https://hdl.handle.net/1884/39602 2026-04-15T05:16:07Z 2026-04-15T05:16:07Z https://hdl.handle.net/1884/98423 2026-04-09T15:02:58Z 2025-01-01T00:00:00Z

Valorização da fase aquosa do bio-óleo de pirólise rápida em uma plataforma de biorrefinaria Resumo: A valorização da fase aquosa (FA) do bio-óleo de pirólise rápida representa uma rota promissora para plataformas de biorrefinaria voltadas à recuperação de compostos de alto valor agregado. Esta tese teve como objetivo desenvolver metodologias sustentáveis e escalonáveis para a separação, purificação e aplicação de três moléculas-alvo presentes na FA: levoglucosan, catecol e vanilina. No Capítulo I, foi realizada uma abordagem conceitual, identificando tendências globais de pesquisa, lacunas técnicas e a evolução do aproveitamento da FA. O capítulo II realizou uma revisão bibliométrica com o objetivo de mapear as fronteiras do conhecimento relativas às biorrefinarias baseadas em pirólise. O Capítulo III abordou as principais biomassas, métodos de pirólise e estratégias de fracionamento, evidenciando o crescente interesse na recuperação seletiva da FA. No Capítulo IV, foi descrito o fracionamento da FA por extração líquido-líquido com acetato de etila, seguido de purificação com resinas poliméricas. O acetato de etila mostrou-se eficaz na concentração de compostos fenólicos, enquanto a resina PAD900 possibilitou a purificação seletiva de frações ricas em levoglucosan. No Capítulo V, o levoglucosan foi recuperado por cristalização controlada (rendimento: 12,02 ± 1,04 µL), e compostos fenólicos foram seletivamente precipitados com etanol e éter etílico (rendimento: 9,40 ± 2,36 µL). O Capítulo V avaliou a bioatividade da FA bruta e dos resíduos da coluna de resina (RES), com destaque para a atividade antioxidante e antimicrobiana da fração RES, aplicada na funcionalização de filmes de nanocelulose. Os resultados confirmam que a FA é uma matriz viável para a recuperação seletiva de moléculas plataforma e agentes bioativos, alinhando-se aos princípios da química verde e da bioeconomia circular. As metodologias propostas oferecem uma rota tecnicamente viável para integração de resíduos lignocelulósicos em biorrefinarias industriais; Abstract: The valorization of the aqueous phase (AP) of fast pyrolysis bio-oil represents a promising route for biorefinery platforms focused on the recovery of high value-added compounds. This thesis aimed to develop sustainable and scalable methodologies for the separation, purification, and application of three target molecules present in the AP: levoglucosan, catechol, and vanillin. In Chapter I, a conceptual review was conducted to identify global research trends, technical gaps, and the evolution of AP utilization. Chapter II presented a bibliometric review aimed at mapping the knowledge frontiers related to pyrolysis-based biorefineries. Chapter III explored the main biomass sources, pyrolysis methods, and fractionation strategies, highlighting the growing interest in the selective recovery of the AP. In Chapter IV, the fractionation of the AP was described through liquid-liquid extraction with ethyl acetate, followed by purification using polymeric resins. Ethyl acetate proved effective in concentrating phenolic compounds, while the PAD900 resin enabled the selective purification of fractions rich in levoglucosan. Chapter V focused on the recovery of levoglucosan through controlled crystallization (yield: 12.02 ± 1.04 µL), and the selective precipitation of phenolic compounds using ethanol and diethyl ether (yield: 9.40 ± 2.36 µL). This chapter also evaluated the bioactivity of the raw AP and the resin column residues (RES), highlighting the antioxidant and antimicrobial activity of the RES fraction, which was applied to functionalize nanocellulose films. The results confirm that the AP is a viable matrix for the selective recovery of platform molecules and bioactive agents, aligning with the principles of green chemistry and the circular bioeconomy. The proposed methodologies offer a technically feasible route for integrating lignocellulosic residues into industrial biorefineries Orientador: Prof. Dr. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori; Coorientadores: Prof. Drª. Graciela Inês Bolzon de Muniz, Dr. Washington Luiz Esteves Magalhães e Dr. Maurício de Matos; Banca: Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori (Presidente da Banca), Fernando Augusto Ferraz, Thiago de Paula Protásio, Mayara Elita Braz Carneiro e Adriano Reis Prazeres Mascarenhas; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 11/07/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101525 2026-04-06T13:27:49Z 2025-01-01T00:00:00Z

Classificação de estágios sucessionais da vegetação secundária na floresta ombrófila mista : um enfoque de métricas UAV-LiDAR E LiDAR MLS Resumo: A presente tese investigou o potencial de diferentes tecnologias LiDAR para classificação e caracterização de estágios sucessionais em remanescentes da Floresta Ombrófila Mista (FOM) no sul do Brasil. O estudo integrou abordagens de sensoriamento remoto de alta resolução e análises ecológicas para testar metodologias robustas de classificação sucessional, essenciais para o monitoramento e gestão de ecossistemas florestais em regeneração. A pesquisa foi estruturada em cinco capítulos complementares. Inicialmente, uma revisão bibliográfica estabeleceu os fundamentos teóricos sobre sucessão florestal, estrutura da vegetação e sensoriamento remoto aplicado a florestas nativas, contextualizando a problemática e justificativa do estudo. O segundo capítulo explorou a aplicação de dados UAV- LiDAR em 30 parcelas permanentes distribuídas em diferentes estágios sucessionais (inicial, médio e avançado), onde foram derivadas métricas estruturais, incluindo variáveis discretas e simuladas full waveform (FWF). A análise exploratória multivariada revelou padrões estruturais distintos entre os estágios, com perfis verticais evoluindo de estruturas simples no estágio inicial para configurações multimodais e estratificadas no estágio avançado. O terceiro capítulo apresentou uma revisão sistemática sobre o uso da tecnologia Mobile Laser Scanning (MLS) em inventários florestais, analisando 56 artigos científicos publicados entre 2013 e 2023. Esta revisão documentou a evolução do MLS como ferramenta de alta precisão para coleta de dados florestais, sua crescente integração com algoritmo Random Forest e as limitações técnicas em ambientes naturais complexos. No quarto capítulo, foi utilizada uma abordagem de classificação sucessional utilizando sistema portátil de varredura a laser móvel (LiBackpack) em 12 parcelas. Por meio dos resultados foram inferidos padrões, identificando vantagens e limitações específicas da plataforma para caracterização estrutural dos estágios sucessionais da FOM. Para classificação dos estágios sucessionais, foi utilizado o algoritmo Random Forest e abordagens descritivas das variáveis. As variáveis mais importantes para discriminação sucessional incluíram métricas de altura, complexidade estrutural e penetração do dossel, evidenciando a complementaridade entre diferentes tipos de dados LiDAR. A análise ecológica dos resultados confirmou que as métricas LiDAR capturam efetivamente os processos de desenvolvimento estrutural ao longo da sucessão florestal. As considerações finais integraram os resultados dos estudos com UAV-LiDAR e MLS, discutindo suas implicações práticas para monitoramento florestal e planejamento ambiental. A tese demonstrou que dados LiDAR, quando analisados por meio de metodologias que integram conhecimento ecológico e técnicas avançadas de aprendizado de máquina, permitem classificação acurada e objetiva de estágios sucessionais em FOM, oferecendo potencial para aplicação em programas de monitoramento, restauração e conservação; Abstract: This thesis investigated the potential of different LiDAR technologies for the classification and characterization of successional stages in remnants of the Mixed Ombrophilous Forest (MOF) in southern Brazil. The study integrated high-resolution remote sensing approaches and ecological analyses to test robust successional classification methodologies, which are essential for the monitoring and management of regenerating forest ecosystems. The research was structured into five complementary chapters: Chapter 1: A literature review established the theoretical foundations of forest succession, vegetation structure, and remote sensing applied to native forests, providing context for the study's problem and justification. Chapter 2: Explored the application of UAV-LiDAR data across 30 permanent plots distributed among different successional stages (initial, intermediate, and advanced). Structural metrics were derived, including discrete variables and simulated Full Waveform (FWF) data. Multivariate exploratory analysis revealed distinct structural patterns, with vertical profiles evolving from simple structures in the initial stage to multimodal and stratified configurations in the advanced stage. Chapter 3: Presented a systematic review of Mobile Laser Scanning (MLS) technology in forest inventories, analyzing 56 scientific articles published between 2013 and 2023. This review documented the evolution of MLS as a high-precision tool for forest data collection, its increasing integration with the Random Forest algorithm, and the technical limitations encountered in complex natural environments. Chapter 4: Utilized a successional classification approach using a handheld mobile laser scanning system (LiBackpack) across 12 plots. The results allowed for the inference of patterns, identifying specific advantages and limitations of the platform for the structural characterization of MOF successional stages. The Random Forest algorithm and descriptive variable approaches were used for classification. The most significant variables for successional discrimination included height metrics, structural complexity, and canopy penetration, highlighting the complementarity between different types of LiDAR data. The ecological analysis confirmed that LiDAR metrics effectively capture structural development processes throughout forest succession. The final considerations integrated the results from the UAV-LiDAR and MLS studies, discussing their practical implications for forest monitoring and environmental planning. This thesis demonstrated that LiDAR data— when analyzed through methodologies integrating ecological knowledge and advanced machine learning techniques—allows for the accurate and objective classification of successional stages in the Mixed Ombrophilous Forest, offering significant potential for application in monitoring, restoration, and conservation programs Orientadora: Profa. Dra. Ana Paula Dalla Corte; Coorientadores: Prof. Dr. Christopher Thomas Blum e Prof. Dr. Vagner Alex Pesck; Banca: Ana Paula Dalla Corte (Presidente da Banca), Jonathan William Trautenmüller, Angelo Augusto Ebling, Cristiano Rodrigues Reis e Maurício Bergamini Scheer; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 11/06/2025; Inclui referências; Área de concentração: Manejo Florestal

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98634 2026-04-01T18:22:08Z 2025-01-01T00:00:00Z

Influence of genetic and environmental factors on yerba mate metabolites with a focus on saponins Resumo: As folhas de erva-mate possuem uma diversidade de compostos, muitos com reconhecidos efeitos bioativos. Entre estes, destacam-se as saponinas, as metilxantinas e os polifenóis. Estudos demonstraram que fatores intrínsecos (genética, idade da folha e sexo da planta, por exemplo) e ambientais (luminosidade, nutrição, entre outros) interferem nos teores de metilxantinas e polifenóis da erva-mate; entretanto, ainda há muitas lacunas de pesquisa referente às saponinas e aos metabólitos primários. Neste estudo, folhas maduras de nove clones de erva-mate provenientes de dois testes clonais (geograficamente distantes e com diferentes sistemas de cultivo – pleno sol e sombreado) foram coletadas em duas estações do ano (inverno e verão). Estas folhas foram secas em micro-ondas e trituradas mecanicamente até atingir granulometria menor que 1 mm, para determinação do teor de saponinas totais e obtenção dos espectros de Infravermelho Médio (MIR) e Próximo (NIR). Para quantificação de saponinas totais nas folhas da espécie, foi necessária a otimização do método espectrofotométrico vanilina-ácido sulfúrico. Dessa forma, o Capítulo 1 desta tese aborda a metodologia de amostragem de folhas, os principais parâmetros para ajustes do método espectrofotométrico e também traz resultados preliminares analisando quatro cultivares clonais de erva-mate, com diferenças significativas entre elas. O Capítulo 2 possui como objetivo analisar os efeitos de clones, épocas de colheita e sítios de cultivo (9 x 2 x 2) sobre o teor de saponinas totais, estimando os parâmetros genéticos e predizendo os valores genotípicos. Os resultados demonstraram forte controle genético sobre este caráter, com elevadas herdabilidade e acurácia de seleção. Os valores genotípicos para os teores de saponinas totais variaram de 28,13 (Yari) a 51,54 (BRS 409) mg g-1 de massa seca, e a seleção de clones com baixos ou altos teores de saponinas é indicada dependendo da finalidade industrial da matéria-prima. Este foi o primeiro estudo realizado com avaliação genotípica de compostos bioativos em testes clonais da espécie. E no Capítulo 3, a análise multivariada ANOVA Common Dimensions (AComDim) foi empregada para unir os espectros MIR e NIR em um modelo global e determinar a variação atribuída por cada fator analisado e as interações entre eles. A maior parte da variação foi determinada pela época de colheita e pelo sítio (ambos com 7%), seguida pela interação entre estes fatores (5,7%), e pelo efeito de clones (4%). Por esta técnica de bioespectroscopia foi possível detectar as bandas de absorção mais determinantes para cada fator, sendo estas relacionadas a moléculas do metabolismo primário vegetal. Assim, as técnicas bioespectroscópica, quimiométrica e estatística aplicadas foram efetivas e possuem potencial de aplicação para padronizar a matéria-prima ainda em campo e no controle de qualidade na indústria.; Abstract: Yerba mate leaves contain a wide diversity of compounds, many of which exhibit well documented bioactive effects. Among these, saponins, methylxanthines, and polyphenols stand out. Numerous studies have demonstrated that intrinsic factors (such as genetics, leaf age, and plant sex) and environmental conditions (such as light availability and nutrient supply) influence the levels of methylxanthines and polyphenols in yerba mate. However, there are still significant research gaps concerning saponins and primary metabolites. In this study, mature leaves from nine yerba mate clones, originating from two clonal trials (geographically distant and cultivated under different systems – full sun and shade), were collected during two seasons (winter and summer). The leaves were microwave-dried and mechanically ground into granulometry less than 1 mm to determine total saponin content and acquire Mid-Infrared (MIR) and Near-Infrared (NIR) spectra. Quantification of total saponins in the leaves required optimization of the vanillin-sulfuric acid spectrophotometric method. Accordingly, Chapter 1 of this thesis presents the leaf sampling methodology, key parameters for adjusting the spectrophotometric method, and preliminary results analyzing four yerba mate clonal cultivars, with significant differences between them. Chapter 2 aims to assess the effects of clones, harvest seasons, and cultivation sites (9 x 2 x 2) on total saponin content, as well as to estimate genetic parameters and predict genotypic values for this trait. This represents the first study to analyze genetic parameters of bioactive compounds in clonal trials of the species. The results indicate strong genetic control over this trait, with high heritability and selection accuracy. Genotypic values for total saponin content ranged from 28.13 (Yari) to 51.54 (BRS 409) mg g 1of dry mass, and the selection of clones with either low or high saponin levels is recommended depending on the intended industrial application of the raw material. In Chapter 3, the multivariate analysis technique ANOVA Common Dimensions (AComDim) was applied to combine MIR and NIR spectra into a global model and to determine the variation attributable to each factor and their interactions. The greatest variation was explained by harvest season and site (both 7%), followed by their interaction (5.7%), and the clone effect (4%). This biospectroscopic approach allowed identification of the absorption bands most affected by each factor, which were primarily associated with molecules from the plant primary metabolism. Thus, the applied biospectroscopic, chemometric, and statistical techniques proved to be effective and show potential for standardizing raw material in the field and for quality control in the industry Orientador: Dr. Ivar Wendling; Coorientadores: Dra. Cristiane Aparecida Fioravante Reis e Dr. Marcelo Lazzarotto; Banca: Ivar Wendling (Presidente da Banca), Dagma Kratz, Fabricio Augusto Hansel, Cristiane Vieira Helm e Carlos André Stuepp; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 19/05/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98400 2026-03-23T13:11:03Z 2025-01-01T00:00:00Z

Os fatores socioeconômicos e ambientais associados aos incêndios florestais no Estado do Paraná Resumo: A presença de incêndios florestais é cada vez mais frequente cotidianamente em todo âmbito terrestre, gerando efeitos diretos e indiretos sobre os diversos sistemas socioeconômicos e ambientais. Relatórios globais sobre mudanças climáticas indicam uma tendência de aumento na intensidade e severidade desses eventos. Embora a influência humana na ocorrência de incêndios florestais seja reconhecida cientificamente, os elementos causais relacionados ainda necessitam de maior aprofundamento para assim, delinearem, estratégias prevencionistas mais efetivas para a mitigação deste evento. Diante disso, este estudo teve como objetivo analisar a relação existente entre a ocorrência de incêndios florestais no estado do Paraná e os fatores socioeconômicos e ambientais, no período de 2000 a 2020. Para isso, o estudo analisou as informações relativas às ocorrências de incêndios florestais e as variáveis ambientais associadas a este evento para cada ano do período analisado. Posteriormente, 17.691 setores censitários paranaenses foram agrupados anualmente com base em características ambientais semelhantes, como geomorfometria, uso e cobertura do solo e condições meteorológicas. A partir destes agrupamentos, analisaram-se variáveis socioeconômicas (renda, emprego, produção agropecuária, educação, saúde e destinação de resíduos) com o objetivo de identificar fatores significativamente associados à ocorrência de incêndios florestais. Utilizaram se testes de Mann-Whitney e correlação de Spearman para comparar grupos e quantificar associações, respectivamente. Os resultados indicaram que as variáveis relacionadas ao índice geomorfométrico e ao índice de uso e cobertura do solo apresentam maior influência sobre a ocorrência de incêndios florestais do que as variáveis meteorológicas anuais na área de estudo. Na análise dos três grupos que apresentaram maior frequência de indicador de incêndio, observou-se que os setores censitários com menores valores medianos referente aos índices de educação, seguidos por menores índices de saúde, apresentaram maior presença de incêndios florestais em comparação aos setores censitários sem indicadores de incêndios. Isso evidencia a vulnerabilidade social associada e destaca a importância da educação como ferramenta necessária para a mitigação desses eventos. A implementação de programas de prevenção voltados para áreas com maior vulnerabilidade social, além de mitigar os efeitos dos incêndios florestais nessas comunidades, tende a contribuir para a melhoria dos índices de qualidade de vida local. Além disso, verificou-se que os setores censitários com maior percentual de coleta de lixo apresentaram menor presença de incêndios florestais, enquanto aquelas com maior percentual de queima de resíduos registraram uma incidência mais elevada ao longo do período analisado. Esse resultado evidencia a relação entre a influência antrópica e a ocorrência de incêndios florestais, demonstrando a importância da destinação adequada dos resíduos como uma estratégia eficaz para a prevenção desses eventos. O fortalecimento das ações promovidas pelo poder público na coleta de resíduos nas áreas prioritárias, incluindo a modificação de rotas, aumento da frequência, implementação de programas municipais e disponibilização de locais apropriados para o correto descarte, conforme já existente em alguns municípios paranaenses, é importante para mitigação da ocorrência de incêndios florestais; Abstract: Wildfires are increasingly common worldwide, directly and indirectly affecting various socioeconomic and environmental systems. Global reports on climate change indicate a tendency for the intensity and severity of these events to increase. Although the human influence on the occurrence of wildfires is scientifically recognized, the causal elements involved still require further investigation to outline more effective prevention strategies for mitigating this event. In light of this, this study aimed to examine the relationship between the occurrence of wildfires in the state of Paraná and socioeconomic and environmental factors from 2000 to 2020. To this end, the study analyzed information related to the occurrence of wildfires and the environmental variables associated with this event for each year of the period examined. Subsequently, 17,691 census tracts in Paraná were grouped annually based on similar environmental characteristics, such as geomorphometry, land use and cover, and meteorological conditions. From these groupings, socioeconomic variables (income, employment, agricultural production, education, health, and waste management) were analyzed to identify factors significantly associated with wildfire occurrence. Mann Whitney tests and Spearman correlation were used to compare groups and quantify associations, respectively. The results indicated that the variables related to the geomorphometric index and the land use and coverage index have a greater influence on the occurrence of wildfires than the annual meteorological variables in the study area. In the analysis of the three groups that presented the highest frequency of fire indicators, it was observed that census tracts with the lowest median values for education indexes, followed by the lowest health indexes, exhibited a greater presence of wildfires compared to census tracts without fire indicators. This highlights the associated social vulnerability and underscores the importance of education as an necessary tool for mitigating these events. The implementation of prevention programs aimed at areas with greater social vulnerability, in addition to mitigating the effects of wildfires in these communities, tends to contribute to improving local quality of life indices. Furthermore, it was found that census tracts with a higher percentage of garbage collection had a lower incidence of wildfires, whereas those with a higher rate of waste burning recorded a higher incidence throughout the analyzed period. This finding evidences the relationship between anthropogenic influence and wildfires occurrence, demonstrating the importance of proper waste management as an effective strategy for preventing such events. Strengthening actions promoted by the government in waste collection in priority areas, including modifying routes, increasing frequency, implementing municipal programs, and providing appropriate locations for correct disposal, as already exists in some municipalities in Paraná, is important for mitigating the occurrence of wildfires Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Batista; Coorientadores: Coorientador: Prof. Dr. Alexandre França Tetto e Profa. Dra. Daniela Biondi; Banca: Antonio Carlos Batista (Presidente da Banca), Marcos Vinicius Giongo Alves, David Alexandre Buratto, Alexandre Behling e Ernandes Aparecido Saraiva; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 04/07/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z