Produção de etanol a partir de resíduos celulósicos - Sandra Helena da Cruz.pdfBagaço de cana...
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Produção de etanol a partir de resíduos celulósicos II GERA - Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindústria Sucroalcooleira 13/06/2007
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Produção de etanol a partir
de resíduos celulósicos
II GERA - Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindústria
Sucroalcooleira
13/06/2007
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Ésteres
Álcoois superiores
Energia (ATP)
CO2
Etanol
AçucaresGlicose
Frutose
Maltotriose
Fermentação
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RECEPÇÃO/
PREPARO EXTRAÇÃO
GERAÇÃO DE
VAPOR e
ELETRICIDADEPROCESSO
ÁLCOOL
PROCESSO
AÇÚCAR
AÇÚCAR
ÁLCOOL
VINHAÇA
CANA CALDO
MELAÇOBAGAÇO
PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL
CALDO
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Conversão da sacarose da cana
Usina de açúcar
•Açúcar: 120 kg/TC
•Etanol do melaço: 7 L/TC
Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)
•Açúcar: 67 kg/TC
•Etanol: 42 L/TC
Etanol (Destilaria Autônoma)
•Etanol: 85 L/TC
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Matéria prima para produção de álcool
• Cana-de-açúcar
– Caldo
– Melaços
• Milho
• Sorgo
• Mandioca
• Resíduos celulósicos
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A HIDROLISE PODE SER FEITA EMPREGANDO
DIVERSOS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
• Requerimentos para as matérias primas
– Disponibilidade
– Baixo custo
• No Brasil a matéria prima mais apropriada é o bagaço
de cana (Futuramente a palha)
– Não requer preparo
– Está disponível em grandes volumes
– Seu custo é comparativamente menor
– Estando disponível no local não envolve custos adicionais de
transporte
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Bagaço de cana
• Cada 3 ton de cana produz 1 ton de
bagaço,
• este pode ser utilizado como matéria-
prima na obtenção de outros produtos,
como furfural, carvão ativado, produtos
moldados, alimentação animal e outros
(O Novo Ciclo da Cana, 2005).
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Bagaço de cana
• quimicamente composto por
– celulose (41 – 44 %),
– hemicelulose (25 – 27 %) e
– lignina (20 – 22 %);
– com pequenas quantidades de outros
compostos classificados conjuntamente como
componentes estranhos
(O Novo Ciclo da Cana, 2005).
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BAGAÇO
INTEGRALFIBRA MEDULA
CELULOSE % 46,6 47,7 41,2
HEMICELULOSE % 25,2 25,0 26,0
LIGNINA % 20,7 19,5 21,7
COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA
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Kg Kg litros
hidrolise fermentação
celulose 200 glicose 209 etanol 123
hemicelulose 158
lignina 100 xilose
proteinas 17 arabinose 126 etanol 63
cinza 25
agua 500 total 186
Potencial de conversão do Bagaço em etanol
Rossell, 2006
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Hidrólise Química
Hidrólise Enzimática
Pré-tratamentos
Solventeorgânico
Ácido
concentrado
Ácido
diluído
TECNOLOGIADHR
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Produção de etanol a partir de materiais celulósicos por hidrólise enzimática
Lynd et al., 1991. Science 251:1318.
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Figure: Generalized schematic of concentrated sulfuric acid process
http://www1.eere.energy.gov/biomass/technology_background.html. Acesso 15/03/2007
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Figure: General schematic of two-stage dilute acid hydrolysis process
Stage 1: 0.7% sulfuric acid, 190°C, and a 3-minute residence time
Stage 2: 0.4% sulfuric acid, 215°C, and a 3-minute residence time
http://www1.eere.energy.gov/biomass/technology_background.html. Acesso 15/03/2007
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Biorefinarias
instalações industriais nas quais a biomassa pode ser convertida, econômica e ecologicamente, em produtos químicos,
materiais, combustíveis e energia.
Pye, E.K. Int. Sugar J., 107: 222, 2005Schuchardt, U. Biorefinarias, 2007
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Lavoura
de Cana BagaçoCana
Torta
Etanol
Unidade de Vapor e
Eletricidade
Fabricação
Açúcar
Fábrica de
Etanol
Unidade de
HidróliseAçúcares
Xaro
pe e
m
ela
ço
Rossell, C., 2006
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Schematic for basic process of enzymatic hydrolysis
24
25
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METODOLOGIA PROPOSTA
• Experimentos de hidrólise enzimática
do bagaço
• Caracterização do licor obtido na
hidrólise enzimática do bagaço pré-
tratado
• Fermentação do licor
– Parâmetros fermentativos
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(NH4)2SO4(NH4)2SO4
Bagaço seco / moído
Pré-tratamento
com fungos
Pré-tratamento
ácido
Pré-tratamento ácido com
neutralização
Extração dos
açucares
Licor
(NH4)2SO4
Fermentação
(30°C / 70rpm)Fermentação
(30°C / 70rpm)Fermentação
(30°C / 70rpm)
Análise dos Parâmetros Fermentativos
Extração dos
açucares
Extração dos
açucares
LicorLicor
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I. Tratamento do bagaço
A. Hidrólise de bagaço de cana por fungos
Valores máximos de AR (g/L) obtidos após cultivo
Bagaço seco Bagaço moído
Pleurotus ostreatus / 22d 0,19 0,19
Pleurotus sajor-caju / 22d 0,32 0,25
Pleurotus eryngii / 17d 0,22 0,16
Phanerochaete
chrysosporium / 17d0,67 0,78
Aspergillus niger / 10d 0,30
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I. Tratamento do bagaço
B. Hidrólise ácida de bagaço de cana
Valores de AR (g/L) após hidrólise ácida do bagaço
Bagaço seco Bagaço moído
CH3COOH 0,31 -
HCl 4,43 8,56
H2SO4 4,91 17,84
H2SO4 +
neutralizaçãoa - 18,66
a adição de 14,5 mL de NaOH 2% sobre o bagaço após hidrólise ácida (pH ~ 5,5)
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Figura. Parâmetros cinéticos (teor
alcoólico, açúcares redutores e
viabilidade celular) obtidos após
fermentação por células
Saccharomyces cerevisiae Y-904 do
bagaço hidrolisado por H2SO4 ( -□- ) e
H2SO4 neutralizado com NaOH ( -○- ).
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
Via
bili
dade C
elu
lar
( %
)
tempo (h)
0
5
10
15
20
AR
(g/L
)
0,0
0,2
0,4
0,6
teor
alc
oólic
o (
mL/1
00 m
L)
310 5 10 15 20 25
024
40
60
80
100
Via
bili
dade C
elu
lar
( %
)
tempo (h)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
AR
(g/L
)
0,0
0,2
0,4
teor
alc
oólic
o (
mL/1
00 m
L)
Figura. Parâmetros cinéticos (teor
alcoólico, açúcares redutores e
viabilidade celular) obtidos após
fermentação por células Saccharomyces
cerevisiae Y-904 do bagaço hidrolisado
por Aspergillus niger IZ- 9 ( -□- ) e
Phanerochaete chrysosporium( -○- ).
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PARTICIPANTES
• Setor de Açúcar e Álcool
– Prof. Dr. André R. Alcarde
– Prof. Dr. Jorge Horii
– Profa. Dra. Sandra Helena
da Cruz
• Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz
(ESALQ), USP, Piracicaba/SP –
– Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição (LAN)
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Centro de Energia Nuclear na Agricultura
(CENA), USP, Piracicaba/SP –
Laboratório de Ecotoxicologia
Profa. Dra. Regina T. R. Monteiro
PARTICIPANTES
