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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
AçucaresGlicoseFrutoseMaltotriose
FermentaFermentaççãoão
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RECEPÇÃO/PREPARO EXTRAÇÃO
GERAÇÃO DEVAPOR e
ELETRICIDADE PROCESSOÁLCOOL
PROCESSOAÇÚCAR
AÇÚCAR
ÁLCOOL
VINHAÇA
CANA CALDO
MELAÇOBAGAÇO
PRODUPRODUÇÇÃO DE AÃO DE AÇÚÇÚCAR E CAR E ÁÁLCOOLLCOOL
CALDO
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Conversão da sacarose da cana
85 L/TC•Etanol:Etanol (Destilaria Autônoma)
42 L/TC•Etanol:67 kg/TC•Açúcar:
Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)
7 L/TC•Etanol do melaço:
120 kg/TC•Açúcar:Usina de açúcar
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MatMatééria prima para produria prima para produçção de ão de áálcoollcool
• 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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21,719,520,7LIGNINA %
26,025,025,2HEMICELULOSE %
41,247,746,6CELULOSE %
MEDULAFIBRABAGAÇO INTEGRAL
COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA
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Kg Kg litroshidrolise fermentação
celulose 200 glicose 209 etanol 123hemicelulose 158
lignina 100 xiloseproteinas 17 arabinose 126 etanol 63
cinza 25agua 500 total 186
Potencial de conversão do Bagaço em etanol
Rossell, 2006
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PROCESSOS DE HIDRÓLISE
Hidrólise Química
Hidrólise Enzimática
Pré-tratamentos
Solventeorgânico
Ácidoconcentrado
Ácidodiluído
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 processStage 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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BiorefinariasBiorefinarias
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 Bagaço
Cana
Torta
Açúca
r
Vinhaça
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
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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 bagaçoA. Hidrólise de bagaço de cana por fungos
Valores máximos de AR (g/L) obtidos após cultivo
0,30Aspergillus niger / 10d
0,780,67Phanerochaetechrysosporium / 17d
0,160,22Pleurotus eryngii / 17d0,250,32Pleurotus sajor-caju / 22d0,190,19Pleurotus ostreatus / 22d
Bagaço moídoBagaço seco
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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
18,66-H2SO4 + neutralizaçãoa
17,844,91H2SO4
8,564,43HCl
-0,31CH3COOH
Bagaço moídoBagaço seco
a adição de 14,5 mL de NaOH 2% sobre o bagaço após hidrólise ácida (pH ~ 5,5)
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30
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
Viab
ilidad
e C
elul
ar (
% )
tempo (h)
0
5
10
15
20
AR (g
/L)
0,0
0,2
0,4
0,6
teor
alc
oólic
o (m
L/10
0 m
L)
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310 5 10 15 20 25024
40
60
80
100
Viab
ilidad
e C
elul
ar (
% )
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 (m
L/10
0 m
L)
Figura. Parâmetros cinéticos (teor alcoólico, açúcares redutores e viabilidade celular) obtidos após fermentação por células Saccharomycescerevisiae Y-904 do bagaço hidrolisado por Aspergillus niger IZ- 9 ( -□- ) e Phanerochaete chrysosporium( -○- ).
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32
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