Fuel consumption by agricultural machinery: a review of pollutant emission control technologies / Consumo de combustível por máquinas agrícolas: uma revisão das tecnologias de controle de emissão de poluentes

ABSTRACT: Most energy used to operate agricultural machines in the field is generated from fossil fuel combustion. The combustion process emits atmospheric pollutants, increasing the emission of greenhouse gases (GHGs). In this context, this review is to discuss technologies for mitigating diesel engine GHG emissions to advance sustainable development in the agricultural machinery sector. This paper presents strategies and technologies widely adopted by agricultural machinery manufacturers in controlling pollutant emissions during fuel combustion. The findings of this study encompass sustainable alternative technologies, such as selective catalytic reduction, exhaust gas recirculation, diesel particulate filter, and fuels. This study helps reveal the environmental impact of agricultural field operations that generate GHG emissions.

RESUMO: Grande parte da energia utilizada para o funcionamento das máquinas agrícolas em suas operações no campo ainda é resultante da combustão de combustíveis fósseis. O processo de combustão provoca a emissão de poluentes atmosféricos que contribuem para o aumento dos Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste contexto, esta revisão tem como objetivo descrever as tecnologias que contribuem para mitigar as emissões de GEE pelos motores de ciclo Diesel, a fim de contribuir para a compreensão e o desenvolvimento da sustentabilidade no setor de máquinas agrícolas. São apresentadas as estratégias e tecnologias que comumente estão sendo adotadas pelos fabricantes de máquinas agrícolas para o controle das emissões de poluentes, durante o processo de combustão do combustível. Os achados do estudo apresentam as alternativas tecnológicas sustentáveis como a Selective Catalytic Reduction, Exhaust Gas Recirculation, Diesel Particulate Filter, e sobre o uso de combustíveis alternativos. Ainda, contribui para o entendimento do impacto ambiental das operações agrícolas em campo, que provocam as emissões de GEE.

Fuel consumption by agricultural machinery: a review of pollutant emission control technologies / Consumo de combustível por máquinas agrícolas: uma revisão das tecnologias de controle de emissão de poluentes

Most energy used to operate agricultural machines in the field is generated from fossil fuel combustion. The combustion process emits atmospheric pollutants, increasing the emission of greenhouse gases (GHGs). In this context, this review is to discuss technologies for mitigating diesel engine GHG emissions to advance sustainable development in the agricultural machinery sector. This paper presents strategies and technologies widely adopted by agricultural machinery manufacturers in controlling pollutant emissions during fuel combustion. The findings of this study encompass sustainable alternative technologies, such as selective catalytic reduction, exhaust gas recirculation, diesel particulate filter, and fuels. This study helps reveal the environmental impact of agricultural field operations that generate GHG emissions.

Grande parte da energia utilizada para o funcionamento das máquinas agrícolas em suas operações no campo ainda é resultante da combustão de combustíveis fósseis. O processo de combustão provoca a emissão de poluentes atmosféricos que contribuem para o aumento dos Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste contexto, esta revisão tem como objetivo descrever as tecnologias que contribuem para mitigar as emissões de GEE pelos motores de ciclo Diesel, a fim de contribuir para a compreensão e o desenvolvimento da sustentabilidade no setor de máquinas agrícolas. São apresentadas as estratégias e tecnologias que comumente estão sendo adotadas pelos fabricantes de máquinas agrícolas para o controle das emissões de poluentes, durante o processo de combustão do combustível. Os achados do estudo apresentam as alternativas tecnológicas sustentáveis como a Selective Catalytic Reduction, Exhaust Gas Recirculation, Diesel Particulate Filter, e sobre o uso de combustíveis alternativos. Ainda, contribui para o entendimento do impacto ambiental das operações agrícolas em campo, que provocam as emissões de GEE.

Warm-up time and number of tests for performance evaluation of a Diesel cycle engine / Tempo de aquecimento e número de ensaios para avaliação do desempenho de um motor de ciclo Diesel

This research determined the engine warm-up time and the number of tests that must be carried out to obtain the performance parameters of a Diesel cycle engine. To this end, an agricultural tractor coupled to an eddy current dynamometer via a power take-off was used. Pure biodiesel (B100) was used as the fuel, and the hourly consumption was determined by means of a flowmeter. Data regarding torque, power, and hourly and specific fuel consumption was collected and analyzed at three engine warm-up times (20, 60, and 100 min). To determine the number of tests, 18 dynamometric tests were carried out to verify which of those presented the smallest experimental error, through the smallest coefficient of variation. No difference was observed in relation to the warm-up time for the analyzed variables, with a time of 20 min being enough to start the engine performance evaluations. In total, four trials were sufficient to assess engine performance and reduce experimental error.

Este trabalho teve como objetivo determinar o tempo de aquecimento do motor e o número de ensaios que deve ser realizado para aquisição dos parâmetros de desempenho de um motor de ciclo Diesel. Foi utilizado um trator agrícola acoplado via tomada de potência a um dinamômetro de correntes parasitas. Como combustível, foi utilizado biodiesel puro (B100) e determinado o consumo horário por meio da utilização de um fluxômetro. Foram coletados e analisados os dados de torque, potência, consumo horário e específico de combustível, em três tempos de aquecimento do motor (20, 60 e 100 minutos). Para a determinação do número de ensaios, foram realizados 18 ensaios dinamométricos e verificado em quantos ocorre o menor erro experimental, por meio do menor coeficiente de variação. Pode-se observar que, não houve diferença com relação ao tempo de aquecimento para as variáveis analisadas, sendo que o tempo de 20 minutos foi suficiente para iniciar as avaliações de desempenho do motor; e o número de quatro ensaios representando serem suficientes para avaliar o desempenho do motor e reduzir o erro experimental.

Particulate emissions in an engine fueled with biodiesel/diesel blends at different fuel injection system configurations / Emissões de particulados em um motor alimentado com misturas biodiesel/diesel e sob diferentes configurações do sistema de injeção de combustível

The present study aimed to evaluate the particulate emissions in a Diesel engine with an electronic injection system using different biodiesel blends and variations in the fuel injection point and volume, comparing it with the MAR-1 standard. The particulate emissions are analyzed using a two-factor (12×8) completely randomized design that resulted from the interaction of three biodiesel/Diesel blends, two injection point configurations, two fuel injection volumes and eight crankshaft speeds, with 30 repetitions. According to the results, the particulate emissions meet the requirements established by the MAR-I standard when the engine operates at the original factory settings, fueled with blends containing up to 30% of biodiesel. With the engine angular speed at maximum torque (1,500 rpm), the injection point advanced and the increase in fuel volume, the particulate emissions increased by 115% and 314% for the 10 and 30% biodiesel blends, respectively, regarding the engine operating with the original settings.

Este trabalho teve como objetivo avaliar e comparar com a norma MAR-I as emissões de particulados em um motor de ciclo Diesel com sistema de injeção eletrônica, submetido à diferentes misturas de biodiesel e alterações no ponto e volume de injeção de combustível. As emissões de particulados foram analisadas com delineamento inteiramente casualizado em esquema bi fatorial (12x8), proveniente da interação de três misturas de biodiesel/Diesel, duas configurações de ponto de injeção, dois volumes de injeção de combustível e oito velocidades de giro do eixo virabrequim, com 30 repetições. Os resultados indicam que, as emissões de particulados atendem às exigências da norma MAR-I quando o motor opera com a regulagem original de fabricação e é alimentado com misturas de até 30% de biodiesel. Na velocidade angular de torque máximo (1.500 rpm), o adiantamento do ponto de injeção e o aumento do débito de combustível, para as misturas de 10 e 30% de biodiesel, aumentam em 115 e 314%, respectivamente, as emissões de particulados, em relação ao motor na configuração original.

Gas emissions from an agricultural compression-ignition engine using diesel, biodiesel and ethanol blends / Emissões de gases de um motor agrícola de ignição por compressão utilizando misturas de óleo diesel, biodiesel e etanol

Partial fuel replacement strategies arising from fossil sources used in compression ignition engines involve mixtures of mineral Diesel oil, biodiesel and ethanol to minimize the gas emissions. In this study, experimental assessments were performed on a multi-cylinder, turbocharged aftercooler, compression-ignition, agricultural tractor engine provided with electronic injection management and an exhaust gas recirculation (EGR) gas treatment system. Diesel oil containing low (BS10 -10 ppm) and high sulfur concentrations (BS500 - 500 ppm) was utilized, with 10% of biodiesel as a constituent established by Brazilian legislation, in blends with 5, 10, 15 and 20% of the total volume, made up of anhydrous ethanol with additives. Thus, there were eight fuels blends and two reference conditions (without ethanol). The emissions of CO, HC, NOx and the HC+NOx gases were estimated, corresponding to the eight operating modes (M) of the ABNT NBR ISO 8178-4 standard. From the findings, it was evident that with the rise in the ethanol concentrations in the fuel blends there was a corresponding increasing in the CO, NOx and HC+NOx emissions. The HC, on the contrary, exhibited a pattern of higher emissions for the high-sulfur fuels (BS500) at low loads. No difference was observed for the NOx emissions at high loads. In the other operation modes, different behaviors were expressed for the BS10, which sometimes showed an increase, while at other times a reduction in the NOx emissions. Regarding the BS500, the NOx emission increased when the ethanol concentrations rose. As the specific emissions of the NOx were higher than those of the HC (in g.kW-¹.h-¹), the behavior exhibited by the HC+NOx showed similarity to that of the NOx. When the directly analysis of the operating modes was taken into consideration, the use of ethanol triggered an upswing in the emissions, exceeding the threshold of MAR-1 and EURO V standards.

Misturas de óleo Diesel mineral, biodiesel e etanol formam estratégias de substituição parcial do combustível de origem fóssil, aplicáveis em motores de ignição por compressão, com o intuito de redução das emissões de gases. Neste trabalho realizaram-se avaliações experimentais em um motor de trator agrícola de ignição por compressão, multi-cilíndrico, turboalimentado com aftercooler, gerenciamento eletrônico da injeção e sistema de tratamento de gases EGR. Foram utilizados óleo Diesel de baixo (BS10 -10 ppm) e alto teor de enxofre (BS500 - 500 ppm), com 10% de biodiesel em sua constituição, em misturas com concentrações de 5%, 10%, 15% e 20% do volume total, compostas por etanol anidro aditivado, totalizando oito combustíveis em mistura e duas condições de referência (sem etanol). Foram avaliadas as emissões de gases CO, HC, NOx e HC+NOx, segundo os oito modos de operação (M) da norma ABNT NBR ISO 8178-4. Dentre os resultados encontrados, com o incremento das concentrações de etanol nas misturas ocorreu o aumento das emissões de CO, NOx e HC+NOx. Já o HC apresentou um comportamento de maiores emissões para combustíveis com alto teor de enxofre (BS500) em baixas cargas. Não houve diferença para as emissões de NOx em altas cargas. Já nos demais modos de operação, para o BS10 ocorreram comportamentos diversos, em alguns momentos aumentando e em outros diminuindo as emissões de NOx. Já para o BS500, o comportamento das emissões de NOx foi de aumento com o incremento das concentrações de etanol. Devido as emissões específicas de NOx serem maiores que as de HC (em g.kW-¹.h-¹), o comportamento do HC+NOx foi similar ao do NOx. Considerando apenas a análise direta dos modos de operação, a utilização de etanol causa o aumento das emissões, superando os valores limites da MAR-1 e EURO V.

Typical performance behavior of a Diesel cycle agricultural tractor engine with electronic injection management and turbocharger / Comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola ciclo Diesel com gerenciamento eletrônico da injeção e turbocompressor

Over the past few years, changes have been observed in the behavior of typical performance curves, after higher technology has been incorporated into the agricultural tractor engines, either to satisfy the ceiling of the new pollutant gas emission limits or to achieve better efficiency. The aim of this study was to assess the typical performance behavior of an agricultural tractor engine, possessing electronic injection management, turbocharger, aftercooler and EGR (Exhaust Gas Recirculation) treatment system. An analysis was done of the information the manufacturers provided, in terms of nominal power, maximum power and maximum power with Booster, maximum torque and maximum torque with Booster. From the results, the percentage difference between the nominal power and maximum power were found to hover anywhere from 1.49 to 11.97%, for the same manufacturer, 0% in another manufacturer and 9% in a third manufacturer, for all the models. Similar results were noted for the data reported on the maximum torque and maximum torque with Booster, giving 0.62% as the minimum value, 7.44% as the average value and 12.65% as the maximum value for the entire series.

O comportamento das curvas típicas de desempenho passou por alterações nos últimos anos, com a adoção de maior tecnologia pelos motores de tratores agrícolas, seja para atender aos novos limites de emissões de gases poluentes ou na busca por maior eficiência. Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola, equipado com gerenciamento eletrônico da injeção, turbocompressor, aftercooler e sistema de tratamento de gases EGR (Exhaust Gas Recirculation). Também foram analisadas as informações disponibilizadas pelos fabricantes para os dados de potência nominal, potência máxima e potência máxima com Booster, torque máximo e torque máximo com Booster. Os resultados demonstraram que a diferença percentual entre a potência nominal e a potência máxima pode variar de 1,49% a 11,97% para um mesmo fabricante, 0% em outro e em um terceiro fabricante os valores situam-se em aproximadamente 9% para todos os seus modelos. Resultados similares foram encontrados para os dados informados de torque máximo e torque máximo com Booster, com valor mínimo encontrado de 0,62%, valor médio de 7,44% e o valor máximo de 12,65% para toda a série.

Typical performance behavior of a Diesel cycle agricultural tractor engine with electronic injection management and turbocharger / Comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola ciclo Diesel com gerenciamento eletrônico da injeção e turbocompressor

ABSTRACT: Over the past few years, changes have been observed in the behavior of typical performance curves, after higher technology has been incorporated into the agricultural tractor engines, either to satisfy the ceiling of the new pollutant gas emission limits or to achieve better efficiency. The aim of this study was to assess the typical performance behavior of an agricultural tractor engine, possessing electronic injection management, turbocharger, aftercooler and EGR (Exhaust Gas Recirculation) treatment system. An analysis was done of the information the manufacturers provided, in terms of nominal power, maximum power and maximum power with Booster, maximum torque and maximum torque with Booster. From the results, the percentage difference between the nominal power and maximum power were found to hover anywhere from 1.49 to 11.97%, for the same manufacturer, 0% in another manufacturer and 9% in a third manufacturer, for all the models. Similar results were noted for the data reported on the maximum torque and maximum torque with Booster, giving 0.62% as the minimum value, 7.44% as the average value and 12.65% as the maximum value for the entire series.

RESUMO: O comportamento das curvas típicas de desempenho passou por alterações nos últimos anos, com a adoção de maior tecnologia pelos motores de tratores agrícolas, seja para atender aos novos limites de emissões de gases poluentes ou na busca por maior eficiência. Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola, equipado com gerenciamento eletrônico da injeção, turbocompressor, aftercooler e sistema de tratamento de gases EGR (Exhaust Gas Recirculation). Também foram analisadas as informações disponibilizadas pelos fabricantes para os dados de potência nominal, potência máxima e potência máxima com Booster, torque máximo e torque máximo com Booster. Os resultados demonstraram que a diferença percentual entre a potência nominal e a potência máxima pode variar de 1,49% a 11,97% para um mesmo fabricante, 0% em outro e em um terceiro fabricante os valores situam-se em aproximadamente 9% para todos os seus modelos. Resultados similares foram encontrados para os dados informados de torque máximo e torque máximo com Booster, com valor mínimo encontrado de 0,62%, valor médio de 7,44% e o valor máximo de 12,65% para toda a série.

Typical performance behavior of a Diesel cycle agricultural tractor engine with electronic injection management and turbocharger / Comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola ciclo Diesel com gerenciamento eletrônico da injeção e turbocompressor

Over the past few years, changes have been observed in the behavior of typical performance curves, after higher technology has been incorporated into the agricultural tractor engines, either to satisfy the ceiling of the new pollutant gas emission limits or to achieve better efficiency. The aim of this study was to assess the typical performance behavior of an agricultural tractor engine, possessing electronic injection management, turbocharger, aftercooler and EGR (Exhaust Gas Recirculation) treatment system. An analysis was done of the information the manufacturers provided, in terms of nominal power, maximum power and maximum power with Booster, maximum torque and maximum torque with Booster. From the results, the percentage difference between the nominal power and maximum power were found to hover anywhere from 1.49 to 11.97%, for the same manufacturer, 0% in another manufacturer and 9% in a third manufacturer, for all the models. Similar results were noted for the data reported on the maximum torque and maximum torque with Booster, giving 0.62% as the minimum value, 7.44% as the average value and 12.65% as the maximum value for the entire series.(AU)

O comportamento das curvas típicas de desempenho passou por alterações nos últimos anos, com a adoção de maior tecnologia pelos motores de tratores agrícolas, seja para atender aos novos limites de emissões de gases poluentes ou na busca por maior eficiência. Este trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento típico de desempenho de um motor de trator agrícola, equipado com gerenciamento eletrônico da injeção, turbocompressor, aftercooler e sistema de tratamento de gases EGR (Exhaust Gas Recirculation). Também foram analisadas as informações disponibilizadas pelos fabricantes para os dados de potência nominal, potência máxima e potência máxima com Booster, torque máximo e torque máximo com Booster. Os resultados demonstraram que a diferença percentual entre a potência nominal e a potência máxima pode variar de 1,49% a 11,97% para um mesmo fabricante, 0% em outro e em um terceiro fabricante os valores situam-se em aproximadamente 9% para todos os seus modelos. Resultados similares foram encontrados para os dados informados de torque máximo e torque máximo com Booster, com valor mínimo encontrado de 0,62%, valor médio de 7,44% e o valor máximo de 12,65% para toda a série.(AU)

Isolation and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria from gas station leaking-contaminated groundwater in the Southern Amazon, Brazil / Isolamento e caracterização de bactérias degradadoras de hidrocarbonetos de água subterrânea contaminada por vazamentos em posto de combustível no sul da Amazônia, Brasil

Twenty-three hydrocarbon-degrading bacteria strains were isolated from gas station leaking-contaminated groundwater located in the Southern Amazon, Brazil. Based on hydrocarbon (diesel, hexadecane, benzene, toluene and xylene) degradation ability, two strains were selected for further study. The amplification and sequencing of the 16S rRNA gene showed that these two strains belonged to the genus Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). GC-MS analysis showed that strain L30 was the most effective in degrading n-alkane (C10-C27) from diesel after 7 days of cultivation in mineral medium. Both strains produced biosurfactants and showed emulsification activity, specially the strain L30. Alkane hydroxylase gene (group III), which is important for alkane biodegradation, was present in strains. As a result, this study indicated that these bacteria could have promising applications in hydrocarbon bioremediation.(AU)

Vinte e três linhagens bacterianas degradadoras de hidrocarbonetos foram isoladas de água subterrânea contaminada por vazamento em posto de combustível no sul da Amazônia, Brasil. Com base na habilidade de degradar hidrocarbonetos (diesel, hexadecano, benzeno, tolueno e xileno), duas linhagens foram selecionadas para estudos posteriores. A amplificação e sequenciamento do gene 16S rRNA demonstrou que essas linhagens pertencem ao gênero Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). Análises de GC-MS mostraram que a linhagem L30 foi mais eficiente em degradar n-alcanos (C10-C27) presentes no diesel, após 7 dias de cultivo em meio mineral. Ambas as linhagens produziram biossurfactantes e apresentaram atividade emulsificante, especialmente a linhagem L30. O gene alcano hidroxilase (grupo III), o qual é importante para degradação de alcanos, foram detectados nas linhagens. Como resultado, este estudo indicou que essas linhagens bacterianas podem ser promissoras se aplicadas em processos de biorremediação.(AU)

Isolation and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria from gas station leaking-contaminated groundwater in the Southern Amazon, Brazil

Abstract Twenty-three hydrocarbon-degrading bacteria strains were isolated from gas station leaking-contaminated groundwater located in the Southern Amazon, Brazil. Based on hydrocarbon (diesel, hexadecane, benzene, toluene and xylene) degradation ability, two strains were selected for further study. The amplification and sequencing of the 16S rRNA gene showed that these two strains belonged to the genus Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). GC-MS analysis showed that strain L30 was the most effective in degrading n-alkane (C10-C27) from diesel after 7 days of cultivation in mineral medium. Both strains produced biosurfactants and showed emulsification activity, specially the strain L30. Alkane hydroxylase gene (group III), which is important for alkane biodegradation, was present in strains. As a result, this study indicated that these bacteria could have promising applications in hydrocarbon bioremediation.

Resumo Vinte e três linhagens bacterianas degradadoras de hidrocarbonetos foram isoladas de água subterrânea contaminada por vazamento em posto de combustível no sul da Amazônia, Brasil. Com base na habilidade de degradar hidrocarbonetos (diesel, hexadecano, benzeno, tolueno e xileno), duas linhagens foram selecionadas para estudos posteriores. A amplificação e sequenciamento do gene 16S rRNA demonstrou que essas linhagens pertencem ao gênero Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). Análises de GC-MS mostraram que a linhagem L30 foi mais eficiente em degradar n-alcanos (C10-C27) presentes no diesel, após 7 dias de cultivo em meio mineral. Ambas as linhagens produziram biossurfactantes e apresentaram atividade emulsificante, especialmente a linhagem L30. O gene alcano hidroxilase (grupo III), o qual é importante para degradação de alcanos, foram detectados nas linhagens. Como resultado, este estudo indicou que essas linhagens bacterianas podem ser promissoras se aplicadas em processos de biorremediação.

Emissions of an agricultural engine using blends of diesel and hydrous ethanol / Emissões de motor agrícola utilizando misturas de óleo Diesel e etanol hidratado

The growing global demand of energy, the decrease of petroleum reserves and the current of environmental contamination problems, make it imperative to study renewable energy sources for use in internal combustion engines, in order to decrease the dependence on fossil fuels and reduce emissions of pollutant gases. This study aimed to evaluate the emissions of a diesel-cycle engine of an agricultural tractor that uses diesel S500 (B5) mixed with 3, 6, 9, 12 and 15% of hydrous ethanol. It determined emissions of CO2 (ppm), NOx (ppm), and opacity (k value) of gases. A standard procedure was applied considering eight operating modes (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8) by breaking with an electric dynamometer in a laboratory. The experimental design was completely randomized, with 60 replicates and a 6 x 8 factorial design. Greater opacity and gas emissions were observed when the engine operated with 3% ethanol, while lower emissions occurred with 12 and 15%. With these fuels, the reduction of opacity, CO2, and NOx, in relation to diesel oil, was 24.49 and 26.53%, 4.96 and 5.15%, and 6.59 and 9.70%, respectively. In conclusion, the addition of 12 and 15% ethanol in diesel oil significantly reduces engine emissions.(AU)

A crescente demanda mundial por energia, a diminuição das reservas de petróleo e os atuais problemas de poluição ambiental, instigam o estudo de fontes renováveis de energia para utilização nos motores de combustão interna, visando à diminuição da dependência do combustível fóssil e redução das emissões de gases poluentes. Este trabalho teve por objetivo avaliar as emissões de um motor ciclo Diesel de um trator agrícola utilizando óleo Diesel S500 (B5) e, em mistura com 3, 6, 9, 12 e 15% de etanol hidratado. As variáveis avaliadas foram as emissões de CO2 (ppm), NOx (ppm) e a opacidade (valor k) dos gases. Para a avaliação utilizou-se procedimento normalizado, com aplicação de oito modos de operação (M1; M2; M3; M4; M5; M6; M7 e M8), por meio da frenagem com um dinamômetro elétrico, em laboratório. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com 60 repetições e no esquema fatorial 6x8. Os maiores valores de opacidade e emissões de CO2 e NOx foram alcançados com 3% de etanol, enquanto que os menores valores foram obtidos quando o motor utilizou 12 e 15%. Com estes combustíveis, a redução da opacidade, CO2 e NOx, em relação ao óleo diesel, foi de 24,49 e 26,53%; 4,96 e 5,15% e 6,59 e 9,70%, respectivamente. Conclui-se que, a adição de 12 e 15% de etanol no óleo diesel reduz significativamente as emissões do motor.(AU)

Bioremediation of diesel/biodiesel contaminated sandy soil inmicrocosm: evaluation of fungal bioaugmentation and naturalattenuation / Biorremediação de solo arenoso contaminado por diesel/biodiesel em microcosmo:avaliação de bioenriquecimento fúngico e atenuação natural

Biodiesel is a clean renewable fuel used as alternative energy source to diesel and it is commercialized as a minor component in diesel blends. Similarly to diesel, biodiesel spill is a source of contamination for the ecosystem making necessary to provide effective remediation strategies. Bioremediation is a technology that has been applied with success to clean up hydrocarboncontaminated environments. In this study, fungal bioaugmentation strategy was compared with natural attenuation during bioremediation of a sandy soil contaminated with diesel, biodiesel and blends (B20 and B50). Respirometric assays simulating the contamination of soil were carried out in Bartha flasks used to measure microbial CO2 production. Penicillium sp. AV4 isolated from the wastewater of a biodiesel factory has the ability to degrade the fuels and was used in bioaugmentation. After 111 days, CO2 evolution demonstrated no significant difference in soil microbial activity between fungal augmentation and natural attenuation treatments for all fuels. The lack of influence of Penicillium sp. AV4 can be related to its inability to compete with soil microorganisms and/or increase its metabolic activity. During natural attenuation, B50 showed a higher CO2 production, followed by the B100, B20 and diesel, which is less biodegradable. Therefore, from a biodegradation perspective, biodiesel could be more beneficial than diesel during bioremediation spill.

Biodiesel é um combustível renovável utilizado como fonte energética alternativa ao diesel e é comercializado misturado a esse combustível. Assim como o diesel, derramamentos de biodiesel são fontes de contaminação dos ecossistemas, sendo necessário aplicar estratégias para a remediação. A biorremediação é uma tecnologia que vem sendo aplicada com sucesso para remediar ambientes contaminados com hidrocarbonetos. Neste trabalho, o bioenriquecimento fúngico foi comparado à atenuação natural durante a biorremediação de um solo arenoso contaminado com diesel, biodiesel e misturas (B20 e B50). Ensaios respirométricos foram efetuados, utilizando respirômetros de Bartha para avaliar a produção microbiana de CO2 no solo contaminado. Penicillium sp. AV4, isolado de efluentes de usina de biodiesel, possui a capacidade de degradar os combustíveis e foi usado no bioenriquecimento. Após 111 dias, a evolução de CO2 devido à atividade microbiana no solo não apresentou diferença estatística entre o bioenriquecimento fúngico e a atenuação natural, considerando todos os combustíveis. A ineficácia do fungo pode estar relacionada com sua incapacidade de competir com os microrganismos do solo e/ou expressar sua atividade metabólica degradadora. Durante a atenuação natural, B50 demonstrou maior produção de CO2, seguido por B100, B20 e diesel, o qual é menos biodegradável. Do ponto de vista da biodegradação, o biodiesel pode ser mais facilmente biorremediado do que o diesel.

Bioremediation of diesel/biodiesel contaminated sandy soil inmicrocosm: evaluation of fungal bioaugmentation and naturalattenuation / Biorremediação de solo arenoso contaminado por diesel/biodiesel em microcosmo:avaliação de bioenriquecimento fúngico e atenuação natural

Biodiesel is a clean renewable fuel used as alternative energy source to diesel and it is commercialized as a minor component in diesel blends. Similarly to diesel, biodiesel spill is a source of contamination for the ecosystem making necessary to provide effective remediation strategies. Bioremediation is a technology that has been applied with success to clean up hydrocarboncontaminated environments. In this study, fungal bioaugmentation strategy was compared with natural attenuation during bioremediation of a sandy soil contaminated with diesel, biodiesel and blends (B20 and B50). Respirometric assays simulating the contamination of soil were carried out in Bartha flasks used to measure microbial CO2 production. Penicillium sp. AV4 isolated from the wastewater of a biodiesel factory has the ability to degrade the fuels and was used in bioaugmentation. After 111 days, CO2 evolution demonstrated no significant difference in soil microbial activity between fungal augmentation and natural attenuation treatments for all fuels. The lack of influence of Penicillium sp. AV4 can be related to its inability to compete with soil microorganisms and/or increase its metabolic activity. During natural attenuation, B50 showed a higher CO2 production, followed by the B100, B20 and diesel, which is less biodegradable. Therefore, from a biodegradation perspective, biodiesel could be more beneficial than diesel during bioremediation spill.(AU)

Biodiesel é um combustível renovável utilizado como fonte energética alternativa ao diesel e é comercializado misturado a esse combustível. Assim como o diesel, derramamentos de biodiesel são fontes de contaminação dos ecossistemas, sendo necessário aplicar estratégias para a remediação. A biorremediação é uma tecnologia que vem sendo aplicada com sucesso para remediar ambientes contaminados com hidrocarbonetos. Neste trabalho, o bioenriquecimento fúngico foi comparado à atenuação natural durante a biorremediação de um solo arenoso contaminado com diesel, biodiesel e misturas (B20 e B50). Ensaios respirométricos foram efetuados, utilizando respirômetros de Bartha para avaliar a produção microbiana de CO2 no solo contaminado. Penicillium sp. AV4, isolado de efluentes de usina de biodiesel, possui a capacidade de degradar os combustíveis e foi usado no bioenriquecimento. Após 111 dias, a evolução de CO2 devido à atividade microbiana no solo não apresentou diferença estatística entre o bioenriquecimento fúngico e a atenuação natural, considerando todos os combustíveis. A ineficácia do fungo pode estar relacionada com sua incapacidade de competir com os microrganismos do solo e/ou expressar sua atividade metabólica degradadora. Durante a atenuação natural, B50 demonstrou maior produção de CO2, seguido por B100, B20 e diesel, o qual é menos biodegradável. Do ponto de vista da biodegradação, o biodiesel pode ser mais facilmente biorremediado do que o diesel.(AU)

Enrichment of population density of a bacterial consortium during bioremediation of a soil under successive contaminations with diesel oil / Enriquecimento da densidade populacional de um consórcio bacteriano durante a biorremediação de um solo sob sucessivas contaminações com óleo diesel

The effect of successive soil contamination with diesel oil was evaluated on population dynamics of a bacterial consortium (Acinetobacter baumannii LBBMA 04, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 58, Ochrobactrum anthropi LBBMA 88b, Acinetobacter baumannii LBBMAES11, and Bacillus subtilis LBBMA 155) and on biodegradation of petroleum hydrocarbons (n-C12-C22). After each contamination with diesel oil, soil samples were collected for assessment of bacterial population and sequence of petroleum hydrocarbons degradation. At 20 and 40 days, the highest percentage of degradation was observed for the higher carbon chain hydrocarbons (n-C21 and C22). After the third contamination, there was a considerable reduction of n-C21degradation and a high degradation of hydrocarbons n-C13-15, C17 and C19, which contrasts with the low values of degradation of these hydrocarbons in the two previous phases. The highest growth rate of all members of the consortium occurred from 0 to 20 days, but population increase continued up to the end of the experiment (except for B. subitillis strain, whose population stabilized after 20 days). Our results show that the recurrent contamination by hydrocarbons affected the population structure of bacterial consortium and increased the total population density of the bacterial consortium.(AU)

O efeito da contaminação do solo com óleo diesel foi avaliado sobre a dinâmica populacional bacteriana de um consórcio (Acinetobacter baumannii LBBMA 04, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 58, Ochrobactrum anthropi LBBMA 88b, Acinetobacter baumannii LBBMAES11 e Bacillus subtilis LBBMA 155) e sobre a biodegradação de hidrocarbonetos de petróleo (n-C12-C22). Após cada evento de contaminação com óleo diesel, foram coletadas amostras de solo para avaliação das populações bacterianas e da sequência de degradação de hidrocarbonetos de petróleo. Aos 20 e 40 dias, a maior porcentagem de degradação foi observada para os hidrocarbonetos de cadeia de carbono mais elevada (n-C21 e C22). Após a terceira contaminação, houve redução considerável da degradação de n-C21 e alta degradação dos hidrocarbonetos n-C13-15, C17 e C19, o que contrasta com os baixos valores de degradação desses hidrocarbonetos nas duas fases anteriores. A maior taxa de crescimento de todos os membros do consórcio ocorreu entre 0 e 20 dias, mas o aumento populacional continuou até o final do experimento (com exceção da linhagem B. subitilis, cuja população se estabilizou após 20 dias). Os resultados mostram que a contaminação sucessiva do solo com óleo diesel afetou a estrutura populacional do consórcio bacteriano e proporcionou aumento da densidade populacional total das bactérias.(AU)

Enrichment of population density of a bacterial consortium during bioremediation of a soil under successive contaminations with diesel oil / Enriquecimento da densidade populacional de um consórcio bacteriano durante a biorremediação de um solo sob sucessivas contaminações com óleo diesel

The effect of successive soil contamination with diesel oil was evaluated on population dynamics of a bacterial consortium (Acinetobacter baumannii LBBMA 04, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 58, Ochrobactrum anthropi LBBMA 88b, Acinetobacter baumannii LBBMAES11, and Bacillus subtilis LBBMA 155) and on biodegradation of petroleum hydrocarbons (n-C12-C22). After each contamination with diesel oil, soil samples were collected for assessment of bacterial population and sequence of petroleum hydrocarbons degradation. At 20 and 40 days, the highest percentage of degradation was observed for the higher carbon chain hydrocarbons (n-C21 and C22). After the third contamination, there was a considerable reduction of n-C21degradation and a high degradation of hydrocarbons n-C13-15, C17 and C19, which contrasts with the low values of degradation of these hydrocarbons in the two previous phases. The highest growth rate of all members of the consortium occurred from 0 to 20 days, but population increase continued up to the end of the experiment (except for B. subitillis strain, whose population stabilized after 20 days). Our results show that the recurrent contamination by hydrocarbons affected the population structure of bacterial consortium and increased the total population density of the bacterial consortium.

O efeito da contaminação do solo com óleo diesel foi avaliado sobre a dinâmica populacional bacteriana de um consórcio (Acinetobacter baumannii LBBMA 04, Pseudomonas aeruginosa LBBMA 58, Ochrobactrum anthropi LBBMA 88b, Acinetobacter baumannii LBBMAES11 e Bacillus subtilis LBBMA 155) e sobre a biodegradação de hidrocarbonetos de petróleo (n-C12-C22). Após cada evento de contaminação com óleo diesel, foram coletadas amostras de solo para avaliação das populações bacterianas e da sequência de degradação de hidrocarbonetos de petróleo. Aos 20 e 40 dias, a maior porcentagem de degradação foi observada para os hidrocarbonetos de cadeia de carbono mais elevada (n-C21 e C22). Após a terceira contaminação, houve redução considerável da degradação de n-C21 e alta degradação dos hidrocarbonetos n-C13-15, C17 e C19, o que contrasta com os baixos valores de degradação desses hidrocarbonetos nas duas fases anteriores. A maior taxa de crescimento de todos os membros do consórcio ocorreu entre 0 e 20 dias, mas o aumento populacional continuou até o final do experimento (com exceção da linhagem B. subitilis, cuja população se estabilizou após 20 dias). Os resultados mostram que a contaminação sucessiva do solo com óleo diesel afetou a estrutura populacional do consórcio bacteriano e proporcionou aumento da densidade populacional total das bactérias.

Energy balance of irrigated maize silage / Balanço energético da cultura do milho para silagem com irrigação

The aim of the present study is to evaluate the energy balance and energy efficiency of the silage maize crop in the Center for Research, Development and Technology Transfer of the Universidade Federal de Lavras (CDTT-UFLA). The crop was irrigated by center pivot and the stages of maize cultivation and energy inputs were monitored for the 1st and 2nd crops of the 2014/2015 harvest. Results from the energy analysis showed the crop had a total energy input of 45,643.85 MJ ha-¹ and 47,303.60 MJ ha-¹ for the 1st and 2nd crops and a significant predominance of direct energy type (about 92% of the matrix). Regarding direct energy inputs, the diesel oil was the most representative, contributing with approximately 38% of the total energy demand. Conversely, the irrigation system contribute with 3.92% e 5.97% in the 1st and 2nd crops, representing the largest indirect energy input. Nevertheless, irrigation and crop management allowed the system achieving high levels of productivity, resulting in an energy efficiency of 25.1 and 28.1 for the first and second crops respectively.(AU)

Este trabalho tem como objetivo avaliar o balanço energético e a eficiência energética da cultura milho para silagem implantada no Centro de Desenvolvimento e Transferência de Tecnologia da Universidade Federal de Lavras (CDTT-UFLA). A cultura foi irrigada por pivô central sendo que as etapas de cultivo do milho e entradas de energia foram acompanhadas para 1ª e 2ª safras do ano agrícola de 2014/2015. Os resultados da análise energética mostraram que a cultura teve uma entrada total de energia de 45.643,85MJ ha-¹ e 47.303,60MJ ha-¹ para a 1ª e 2ª safra, com uma predominância significativa de energia do tipo direta (cerca de 92% da matriz). O óleo diesel foi a fonte de energia direta que mais impactou na matriz, com uma participação de aproximadamente 38%. Já a irrigação teve uma participação de 3,92% e 5,97% na 1ª e 2ª safra respectivamente, representando a maior fonte de energia indireta. Apesar disso, a irrigação e o manejo da cultura permitiram que o sistema alcançasse altos níveis de produtividade, resultando em uma eficiência energética de 25,1 e 28,1 para a 1ª e 2ª safra.(AU)

Energy balance of irrigated maize silage / Balanço energético da cultura do milho para silagem com irrigação

The aim of the present study is to evaluate the energy balance and energy efficiency of the silage maize crop in the Center for Research, Development and Technology Transfer of the Universidade Federal de Lavras (CDTT-UFLA). The crop was irrigated by center pivot and the stages of maize cultivation and energy inputs were monitored for the 1st and 2nd crops of the 2014/2015 harvest. Results from the energy analysis showed the crop had a total energy input of 45,643.85 MJ ha-¹ and 47,303.60 MJ ha-¹ for the 1st and 2nd crops and a significant predominance of direct energy type (about 92% of the matrix). Regarding direct energy inputs, the diesel oil was the most representative, contributing with approximately 38% of the total energy demand. Conversely, the irrigation system contribute with 3.92% e 5.97% in the 1st and 2nd crops, representing the largest indirect energy input. Nevertheless, irrigation and crop management allowed the system achieving high levels of productivity, resulting in an energy efficiency of 25.1 and 28.1 for the first and second crops respectively.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o balanço energético e a eficiência energética da cultura milho para silagem implantada no Centro de Desenvolvimento e Transferência de Tecnologia da Universidade Federal de Lavras (CDTT-UFLA). A cultura foi irrigada por pivô central sendo que as etapas de cultivo do milho e entradas de energia foram acompanhadas para 1ª e 2ª safras do ano agrícola de 2014/2015. Os resultados da análise energética mostraram que a cultura teve uma entrada total de energia de 45.643,85MJ ha-¹ e 47.303,60MJ ha-¹ para a 1ª e 2ª safra, com uma predominância significativa de energia do tipo direta (cerca de 92% da matriz). O óleo diesel foi a fonte de energia direta que mais impactou na matriz, com uma participação de aproximadamente 38%. Já a irrigação teve uma participação de 3,92% e 5,97% na 1ª e 2ª safra respectivamente, representando a maior fonte de energia indireta. Apesar disso, a irrigação e o manejo da cultura permitiram que o sistema alcançasse altos níveis de produtividade, resultando em uma eficiência energética de 25,1 e 28,1 para a 1ª e 2ª safra.

Performance of an agricultural engine using mineral diesel and ethanol fuels

ABSTRACT: The global demand for alternatives for mineral diesel oil is growing due to the need for satisfying sustainability and environmental requirements, forcing industries and research institutions to develop new alternative fuels. The objective of this study was to evaluate the performance parameters of an agricultural engine using two different fuels: mineral diesel oil and ethanol. The experiment was conducted on a dynamometric stand using two engines for agricultural use but with a modified fuel injection system, suitable for both diesel and ethanol, in the speed range 1200-2300rpm. The performance of the engines was analyzed considering the power take-off from the tractors for each fuel, as established in the standard NBR ISO 1585. The data obtained showed that at the working speed that provides 540rpm at the power take-off, the engine performance changed when powered by ethanol, with a reduction in the maximum power and increased specific fuel consumption.

RESUMO: A demanda mundial por combustíveis alternativos ao óleo Diesel mineral vem crescendo, tanto pela sustentabilidade, quanto por exigências ambientais. Isso faz com que as indústrias e as instituições de pesquisa desenvolvam novas alternativas para o uso destes combustíveis. Nesse contexto, objetivou-se avaliar os parâmetros de desempenho de um motor agrícola, com dois diferentes combustíveis, Diesel mineral e etanol. O experimento foi realizado em bancada dinamométrica, utilizando dois motores de uso agrícola, porém, com alterações no sistema de injeção de combustível, Diesel e etanol, na faixa de rotação entre 1200 e 2300rpm. O desempenho dos motores foi analisado por meio da tomada de potência dos tratores para cada combustível, conforme estabelece a norma NBR ISO 1585. A partir dos dados obtidos, concluiu-se que, ao considerar a rotação de trabalho que fornece 540rpm na tomada de potência, houve alteração no desempenho do motor movido a etanol, com redução da potência máxima e aumento do consumo específico de combustível.

Isolation and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria from gas station leaking-contaminated groundwater in the Southern Amazon, Brazil

Abstract Twenty-three hydrocarbon-degrading bacteria strains were isolated from gas station leaking-contaminated groundwater located in the Southern Amazon, Brazil. Based on hydrocarbon (diesel, hexadecane, benzene, toluene and xylene) degradation ability, two strains were selected for further study. The amplification and sequencing of the 16S rRNA gene showed that these two strains belonged to the genus Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). GC-MS analysis showed that strain L30 was the most effective in degrading n-alkane (C10-C27) from diesel after 7 days of cultivation in mineral medium. Both strains produced biosurfactants and showed emulsification activity, specially the strain L30. Alkane hydroxylase gene (group III), which is important for alkane biodegradation, was present in strains. As a result, this study indicated that these bacteria could have promising applications in hydrocarbon bioremediation.

Resumo Vinte e três linhagens bacterianas degradadoras de hidrocarbonetos foram isoladas de água subterrânea contaminada por vazamento em posto de combustível no sul da Amazônia, Brasil. Com base na habilidade de degradar hidrocarbonetos (diesel, hexadecano, benzeno, tolueno e xileno), duas linhagens foram selecionadas para estudos posteriores. A amplificação e sequenciamento do gene 16S rRNA demonstrou que essas linhagens pertencem ao gênero Bacillus (Bacillus sp. L26 and Bacillus sp. L30). Análises de GC-MS mostraram que a linhagem L30 foi mais eficiente em degradar n-alcanos (C10-C27) presentes no diesel, após 7 dias de cultivo em meio mineral. Ambas as linhagens produziram biossurfactantes e apresentaram atividade emulsificante, especialmente a linhagem L30. O gene alcano hidroxilase (grupo III), o qual é importante para degradação de alcanos, foram detectados nas linhagens. Como resultado, este estudo indicou que essas linhagens bacterianas podem ser promissoras se aplicadas em processos de biorremediação.

Performance of an agricultural engine using mineral diesel and ethanol fuels / Desempenho de um motor agrícola utilizando Diesel mineral e etanol

The global demand for alternatives for mineral diesel oil is growing due to the need for satisfying sustainability and environmental requirements, forcing industries and research institutions to develop new alternative fuels. The objective of this study was to evaluate the performance parameters of an agricultural engine using two different fuels: mineral diesel oil and ethanol. The experiment was conducted on a dynamometric stand using two engines for agricultural use but with a modified fuel injection system, suitable for both diesel and ethanol, in the speed range 1200-2300rpm. The performance of the engines was analyzed considering the power take-off from the tractors for each fuel, as established in the standard NBR ISO 1585. The data obtained showed that at the working speed that provides 540rpm at the power take-off, the engine performance changed when powered by ethanol, with a reduction in the maximum power and increased specific fuel consumption.

A demanda mundial por combustíveis alternativos ao óleo Diesel mineral vem crescendo, tanto pela sustentabilidade, quanto por exigências ambientais. Isso faz com que as indústrias e as instituições de pesquisa desenvolvam novas alternativas para o uso destes combustíveis. Nesse contexto, objetivou-se avaliar os parâmetros de desempenho de um motor agrícola, com dois diferentes combustíveis, Diesel mineral e etanol. O experimento foi realizado em bancada dinamométrica, utilizando dois motores de uso agrícola, porém, com alterações no sistema de injeção de combustível, Diesel e etanol, na faixa de rotação entre 1200 e 2300rpm. O desempenho dos motores foi analisado por meio da tomada de potência dos tratores para cada combustível, conforme estabelece a norma NBR ISO 1585. A partir dos dados obtidos, concluiu-se que, ao considerar a rotação de trabalho que fornece 540rpm na tomada de potência, houve alteração no desempenho do motor movido a etanol, com redução da potência máxima e aumento do consumo específico de combustível.