetivos 3 e 12 dos ODS, em voga atualmente. Resumen La Terapia Fotodinámica (TFD) existe desde hace más de 100 años, pero recién en 2023 fue incorporada al SUS (Sistema Unificado de Salud), como alternativa para el cáncer de piel, por ser um método eficiente para reducir los efectos secundarios sistémicos de la terapia actualmente utilizada para tratar el câncer. La TFD implica la utilización de luz y componentes no tóxicos, como el fotosensibilizador (FS) y el oxígeno, que, al combinarse, inducen efectos celulares y tisulares. El FS es una molécula fotosensible que, al llegar a la célula o tejido objetivo, es activada por una fuente de luz con una longitud de onda específica, que excitará el FS, generando especies reactivas de oxígeno que causan daño a las células cancerosas, induciendo la muerte del celular. El uso de FS que absorbe en longitudes de onda más largas, como la bacterioclorina (Bcl), tiene el potencial de alcanzar mayores profundidades en el tejido, ampliando el espectro de tratamiento de la TFD. Para mejorar la eficacia de este Bcl, hemos desarrollado una formulación liposomal (FL). Esta FL ofrece importantes beneficios, entre ellos, una mayor solubilidad, una mayor estabilidad y una biodisponibilidad superior de los principios activos como el FS. Además, facilita el control preciso y la liberación dirigida de medicamentos dentro del organismo, lo que garantiza que los tratamientos sean eficaces e impactantes. Con el objetivo de desarrollar una formulación de nanopartículas que optimizara el uso de Bcl y redujera la cantidad necesaria para inducir la muerte celular, se comparó la actividad fotodinámica de la bacterioclorina en su forma libre y en formulación liposomal, evaluando su eficiencia y potencial terapéutico in vitro. Por lo tanto, la bacteria que contenía el precursor Bcl fue cultivada, centrifugada y luego se realizó extracción y transesterificación para obtener Bcl, que fue caracterizado y comparado con la literatura. Se desarrolló un FL por hidratación de película. Los datos de absorbância, supervivencia celular, obtenidos por MTT fueron normalizados y los tratamentos fueron analizados mediante el programa GraphPad Prism, utilizando la prueba ANOVA, con um intervalo de confianza del 95%, seguido de la prueba de Tukey para comparar las variables. Em conclusión, FL superó a la forma libre de Bcl en términos de eficacia en todas las cepas ensayadas. Al comparar MRC-5 y MIA PaCa-2, la potencia liposomal del FS fue 392 veces mayor en MIA PaCa-2, con un IC50 de 2 nM, y 34 veces mayor en MRC-5, con un IC50 de 1 nM, en comparación con el SL libre. Además, se demostró que FL protege a Bcl de la fotodegradación, lo que contribuye a su mayor rendimiento. La TFD es ya una alternativa viable a las terapias convencionales y está em proceso de consolidación en la práctica clínica, ya que destaca por su baja toxicidad sistémica a largo plazo y por la ausencia de resistencia a los fármacos. Por lo tanto, el estudio es un avance en la cuestión sostenible en Brasil y en el mundo, según los objetivos 3 y 12 de los ODS, actualmente em boga.
Potencial biotecnológico de microrganismos na obtenção de bacterioclorinas para a inativação fotodinâmica
(2025-05-12) Bilha, Juliana Kafka
Os microrganismos podem ser fontes naturais de diversas moléculas com potencial biotecnológico para produção de compostos para aplicações clínicas e industriais trazendo soluções inovadoras e sustentáveis nessas áreas. A bacterioclorofila extraída de grupos de bactérias púrpuras não sulfurosas quando modificada estruturalmente pode originar o fotossensibilizador Bacterioclorina, que é utilizado em terapia fotodinâmica. A Terapia Fotodinâmica é uma reação fotoquímica que requer a presença de moléculas fotossensibilizadoras que, irradiadas com luz de um comprimento de onda específico, leva à geração de espécies reativas de oxigênio, através da excitação do oxigênio molecular e, consequentemente, resultam em morte celular. Tem sido utilizada para tratamento de infecções bacterianas e/ou fúngicas, exibindo vantagens se comparado a antibióticos, visto que diminui a resistência bacteriana neste tipo de terapia. Além disso, a terapia fotodinâmica tem mostrado eficiência tanto para bactérias Gram-positivas quanto para bactérias Gram-negativas. Para tanto, neste estudo, microrganismos pigmentados isolados de sedimentos de diferentes ambientes incluindo, chorume, fundo de lago e o ambiente Antártico, foram testados a fim de obter fotossensibilizadores naturais. Também foi produzida uma bacterioclorina catiônica (Bchl-Cat) obtida da extração da bacterioclorofila de Rhodopseudomonas faecalis. Bchl-Cat e uma bacterioclorina metóxi (Bchl-M) foram utilizadas para estudos de fotoinativação. Os resultados obtidos demonstram potencial biotecnológico de uma molécula extraída de bactéria de amostras de chorume. Além disso, a bacterioclorina catiônica (Bchl-Cat) inativou o microrganismo Grampositivo, Staphylococcus aureus. Para Pseudomonas aeruginosa a inibição alcançou cerca de 3 logs na concentração de 100 μM de Bchl-Cat e dose de luz de 45 J/cm2. Em Escherichia coli a inibição foi cerca de 4 logs na concentração de 250 μM de Bchl-Cat e dose de luz de 45 J/cm2. Em Salmonella typhimurium a inibição de 5 logs na concentração de 250 μM de Bchl-Cat e doses de luz de 20, 30 e 45 J/cm2. Para a levedura Candida albicans, Bchl-Cat inibiu cerca de 3 logs na concentração de 100 μM e dose de luz de 45 J/cm2. Bchl-M conseguiu inibir cerca de 3 logs na concentração de 250 μM e doses de luz de 20, 30 e 45 J/cm2 da levedura Candida albicans. Estes resultados são significativos e podem indicar inativação de bactérias Gram-negativas com fotossensibilizador catiônico. Estudos posteriores podem inserir mais grupamentos catiônicos na molécula a fim de aumentar sua capacidade de interação com a parede celular desses microrganismos. Resumen Los microorganismos pueden ser fuentes naturales de diversas moléculas con potencial biotecnológico para producir compuestos para aplicaciones clínicas e industriales, aportando soluciones innovadoras y sostenibles en estas áreas. La bacterioclorofila extraída de grupos de bacterias moradas sin azufre, cuando se modifica estructuralmente, puede dar lugar al fotosensibilizador bacterioclorina, que se utiliza en terapia fotodinámica. La Terapia Fotodinámica es una reacción fotoquímica que requiere la presencia de moléculas fotosensibilizantes que, al ser irradiadas con luz de una longitud de onda específica, conduce a la generación de especies reactivas de oxígeno, a través de la excitación del oxígeno molecular y, en consecuencia, resulta en la muerte celular. Se ha utilizado para tratar infecciones bacterianas y/o fúngicas, mostrando ventajas frente a los antibióticos, ya que en este tipo de terapia no se produce resistencia bacteriana. Además, se ha demostrado que la terapia fotodinámica es eficaz tanto para bacterias Grampositivas como Gramnegativas. Para ello, en este estudio se probaron microorganismos pigmentados aislados de sedimentos de ambientes cloacales, ambientes de fondo de lagos y ambiente antártico con el fin de obtener fotosensibilizadores naturales. También se produjo una bacterioclorina catiónica (Bchl-Cat) obtenida de la extracción de bacterioclorofila de Rhodopseudomonas faecalis. Se utilizaron Bchl-Cat y una bacterioclorina metoxi (Bchl-M) para estudios de fotoinactivación. Los resultados obtenidos demuestran el potencial biotecnológico de una molécula extraída de bacterias en muestras de lixiviados. Además, la bacterioclorina catiónica (Bchl-Cat) inactivó el microorganismo grampositivo Staphylococcus aureus. Para Pseudomonas aeruginosa, la inhibición alcanzó aproximadamente 3 log a una concentración de 100 µM de Bchl-Cat y una dosis de luz de 45 J/cm2 . En Escherichia coli la inhibición fue de aproximadamente 4 log a una concentración de 250 µM de Bchl-Cat y una dosis de luz de 45 J/cm2 . En Salmonella typhimurium la inhibición de 5 logs a una concentración de 250 µM de Bchl-Cat y dosis de luz de 20, 30 y 45 J/cm2 . Para la levadura Candida albicans, Bchl-Cat inhibió aproximadamente 3 logs a una concentración de 100 µM y una dosis de luz de 45 J/cm2 . Bchl-M fue capaz de inhibir alrededor de 3 logs a una concentración de 250 µM y dosis de luz de 20, 30 y 45 J/cm2 de la levadura Candida albicans. Estos resultados son significativos y pueden indicar la inactivación de bacterias Gramnegativas con un fotosensibilizador catiónico. Otros estudios pueden insertar más grupos catiónicos en la molécula para aumentar su capacidad de interactuar con la pared de estos microorganismos.
Avaliação do potencial biocatalítico de fungos endofíticos de plantas nativas do oeste paranaense
(2025-05-08) Barros, Maria Gabriela Azevedo
O aumento da população mundial e do consumo traz uma série de desequilíbrios ambientais, impactando as futuras gerações. Com a finalidade de diminuir esses danos, rumo a um desenvolvimento mais sustentável, foram propostas diversas metas e boas práticas, por exemplo, a agenda 2030 pela Organização das Nações Unidas (ONU). Partindo do ideal de minimização dos danos ambientais relacionados aos processos industriais e a aplicação os princípios da química verde, o presente trabalho busca prospectar atividades enzimáticas em fungos endofíticos isolados de plantas nativas do oeste paranaense para biotransformação de fármacos. Desta forma, foi realizado o isolamento de 39 fungos oriundos da árvore Cabralea canjerana e 130 da Guarea kunthiana. Os fungos isolados foram separados em grupos de acordo com as características morfológicas, e, em uma triagem inicial, para avaliar a tolerância dos fungos à exposição de fármacos, 10 das 53 morfo-espécies avaliadas apresentaram resultados acima de 20 % em pelo menos um dos 6 tratamentos, sendo assim, consideradas promissoras, 3 da C. canjerana e 7 da G. kunthiana. A identificação dos fungos promissores foi realizada por biologia molecular pelo método Sanger, utilizando a amplificação nas regiões de ITS1 e ITS4, indicando que dos 10 fungos selecionados previamente, 8 eram ascomicetos, e 2 eram do tipo basidiomicetos. Posteriormente, os isolados selecionados foram submetidos a triagem enzimática. Os resultados obtidos mostram que os isolados possuem um perfil enzimático diverso; com as cepas isoladas da C. canjerana foram melhores para atividade potencial das oxidases - Lac, MnP e LiP. Ao passo que os da G. kunthiana apresentaram um perfil mais amplo, com destaque para o isolado Colletotrichum sp. mgk_C3_9 que se mostrou ativo para a maioria dos ensaios enzimáticos, e seletivo no ensaio de lacase com o naftol, no qual oxidou apenas o 𝛽-naftol. Por fim, o fármaco ibuprofeno foi submetido à reação de biotransformação, sendo que o fungo Colletotrichum sp. mgk_C3_9 promoveu a conversão de 55,7 % do fármaco em 2-hidroxi-ibuprofeno após 96 h de reação, confirmando o potencial biocatalítico do fungo avaliado. De modo geral, os fungos investigados apresentaram resultados promissores para enzimas oxigenases e lipases. Este trabalho contribui para a prospecção de novos biocatalisadores e reforça a importância da biodiversidade microbiana regional na busca por soluções inovadoras e ambientalmente responsáveis para a indústria, contribuindo com o desenvolvimento da agenda 2030. Resumen El aumento de la población mundial y el consumo trae una serie de desequilibrios ambientales que afectan a las futuras generaciones. Con el objetivo de reducir estos daños hacia un desarrollo más sostenible, se han propuesto varias metas y buenas prácticas, por ejemplo, la Agenda 2030 de las Naciones Unidas (ONU). Partiendo del ideal de minimizar los daños ambientales relacionados con los procesos industriales y la aplicación de los princípios de la química verde, el presente trabajo busca explorar las actividades enzimáticas em hongos endofíticos aislados de plantas nativas del oeste de Paraná para la biotransformación de fármacos. Así, se aislaron 39 hongos del árbol Cabralea canjerana y 130 de Guarea kunthiana. Los hongos aislados se separaron en grupos según características morfológicas y, en un cribado inicial para evaluar la tolerancia de los hongos a la exposición de fármacos, 10 de las 53 morfo-especies evaluadas mostraron resultados por encima del 20 % en al menos uno de los 6 tratamientos, siendo consideradas prometedoras, 3 de C. canjerana y 7 de G. kunthiana. La identificación de los hongos prometedores se llevó a cabo mediante biología molecular utilizando el método Sanger, utilizando la amplificación en las regiones ITS1 e ITS4, indicando que de los 10 hongos previamente seleccionados, 8 eran ascomicetos y 2 eran basidiomicetos. Posteriormente, los aislados seleccionados fueron sometidos a cribado enzimático. Los resultados obtenidos muestran que los aislados tienen un perfil enzimático diverso; con cepas aisladas de C. canjerana siendo mejores para la actividad potencial de oxidasa - Lac, MnP y LiP. Mientras que los de G. kunthiana presentaron un perfil más amplio, con énfasis en el aislado Colletotrichum sp. mgk_C3_9 que fue activo para la mayoría de los ensayos enzimáticos y selectivo en el ensayo de lacasa com naftol, donde oxidó solo el 𝛽-naftol. Finalmente, el fármaco ibuprofeno fue sometido a una reacción de biotransformación con el hongo Colletotrichum sp. mgk_C3_9 promoviendo la conversión del 55.7 % del fármaco en 2-hidroxi-ibuprofeno después de 96 horas de reacción, confirmando el potencial biocatalítico del hongo evaluado. En general, los hongos investigados mostraron resultados prometedores para las enzimas oxidasa y lipasa. Este trabajo contribuye a la exploración de nuevos biocatalizadores y refuerza la importância de la biodiversidad microbiana regional en la búsqueda de soluciones innovadoras y ambientalmente responsables para la industria, contribuyendo al desarrollo de la agenda 2030.
Compósitos a base de poli (benzimidazol) com polímeros estirênicos e líquido iônico como eletrólito para célula a combustível de membrana trocadora de prótons
(2025-04-02) Ellakkis, Samah
O crescimento populacional e o desenvolvimento industrial das sociedades levam cada vez mais os países à dependência de fontes de energias provenientes de combustíveis fósseis. O consumo exacerbado desses recursos fósseis para a produção de energia por sua vez leva ao seu esgotamento e a alterações ambientais nefastas. Logo, a transição energética para novas fontes de energias renováveis se fez urgente e se tornam crescentes na última década. Entre as diferentes tecnologias que fazem uso de fontes de energia renovável encontram-se as células a combustível (CaC) que são dispositivos que transformam energia química em elétrica que produz como subproduto calor e água e, portanto, são consideradas ambientalmente amigáveis. As CaC do tipo membrana trocadora de prótons (PEMFC), que podem fazer uso de gás hidrogênio como combustível, consiste em uma célula galvânica formada por um ânodo e um cátodo separados por uma membrana polimérica condutora de prótons, um eletrólito. Essa membrana pode ser, usualmente, a Nafion, um fluoropolímero com excelentes propriedades de transporte, temperaturas de operação em torno de 90°C e elevado custo. Outros polímeros como os da família dos poli (benzimidazois) (PBIs) se apresentam como uma alternativa ao uso da Nafion, pois permitem operar a PEMFC em temperaturas mais elevadas, o que favorece a cinética de oxidação dos gases combustível e comburente e que permite um melhor gerenciamento da água produzida. Além disso, o PBI fosfonado ou sulfonado oferece excelentes propriedades de transporte, estabilidade mecânica e térmica e de menor custo que o da Nafion. Líquidos iônicos (LIs) são sais formados por cátions orgânicos volumosos e ânions de diferentes tamanhos e que são líquidos à temperatura inferiores a 100°C. Esses sais oferecem propriedades bastante interessantes, como por exemplo, elevada condutividade, pressão de vapor praticamente nula e ampla janela eletroquímica estável. LIs tem sido utilizados em PEMFCs de diferentes formas: a) como líquidos iônicos poliméricos (PILs) cuja porção do líquido iônico está localizada na cadeia principal do polímero eletrólito ou como b) uma blenda ou compósito junto ao polímero. No caso dos PILs, esses têm sua mobilidade iônica restringida pela própria cadeia do polímero oferecendo, então, uma menor condutividade ao eletrólito. Por outro lado, os LIs adicionados ao polímero na forma de compósitos ou blendas podem ser lixiviados do material, durante sua utilização. Estudos recentes apontam para que a preparação de compósitos de PBI com LI que contém anel imidazol em uma estrutura reticulada em forma de gaiola oferece uma melhora na condutividade do material e favorece a dopagem do polímero com o ácido fosfórico. Sendo assim esté projeto pretende preparar membranas de PBI com o copolímero(estirenodivinil-benzeno) e membranas de PBI com o terpolímero (esireno-Vinilimidazoldivinil-benzeno) incorporadas ou não com o líquido iónico 1-butil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato de potássio (BMI.BF4) em seguida pretende-se avaliar suas propriedades físico-químicas a fim de determinar aquelas com as melhores características para serem testadas na célula a combustível do tipo PEMFC. Resumen El crecimiento demográfico y el desarrollo industrial de las sociedades llevan cada vez más a los países a depender de fuentes de energía procedentes de combustibles fósiles. El consumo exacerbado de estos recursos fósiles para la producción de energía conduce a su vez a su agotamiento y a cambios ambientales dañinos. Por tanto, la transición energética hacia nuevas fuentes de energía renovables se ha vuelto urgente y ha ido en aumento en la última década. Entre las diferentes tecnologías que hacen uso de fuentes de energía renovables se encuentran las pilas de combustible (CaC), que son dispositivos que transforman la energía química en energía eléctrica que produce calor y agua como subproducto y, por tanto, se consideran amigables con el medio ambiente. El tipo (PEMFC), que puede utilizar gas hidrógeno como combustible, consta de una celda galvánica formada por un ánodo y un cátodo separados por una membrana polimérica conductora de protones, un electrolito. Esta membrana suele ser Nafion, un fluoropolímero con excelentes propiedades de transporte, temperaturas de funcionamiento de alrededor de 90°C y alto costo. Otros polímeros como los de la familia de los poli (benzimidazoles) (PBI) se presentan como una alternativa al uso de Nafion, ya que permiten que los PEMFC operen a temperaturas más altas, favoreciendo la cinética de oxidación del combustible y de los gases oxidantes y permitiendo una mejor gestión. del agua producida. Además, el PBI fosfonado o sulfonado ofrece excelentes propiedades de transporte, estabilidad mecánica y térmica y tiene un costo menor que el Nafion. Los líquidos iónicos (IL) son sales formadas por cationes y aniones orgánicos voluminosos de diferentes tamaños y que son líquidos a temperaturas inferiores a 100 °C. Estas sales ofrecen propiedades muy interesantes como una alta conductividad, una presión de vapor prácticamente nula y una amplia ventana electroquímica estable. Los IL se han utilizado en PEMFC de diferentes maneras: a) como líquidos iónicos poliméricos (PIL) cuya porción del líquido iónico se ubica en la cadena principal del polímero electrolito o como b) una mezcla o compuesto junto al polímero. En el caso de los PIL, su movilidad iónica está restringida por la propia cadena polimérica, ofreciendo así una menor conductividad al electrolito. Por otro lado, los LI añadidos al polímero en forma de compuestos o mezclas pueden lixiviarse del material durante su uso. Estudios recientes indican que la preparación de composites de PBI con LI que contiene un anillo de imidazol en una estructura reticulada en forma de jaula ofrece una mejora en la conductividad del material y favorece el dopaje del polímero con ácido fosfórico. Por lo tanto, este proyecto se propone preparar membranas de PBI con el copolímero (estireno-divinilbenceno) y membranas de PBI con el terpolímero (esireno-vinimidazol-divinilbenceno) incorporado o no con el líquido iónico BMI.BF4, luego se pretende evaluar sus propiedades físicas-químicas. con el objetivo de determinar aquellas con mejores características para ser ensayadas en la pila de combustible tipo PEMFC.
Uso de moringa oleifera no tratamento de água residuária e sedimento de lagoa de zoológico
(2024) Rubio, Fernanda
Esta pesquisa teve como foco o gerenciamento de dois resíduos distintos, sendo um deles as partes dos frutos de Moringa oleifera (moringa) e o outro os sedimentos provenientes de uma lagoa de recinto de zoológico utilizada por Tapirus terrestris (anta). A moringa, apesar de ser amplamente difundida e comercializada em todo o mundo, não foram identificados estudos relacionados à destinação de seus coprodutos por meio de estabilização aeróbia. Inicialmente foi realizada quantificação das partes do fruto de moringa, que revelou ser 77% formado de coprodutos como valvas e cascas das sementes. Os sedimentos das lagoas do zoológico são provenientes da defecação do maior mamífero da América Latina, a anta, que tem a característica peculiar de defecar na água, o que representa um grande desafio para os zoológicos, devido ao volume de material orgânico depositado nessas lagoas. O sedimento de lagoa utilizado neste estudo foi recolhido no zoológico Roberto Ribas Lange localizado no Refúgio Biológico Bela Vista na cidade de Foz do Iguaçu/PR. Duas lagoas artificiais foram selecionadas (L1 e L2), medidas e suas águas analisadas, sendo verificado que a maior carga poluidora se encontrava no fundo. A torta das sementes de moringa (MO) foi utilizada em estudo comparativo com o coagulante sintético sulfato de alumínio (SA) no tratamento da água da L1, em escala laboratorial. Os coagulantes (natural e sintético) apresentaram semelhança na diminuição dos níveis de turbidez, remoção de fósforo, nitrogênio amoniacal e material particulado, contudo, o tratamento com MO não alterou o pH do efluente e produziu um lodo passível de tratamento neutro para o ambiente. Os sedimentos da lagoa L1 foram coletados, quantificados, pré-compostado e utilizado em vermicompostagem com minhocas da espécie Eisenia foetida e partes dos frutos de moringa, avaliados em cinco condições experimentais, nas quais foram variadas as proporções de resíduos. Os vermicompostos não foram fitotóxicos e diferiram quanto à relação C/N, tiveram seus teores de P, K, Ca e condutividade elétrica aumentados durante a estabilização. O desenvolvimento das plantas da espécie Catharanthus roseus (CR) foi avaliado utilizando, além dos vermicompostos, dois compostos comerciais. Os vermicompostos proporcionaram melhor desenvolvimento de CR que os compostos comerciais, principalmente aqueles que não utilizaram a semente de moringa em sua composição. Os frutos de moringa podem ser utilizados em sua integralidade, apresentando-se viável nos tratamentos por clarificação de águas residuárias e também em processos de estabilização por vermicompostagem, sendo alternativas sustentáveis na gestão de resíduos em ambientes de proteção ambiental. Resumen Este trabajo tuvo como objetivo la valorización de dos residuos distintos, siendo ellos partes de los frutos de Moringa oleifera y sedimentos de la laguna del recinto del zoológico utilizada por Tapirus terrestris (tapir). A pesar de que la moringa sea ampliamente difundida y comercializada en todo el mundo, no se han identificado estudios relacionados con la disposición de sus coproductos mediante la estabilización aeróbica. Inicialmente se realizó la cuantificación de las partes del fruto de moringa, que reveló que el 77% de este consiste en coproductos como valvas y cáscaras de las semillas. Los sedimentos de las lagunas del zoológico provienen de la defecación del mayor mamífero de América Latina, el tapir, que tiene la característica peculiar de defecar en el agua, lo que representa un gran desafío para los que lo albergan, debido al volumen de material orgánico depositado en esas lagunas. El sedimento de laguna utilizado en este estudio fue recolectado en el zoológico Roberto Ribas Lange ubicado en el Refugio Biológico Bela Vista en la ciudad de Foz do Iguaçu/PR. Se seleccionaron dos lagunas artificiales (L1 y L2), fueron dimensionadas y sus aguas analizadas, verificándose que la mayor carga contaminante se encuentra en el fondo. La torta de semillas de moringa (TOR) se utilizó en comparación con el coagulante sintético sulfato de aluminio (SA) en el tratamiento del agua de la L1, a escala de laboratorio. Los coagulantes (natural y sintético) presentaron similitud en la disminución de los niveles de turbidez y la eliminación de fósforo, nitrógeno amoniacal y masa seca, sin embargo, el tratamiento con moringa no alteró el pH del efluente y produjo un lodo rico en nutrientes y susceptible de tratamiento neutro para el medio ambiente. Se recolectó, cuantificó, precompostó y utilizó el sedimento de la laguna L1 para estabilización por vermicompostaje utilizando lombrices Eisenia foetida, con partes de los frutos de moringa evaluadas en cinco condiciones experimentales, en las que se variaron las proporciones de residuos. Los vermicompuestos no fueron fitotóxicos y diferían en cuanto a la relación C/N, teniendo sus niveles de P, K, Ca y conductividad eléctrica aumentados durante la estabilización. Se evaluó el desarrollo de las plantas de Catharanthus roseus utilizando, además de los vermicompuestos, dos compostos comerciales. Los vermicompuestos proporcionaron mejor desarrollo de C. roseus que los compostos comerciales, siendo T2 (65% sedimento + 35% valvas de frutos) y T3 (50% sedimento + 35% valvas + 15% cáscaras de semillas) los mejores tratamientos. Los frutos de moringa pueden ser utilizados en su totalidad, siendo viables en tratamientos por clarificación de aguas residuales y también en procesos de estabilización por vermicompostaje, representando o una alternativa sostenible en el tratamento de residuos en entornos de protección ambiental.
Membrana de Poli (benzimidazol) com rede metalorgânica MIL-101 (Cr) para aplicação em célula a combustível.
(2024) Galvão, Douglas Felipe
Para atender à crescente demanda de energia elétrica tem-se utilizado principalmente os combustíveis derivados de petróleo. À medida que a disponibilidade deste insumo está diminuindo, a utilização de energias renováveis parece ser um caminho a seguir como alternativa. O desenvolvimento de novos materiais e dispositivos para a geração de energia por meio de energias renováveis, como as células a combustível de membrana trocadora de próton (PEMFC), ganha relevância. De forma geral, as PEMFCs que utilizam gás hidrogênio como combustível, geram energia emitindo como subproduto água e calor. Grande parte dos desafios da tecnologia podem ser minimizados com a utilização das PEMFCs em temperaturas mais altas, pois há maior tolerância ao envenenamento do catalisador de platina por monóxido de carbono e a possibilidade de utilização de fontes de H 2 reformado de hidrocarbonetos (metano, por exemplo). As membranas de poli (benzimidazol) (PBI) dopadas com ácido fosfórico permitem a operação da PEMFC em temperaturas elevadas (100-180 °C), havendo ainda a possibilidade de melhoria das características do PBI com a adição de compósitos à matriz polimérica. Nesse sentido, estruturas que têm ganhado relevância são as redes metalorgânicas (MOFs). As características das MOFs que têm gerado interesse estão relacionadas com a elevada área de superfície, a abundância dos locais ativos e a estabilidade térmica. A presente pesquisa teve como objetivo avaliar os efeitos da aplicação do copoli (estireno/divinil-benzeno) e da MOF MIL-101 (Cr) à matriz de membrana polimérica trocadora de prótons de PBI, utilizada como eletrólito em célula a combustível. Para isso foram preparadas membranas de PBI, com ou sem a adição do copoli (estireno/divinil-benzeno), e a MOF MIL-101 (Cr), com diferentes proporções (1, 2, 3, 5 e 10%), avaliando-se as características das membranas produzidas. As membranas confeccionadas apresentaram homogeneidade e boa maleabilidade, absorção máxima de água de 7,9±0,6% para a amostra com 1% da MOF MIL-101 (Cr) e o ângulo de contato em graus diminuiu com a adição da MOF de 83, para o PBI puro, para 62 na membrana de PBI com o copolímero e 10% de MOF. O valor máximo de absorção de PA foi de 69±8% para a membrana de PBI com 10% de MOF e de ADL foi de 2,2, para a mesma membrana, mesmo valor determinado para a membrana de PBI puro. A análise termogravimétrica demonstrou que, mesmo com a adição do copoli (estireno/divinil-benzeno) e da MOF MIL-101 ao polímero PBI, as membranas mantiveram boa estabilidade térmica. A condutividade de prótons das membranas produzidas aumentou com a elevação da temperatura (de 40 a 160 °C) e, para a membrana com 10% de MOF, a condutividade foi maior que para a membrana de PBI puro, exceto na temperatura de 120 °C. Para as membranas produzidas com PBI e o copolímero, a adição da MOF parece auxiliar no aumento da condutividade. Todas as amostras, excetuando-se a com 2% da MOF, apresentaram maior condutividade que a membrana de PBI com o copolímero e sem a MOF. Nos testes em uma célula de bancada, a amostra de PBI com 3% de MOF apresentou valor maior de condutividade que a de PBI comercial (1,27 x 10 -3 e 8,0 x 10 -4 S cm -2 , respectivamente), tendo a amostra de PBI com 1% de MOF exibido o valor mais baixo de condutividade (3,3x 10 -4 S cm -2 ). Os valores de OCP encontrados foram de 0,93 V, 0,71 V e 0,63 V, para as membranas com 3% de MOF, 1% de MOF e com o copolímero e 3% de MOF, respectivamente. Os resultados obtidos demonstram que as membranas produzidas têm boas possibilidades de uso em PEMFCs.
Potencialidades dos resíduos agroindustriais para geração de energia por meio de briquetes de serragem e óleo de frango.
(2024) Imberti, Rodrigo Mazolini
Diante da necessidade de explorar resíduos com potencial energético para a produção de briquetes, foca-se na utilização de serragem e pó de serra de Pinus elliottii (PE) e Eucalyptus grandis (EG), abundantes nas serrarias do oeste do Paraná. Essa abordagem também inclui a incorporação de óleo visceral de frango (OVF), provenientes de indústrias de processamento avícola, e óleo de frango assado (OFA), coletado em fornos rotativos de estabelecimentos alimentícios. O objetivo é avaliar a viabilidade destes materiais na produção de briquetes como um combustível sólido sustentável, visando contribuir para a economia circular sem pretender substituir integralmente os combustíveis fósseis. O OFA é frequentemente descartado inadequadamente, enquanto parte é utilizada para fabricação de sabão artesanal. O OVF é destinado à produção de ração animal, alguns alimentos e biodiesel e apenas uma pequena parte é desperdiçada. O processo de produção dos briquetes engloba a separação granulométrica das serragens e a decantação dos óleos de frango, utilizando o sobrenadante. Foram realizados 27 experimentos baseados no design composto central (CCD), com repetição de dois pontos centrais e aplicação da técnica da árvore de estados com regras heurísticas, visando identificar o fluxograma ótimo e os vizinhos estruturais. As misturas resultantes foram moldadas em briquetes de 40 g sob uma carga de 12.000 kgf (~60 MPa) por 3 min. Após a desmoldagem, os briquetes foram pesados, medidos e armazenados adequadamente. Os resultados indicaram que o teor de óleo nos briquetes deve ser inferior a 15% para evitar perda por exsudação durante a prensagem. Quanto às serragens, foram feitas a classificação granulométrica e análise imediata. As matérias-primas e os briquetes foram submetidos à determinação da massa específica (ρ) e do poder calorífico superior (PCS). A análise termogravimétrica (TGA) permitiu determinar as faixas de degradação térmica e avaliar o resíduo de cinzas. Nos ensaios de resistência mecânica, não foram observadas diferenças significativas entre os briquetes. Determinou-se a densidade energética (DE), foi feita a análise da vida útil e custos dos briquetes, no qual contatou-se que é economicamente viável evitar o uso do OVF. Os óleos de frango mostraram potencial como ligantes nos briquetes e contribuíram para aumentar o PCS. O tipo de serragem e o tamanho das partículas tiveram impacto mínimo nos resultados. O experimento 9 foi identificado como ótimo, dentre os 27, correspondendo ao fluxograma da árvore de estados [0262] com 21,25% EG, 63,75% PE, 3,75% OVF e 11,25% OFA em massa. Vizinhos estruturais foram identificados com base nesta composição, totalizando 10, sendo 4 variando a composição entre as serragens, 5 variando as granulometrias possíveis e 1 variando o tipo de óleo para 100% de OFA. O desempenho na combustão dos briquetes mostrou-se adequado e apresenta-se como uma alternativa promissora e atendeu 5 objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) que são o 7, 9, 12, 13 e 15 das nações unidas.
Reuso do calcário dolomítico saturado com nutrientes como corretivo e fertilizante em solos agrícolas e seu impacto no desempenho agronômico do feijão.
(2024) Legal, Lisa Eliana Samudio
As iniciativas de economia circular visam reduzir o uso de recursos, valorizar subprodutos e reaproveitar resíduos com pensamento não linear. Ao mesmo tempo, reduz as emissões de gases de efeito estufa e pode, portanto, ser utilizado para combater as mudanças climáticas. Por meio da abordagem da economia circular, pretende-se melhorar a fertilidade química do solo, valorizando os resíduos gerados durante o processo de adsorção, recuperando-os e reutilizando-os. Por esse motivo, no presente estudo avaliou-se o reuso do calcário dolomítico saturado com nutrientes adsorvidos do efluente hidropônico como corretivo e fertilizante em solos agrícolas e seu impacto no desempenho agronômico do feijão. Para isso foi utilizado um delineamento experimental completamente casualizado, onde foram aplicados 4 tratamentos com 5 repetições, totalizando 20 unidades experimentais para cada tipo de solo. A caracterização do calcário dolomítico foi realizada antes e após a saturação com nutrientes do efluente. As propriedades dos solos arenosos e argilosos foram estudadas após correção com calcário dolomítico saturado, em comparação com calcário dolomítico in natura e calcário dolomítico granulado durante o período de incubação de 30, 60 e 90 dias. Os parâmetros de desempenho agronômico do feijão também foram avaliados para verificar a disponibilidade de nutrientes para a planta e, além disso, foi caracterizado o tecido vegetal para verificar a absorção de nutrientes no grão do feijão. Após a colheita da cultura, foram analisadas as propriedades químicas do solo, para avaliar o comportamento de suas propriedades ao final dos estudos. Os resultados dos ensaios de adsorção indicaram que o calcário dolomítico retém fósforo, manganês, cálcio e zinco. A composição elementar do calcário dolomítico é: C, O, Mg, Ca e Si. No calcário dolomítico in natura foi observado a presença majoritária de carbonatos de cálcio e magnésio; após o processo de adsorção, foi observado aumento de grupos carbonatos, devido à adsorção do cálcio do efluente hidropônico. O teor de cálcio aumentou de 37,84% (calcário dolomítico in natura) para 38,74% (calcário dolomítico saturado), enquanto o poder de neutralização acrescentou de 97,59% a 99,92%. O calcário dolomítico saturado possui boa afinidade com solos arenosos e argilosos, destacando sua qualidade de melhorar as propriedades químicas do solo, aumentando os níveis de pH, cálcio, magnésio e fósforo, além de reduzir completamente os teores de alumínio; fazendo com que a cultura tenha bom desenvolvimento, considerando os resultados obtidos para os parâmetros de desempenho agronômico e os teores de nutrientes encontrados no feijão, principalmente de fósforo. Além disso, os níveis de pH, cálcio e fósforo nos solos continuaram a melhorar após a colheita do feijão. Tudo isso indica que o calcário dolomítico é um bom adsorvente de nutrientes e uma vez saturado, pode ser reutilizado para manter a fertilidade do solo, sendo uma alternativa promissora no cultivo do feijão.
Estratégias de monitoramento de poluentes em rios: caso do Arroio Dourado.
(2024) Silva, Silvia Sônia da
Monitorar a qualidade da água dos rios é vital, especialmente quando suas águas são usadas para consumo ou descarte de esgoto. Em 1992, o "Lixão Arroio Dourado" que margeava o Arroio Dourado, afluente do manancial de abastecimento de Foz do Iguaçu - Rio Tamanduá - foi desativado. Tal proximidade levantara questionamentos sobre a influência do lixão na qualidade da água do Arroio. Este estudo buscou responder a esses questionamentos, utilizando diversas estratégias para o monitoramento da qualidade da água. Na primeira estratégia, o estudo incluiu monitoramento hidrológico, caracterização da bacia hidrográfica e análise estatística de variáveis ambientais, incluindo íons, glifosato, ácido aminometilfosfônico (AMPA) e parâmetros físico-químicos. Essa abordagem permitiu uma compreensão mais profunda da amostragem ideal e da relação dos poluentes com o uso e ocupação da bacia hidrográfica. Utilizou-se técnicas como análise de agrupamento (Cluster) e correlação de Spearman (rs). Formaram-se clusters entre as nascentes, no ponto a montante do lixão e nos pontos a jusante do lixão e exutório (p=0,8629). Os meses recomendados para amostragem foram fevereiro, maio, julho, setembro e novembro (p=0,8971). Os valores permitidos foram ultrapassados nas legislações brasileiras e/ou europeias para águas superficiais nos íons nitrato e fosfato, glifosato e AMPA. As correlações evidenciaram vínculos entre poluentes provenientes da atividade agrícola. Na segunda estratégia para monitoramento de rios desenvolveu-se ferramenta de baixo custo, incluindo aplicativo (AQUA), caixa de imagens e kit colorimétrico. Possibilitou diferenciação espacial nos teores de amônia, ortofosfato, ferro e nitrito em rios urbanos, como o Arroio Dourado. O mapa georreferenciado conseguiu indicar poluição na água em cenários comunitários em tempo real. Na terceira estratégia, examinou-se 492 parâmetros de qualidade hídrica, incluindo contaminantes emergentes. Realizou-se a caracterização do risco por meio do Quociente de Perigo (HQ), onde o índice de perigo (HI) foi determinado pela soma dos contaminantes em estudo. Avaliou-se o risco excessivo de incidência de câncer (ELCR) por meio da exposição aos elementos cancerígenos, sendo encontrados alumínio, ferro, níquel, manganês, selênio e coliformes termotolerantes em desconformidade com as legislações analisadas. O selênio apresentou HQ>1. O HI também apresentou valor superior a 1 devido à maior concentração de selênio. Os resultados de ELCR foram inferiores aos riscos de câncer atrazina e chumbo e superior para o arsênio. Foram detectados compostos emergentes como atrazina, simazina e ciproconazol, de origem agrícola, além de hidrocarboneto policíclico aromático. Conclui-se que, ao contrário da atividade agrícola, a presença do lixão desativado na paisagem não foi determinante na distribuição dos poluentes na água do rio. Considerando os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), especialmente o ODS 6 – Água potável e Saneamento – que instrui a apoiar e fortalecer a participação das comunidades locais como aprimoramento da gestão hídrica, este estudo contribuiu ao monitorar o Arroio Dourado e desenvolver uma ferramenta para a vigilância ambiental participativa.
Dimensões perceptivas sobre sustentabilidade no contexto acadêmico: uma análise multicasos em cursos de administração de Foz do Iguaçu – PR.
(2024) Lacerda, Aline Cristiane Rocha
Esta pesquisa visa ampliar os debates sobre educação para a sustentabilidade, ao analisar, com base em estudos sobre o tema e investigações sobre aprendizagem social e organizacional, como os Cursos de Administração de três Instituições de Ensino Superior (IES) em Foz do Iguaçu integram a sustentabilidade em seus currículos. Trata-se de uma pesquisa qualitativa, do tipo exploratória e descritiva, que estabeleceu como estratégia de pesquisa a abordagem multicascos. Nas etapas de coleta e análise de dados foram utilizados métodos qualitativos. A pesquisa foi realizada em três IES, duas de caráter particular e uma pública, especificamente, nos Cursos de Administração de Empresas. A entrevista semiestruturada, com coordenadores, professores, e a entrevista em grupo, com os acadêmicos foram as principais técnicas de coleta de dados, complementadas por análises nos documentos oficiais das instituições. Os resultados revelaram que as IES analisadas têm se organizado para trabalhar a temática de sustentabilidade, embora o tema não seja evidenciado nos objetivos e no foco dos cursos. As disciplinas que envolvem o tema estão se desenvolvendo nos cursos e os professores têm trabalhado a sustentabilidade, baseando-se, na maior parte das vezes, em suas vivências sociais dentro e fora do âmbito acadêmico, mas sem considerar a perspectiva interdisciplinar que o tema requer, ou seja, o tratamento do tema é fragmentado e individualizado. Apesar de utilizarem diferentes estratégias de ensino, o que pode representar um modelo de ensino mais condizente com a educação para a sustentabilidade, é possível afirmar, a partir dos resultados obtidos, que, em algumas situações, os professores posicionam-se no sentido de adaptar a temática ao modelo tradicional de ensino em Administração. Empregam métodos convencionais de avaliação, incluindo provas, trabalhos e observações dos alunos em atividades. Nos três casos estudados, observou-se receptividade ao tema, com as IES oferecendo recursos e suporte para o fortalecimento da temática, como bibliotecas físicas e virtuais, parcerias com associações, eventos, palestras, campanhas, mostras científicas, entre outros. Mesmo com o ensino fragmentado, os resultados revelaram que as atividades acadêmicas têm tornado os acadêmicos mais conscientes e interessados em contribuir com a sociedade. Tendo como maior desafio a resistência em aprender sobre sustentabilidade. Os processos de aprendizagem social envolvendo a sustentabilidade mais mencionados pelos coordenadores e professores foram: aprendizado a partir da investigação e da reflexão; aprendizado a partir do compartilhamento de ideias e experiências na instituição e o aprendizado a partir da experiência, na prática. O significado do conceito de sustentabilidade mais evidenciado pelos acadêmicos foi que sustentabilidade é pensar nas gerações futuras. Em síntese, a análise dos resultados das três IES indica que suas diversas abordagens, quando compartilhadas, podem complementar-se mutuamente, contribuindo para a reorientação e o fortalecimento do tema da sustentabilidade nos cursos de Administração. Ademais, visando contribuir com a transposição do discurso da sustentabilidade para a prática, especialmente, nos currículos dos Cursos de Administração, um modelo de educação sustentável denominado SEARA foi proposto.
Automação e otimização da produção de cerveja artesanal para a prospecção de técnicas sustentáveis
(2023) Benacchio, Alcione
Para atender a um amplo mercado consumidor, a indústria cervejeira utiliza grandes plantas automatizadas. Isso permite produzir cervejas de forma otimizada, garantindo repetibilidade na obtenção de um produto com características consistentes e minimização dos custos. Por outro lado, microcervejarias possuem processos predominantemente manuais, priorizando a elaboração de produtos diferenciados e maior valor agregado, para um público mais restrito. A produção de cervejas diferenciadas e que eventualmente podem utilizar matérias-primas locais demandam experimentos que avaliem a sua viabilidade. Nesse contexto experimental, reproduzir os métodos das microcervejarias torna-se desafiador devido à escala de produção e os equipamentos disponíveis. Esse aspecto é amplificado ao considerar que a produção sustentável se tornou ponto central no processo produtivo. Em relação ao consumo de água e energia, as grandes cervejarias têm processos automatizados e eficientes para coleta de dados, enquanto microcervejarias e ambientes experimentais tendem a operar manualmente, o que dificulta a obtenção desses dados. Por isso, o monitoramento automatizado e rigoroso dos recursos é uma ferramenta importante para cervejeiros artesanais e pesquisadores. O controle da temperatura em fases como a mosturação e fervura, assim como o registro do consumo de água e energia, são frequentemente baseados em estimativas, dada a falta de técnicas de medição integradas e precisas. Para atender a essa demanda, foi implementado um protótipo para produção de cerveja em escala de bancada, que realiza a coleta, monitoria e armazenamento de dados produtivos, consumo de água e energia. Suas operações são executadas através de um módulo de interpretação de instruções que possibilita ao pesquisador parametrizar os experimentos de acordo com sua finalidade. O protótipo consiste em três componentes principais: uma planta para aquecimento e processamento do mosto cervejeiro; um módulo de controle que gerencia a recepção de dados de sensores; e um módulo de acionamento para automatização das operações. O software envia as instruções programáveis parametrizadas para realizar as operações, e os dados coletados são transmitidos e armazenados na nuvem. Utilizando o protótipo e a metodologia de superfície de resposta em um planejamento experimental de 23, com 4 pontos centrais e 6 pontos axiais, foram obtidos os dados de consumo energético, gravidade original e produtividade. Após a realização da análise experimental, foram aplicadas funções de desejabilidade para determinar uma resposta única para a otimização. Os testes com o protótipo mostraram variabilidade experimental com relação a gravidade original de 0,2%, com uma margem de erro de 0,1%. Para otimização utilizando múltiplas variáveis de resposta (kWh, gravidade original e produtividade), o modelo preditivo construído utilizando as funções de desejabilidade determinou um ponto de otimização, validado por experimentos posteriores que apresentaram uma variação inferior a 5%. Portanto, os testes com o protótipo confirmaram sua capacidade de executar tarefas programadas, orientar o experimento e coletar dados precisos. Adicionalmente, os resultados obtidos através do planejamento experimental evidenciaram o potencial de otimização da produção de cerveja em escala reduzida, conciliando produtividade e sustentabilidade. Posteriormente, outros planejamentos experimentais serão realizados através do protótipo, o que irá ampliar a base de conhecimento e possibilitar novas análises.
Estudo sobre Produção de Biogás a partir dos Dejetos de um Módulo fe Aquaponia e Automação do Biodogestor
(2023) Nieradka, Itamar
No Instituto Federal do Paraná, campus Foz do Iguaçu, os cursos de Desenvolvimento de Sistemas e Aquicultura trabalham no projeto de automação da aquaponia, um sistema de cultivo de plantas integrado com a criação de peixes, com objetivo de reduzir a complexidade de gestão utilizando um sistema que permita acesso a informações úteis à tomada de decisão. A estrutura existente conta com um módulo de aquaponia com capacidade para 50 a 80 peixes tilápia e com produção de 40 pés de alface. O descarte dos dejetos provenientes da piscicultura é considerado fonte de poluição do ambiente. Dessa maneira, a geração de biogás a partir dos dejetos da produção de peixe, é uma alternativa sustentável à produção, bem como ecológica. Com a automação espera-se facilitar o acompanhamento da produção de biogás observando os valores referentes a temperatura, pressão e pH obtidos a partir de sensores instalados no biodigestor. Além da produção de biogás, este projeto visa colaborar com a preservação do meio ambiente e com o processo sustentável de produção de peixes e hortaliças, além de se tornar uma maneira ecológica para produção de energia. Além do descarte ecologicamente correto, um dos objetivos específicos deste projeto é de avaliar a possibilidade de autossustentação do sistema. Para esta avaliação foi necessário estimar a produção de biogás e calcular a demanda energética do sistema. A partir de análise dos resíduos, foi estimada uma produção de cerca de 0,08 a 0,09 Nm3 de biogás por dia e a demanda energética do sistema composta por bomba d’água e modulo de automação é de 8,8kWh.
Codigestão Anaeróbia de Resíduos Alimentares com Aparas de Grama Submetida à Hidrólise Alcalina com NaOH
(2023) Gueri, Matheus Vitor Diniz
O crescente aumento na geração de RSU no Brasil tem gerado uma necessidade urgente por soluções sustentáveis que minimizem os impactos ambientais e de saúde pública. A composição do RSU é bastante heterogênea, a fração orgânica (resíduos alimentares, resíduos verdes, entre outros) corresponde, em média, a 50% do peso total e pode ser reaproveitada em diferentes rotas tecnológicas, com destaque às alternativas de conversão de resíduos orgânicos em energia limpa, como a digestão anaeróbia. Nesse sentido, o presente estudo buscou identificar o potencial de geração de metano a partir da codigestão anaeróbia de resíduos alimentares com aparas de grama como alternativa de destinação final. A lignocelulose presente nas aparas de grama é resistente às ações microbiológicas e enzimáticas, portanto, foram submetidas à hidrólise alcalina com NaOH (wet state). O experimento ocorreu em duas etapas sequenciais: EXP 1 e EXP 2. Na primeira, foram aplicados 1, 3 e 5% de NaOH com tempo de contato fixo em 12 horas e na segunda fixou-se 3% de NaOH e variou-se o tempo de contato de 12, 24 e 48h. Os ensaios de produção bioquímica de metano (PBM) seguiram as recomendações da norma alemã VDI 4630 (2006) com adaptação na mensura do gás produzido, que foi obtida pelo método manométrico, durante 30 dias sob temperatura mesofílica constante (37ºC ± 1). Os parâmetros pH, FOS/TAC, ST, SV, STV, DQO, NTK, COT, carboidratos, celulose, hemicelulose e lignina foram avaliados. As amostras foram formuladas com proporção entre inóculo:substrato ≤ 0,5 e entre o substrato:cosubstrato = 1:1. Os resultados mostram que a codigestão de resíduo alimentar com aparas de grama é vantajosa, dado ao balanceamento de nutrientes, expresso pela relação C:N que foi de 25 nas amostras de codigestão (COD). A maior geração de biogás no EXP 1 foi da amostra COD-3%, igual a 418,70 LN.kgSV-1, correspondente a uma produção 23% maior se comparado ao COD-0% (sem pré-tratamento). No EXP 2, a amostra COD-12h apresentou os melhores resultados, em termos de produção de metano e redução do tempo necessário para produção de 90% do volume total de biogás. O pré-tratamento alcalino das aparas de grama se mostrou eficiente, principalmente com 3% de NaOH durante 12 horas, dado o incremento no PBM de 59,50% e redução de 40,95% no teor de lignina, ficou evidente o aprimoramento na digestibilidade das amostras de codigestão de resíduo alimentar com aparas de grama pré-tratadas com NaOH, em todas as configurações. Foi possível concluir que as aparas de grama submetidas ao pré-tratamento com 3% de NaOH durante 12 horas são recomendadas como cosubstrato com resíduos alimentares, em função do aprimoramento verificado na geração de metano.
Indicadores Estratégicos para Destinos Turísticos Inteligentes: Modelo Destino Turístico Inteligente para o Brasil (Modelo DTI-BR)
(2023) Bussador, Alessandra
Com a maior concentração de pessoas e serviços nos centros urbanos, observa-se a intensificação de problemas relacionados à mobilidade, acessibilidade, moradia, acesso à infraestrutura urbana, segurança, lazer, turismo, saneamento básico e sustentabilidade. Em resposta à necessidade de eficiência e sustentabilidade nesses centros urbanos, no século XXI, surgiu uma tendência de desenvolvimento e gestão urbana em que há integração das Tecnologias de Informação e Comunicação para otimizar e auxiliar na tomada de decisões na gestão dos serviços públicos. Como as Cidades Inteligentes (CI) integram o sistema social, físico e digital, elas permitem um modelo de gestão governamental participativo. Destinos turísticos, que incluem indicadores de CI à sustentabilidade e tecnologia nas fases da cadeia de valor do turismo como estratégia, criam um desenvolvimento sustentável baseado nas limitações e capacidades locais, além de potencializar a inserção da tecnologia em toda a relação de valor do destino turístico. Nesse contexto, esta tese apresenta um conjunto de indicadores para Destinos Turísticos Inteligentes (DTI) brasileiros para auxiliar na definição de metas de longo prazo, a partir da análise dos indicadores de DTI definidos pela Sociedad Mercantil Estatal para la Gestión de la Innovación y las Tecnologías Turísticas (SEGITTUR) e das normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas de Cidades Inteligentes e Resilientes, aplicando como técnica de análise o Método Analytic Hierarchy Process (AHP). Como resultado, foram definidos 134 indicadores, compostos por 53,7% de indicadores de Destinos Turísticos Inteligentes, 48,5% de indicadores da norma brasileira de Cidades Inteligentes e 12,7% da norma brasileira de Cidades Resilientes. Estes indicadores foram distribuídos em seis critérios e 12 subcritérios: Pessoas (População e Educação, e Inovação); Governança (Governança e Planejamento Urbano); Qualidade de Vida (Serviços Públicos e Sociais, e Sistemas de Informação); Economia (Economia e Finanças, Turismo Inteligente e Marketing On-line); Ambiente Sustentável (Sustentabilidade); e Mobilidade (Transporte e Acessibilidade, e Telecomunicações e Sensoriamento). O Modelo DTI-BR auxilia na transformação dos destinos turísticos, adaptando os indicadores internacionais de DTI (SEGITTUR) para a realidade brasileira utilizando as normas ABNT relacionadas aos temas de cidades inteligentes e resilientes. A cidade de Foz do Iguaçu, utilizada como estudo de caso neste trabalho, é um destino turístico que está iniciando um planejamento municipal direcionado à temática proposta, assim como políticas públicas que dispõem de indicadores em uma concepção de DTI. A aplicação do modelo em Foz do Iguaçu mostrou que o município precisa melhorar seus indicadores para ser considerado um Destino Turístico Inteligente, pois somente o critério Economia atendeu a mais de 50% dos indicadores.
Método Híbrido de Predição da Irradiância Solar com Processamento de Imagens e Inteligência Artificial Aplicável a Geração de Energia Solar Fotovoltaica
(2022) Maciel, Joylan Nunes
Existe a necessidade de suprir o aumento do consumo de energia elétrica que vem ocorrendo ao longo dos anos. No Brasil, uma das mais promissoras fontes de energia considerada renovável e utilizada como solução é a energia solar fotovoltaica. No entanto, a energia solar fotovoltaica possui peculiaridades intrínsecas, e não controláveis, que causam intermitências na sua geração. Isto se deve a fatores climáticos, tais como os ventos, as nuvens, a temperatura, a intensidade e a duração da irradiância solar, entre outras peculiaridades. Portanto, torna-se benéfico e relevante a existência de soluções para a predição da geração de energia solar fotovoltaica, possibilitando o aumento da segurança na geração e distribuição da energia elétrica com base na previsão das intermitências decorrentes do processo de geração. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de um Método Híbrido de Predição (MHP) da irradiância solar aplicável a Predição da Geração de Energia Solar Fotovoltaica (PGESF) de curto prazo. A abordagem de execução híbrida do MHP emprega um conjunto de técnicas de Processamento de Imagens (PI), para extração de características do céu, e um modelo de predição baseado em Aprendizado de Máquina (Machine Learning). A análise experimental do MHP, realizada em diversos horizontes de predição de curto prazo (1, 5, 10, 15, 30 e 60 minutos), demonstrou que a abordagem proposta proporciona acurácia média de predição superior ao modelo de referência (Persistence) em 17,45% para todos os horizontes. Outro ponto de destaque, a acurácia de predição do MHP com o modelo de Aprendizado de Máquina baseado em rede neural artificial MultiLayer Perceptron (MLP) é similar ou supera, nos horizontes avaliados, as acurácias de diversos estudos da literatura científica que empregam imagens all-sky e utilizam PI, inclusive com métodos mais robustos de Aprendizado de Máquina Profundo (Deep Learning). Além disso, o uso do conjunto das métricas de PI do MHP proposto, possibilitou predições com maior acurácia (28% a 44%) em relação ao uso de informações meteorológicas nos modelos de aprendizado de máquina avaliados. Por ser um modelo de predição do tipo caixa-cinza, o MHP pode ser otimizado em relação ao uso de novas métricas de PI e a determinados horizontes de predição. Por fim, destaca-se que o MHP proposto contempla uma nova abordagem de execução híbrida, com extração explícita de um conjunto de características das imagens all-sky, que se mostrou viável com resultados satisfatórios, demonstrando um novo caminho em futuros estudos na PGESF.
Potencial de Geração de Biogás na Codigestão de Dejeto Bovino e Hydrilla Verticillata Diluídos em Lactossoro
(2022) Vasquez Arango, Valentina
Considerando o problema de geração de resíduos e produção de energia devido ao descarte e tratamento incorretos de resíduos de laticínios, bem como os efeitos nocivos gerados por grandes massas de Hydrilla verticillata em corpos fluviais, avalia-se o potencial de produção de biogás em um processo de digestão anaeróbia de dejetos bovinos, soro de leite e macrófitaH. verticillata, que permitirá a redução dos impactos ambientais gerados na pecuária leiteira. Um teste de potencial metanogênico foi desenvolvido nas condições estipuladas pela norma VDI 4630 com triplicatas de amostras de (i) inócuo, (ii) lactossoro, (iii) esterco bovino, (iv) H. verticillata, (v) codigestão de macrófitas com esterco e (vi) codigestão de macrófitas, esterco e lactossoro. Os resultados obtidos indicam que substituição da água ou solução tampão, pelo soro no processo codigestivo de esterco bovino e a macrófita, mostraram um aumento na produção de biogás de 43,06 mL a 102,89 por grama de sólidos voláteis, mais de um 100% de incremento. Assim, este trabalho sem precedentes, relacionado ao processo codigestivo de estes três substratos, mostra alta viabilidade para o seu aproveitamento energético, diminuição no impacto dos dejetos de lacticínios e um tratamento adequado para as macrófitas invasoras do lago de Itaipu.
Produção e Potencial do Biogás gerado doBagaço de Malte e Efluentes da Indústria Cervejeira
(2022) Lins, Leonardo Pereira; Orientador
A geração de resíduos tem acompanhado o aumento do consumo energético, independentemente do tipo de fontes de energia utilizada. Esses resíduos, principalmente os orgânicos, se não tratados adequadamente, podem causar problemas ambientais. Contudo, há um sistema de tratamento que possibilita tanto a redução da carga orgânica como o uso energético desses resíduos. Trata-se da digestão anaeróbia, que resulta na produção de dois produtos, o biogás e o digestato. O biogás é um gás que possui em sua composição o metano e o dióxido de carbono, além de traços de outros gases como sulfeto de hidrogênio e oxigênio e também umidade. Por conter metano, o biogás acaba tendo um potencial energético, sendo possível a geração de energia elétrica, térmica e biometano. Diante da possiblidade do aproveitamento energético de resíduos orgânicos, verificou-se a oportunidade do uso dos resíduos que são gerados no processo da fabricação das cervejas e que podem ser matérias-primas para produção de biogás, e, consequentemente, ter sua utilização para geração de energia, retornando-a para indústria, como forma de calor, eletricidade, combustível veicular ou na produção de insumos, como o dióxido de carbono, por exemplo. Desta forma, por meio do ensaio de potencial metanogênico bioquímico (PBM), que apresenta o potencial teórico para produção de biogás e metano de um determinado material, trabalhou-se com amostras de bagaço de malte e efluentes líquidos da cervejaria, além da mistura dessas duas amostras para avaliação do potencial energético. Dentre as amostras analisadas, a amostra de bagaço de malte (BM-C) demonstrou capacidade de produção aproximada de 141 m3 de biogás e 75 m3 de metano para cada tonelada de substrato. Tais resultados proporcionam potenciais enérgico de 340 kWh t-1 de substrato para energia elétrica, 728 kWh t-1 de substrato para energia térmica, 88 m3 t-1 de substrato de biometano e 32 m3CO2 t-1 de substrato que podem ser recuperados pelo processo de purificação do biometano. Baseando-se nesses resultados, foi possível aplicá-los em uma unidade industrial real, que fabrica a cerveja e que, atualmente, não faz uso energético dos resíduos. Observou-se também que a aplicação do conceito de digestão anaeróbia e uso energético do biogás, auxilia no atendimento de várias questões sociais, ambientais e econômicas que estão descritas nos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Organização das Nações Unidas (ONU). Por fim, podemos concluir que os resíduos que foram avaliados possuem potencial para produção de biogás e metano e que devem ser aproveitados energeticamente, assegurando uma energia mais sustentável, redução nos usos de fontes fosseis e auxiliando na descarbonização.

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