Estratégias para melhorar o desempenho do processo de produção de etanol de segunda geração

Resumo

Embora as etapas do processo de produção de etanol de segunda geração (2G) sejam conhecidas e algumas plantas comerciais estejam começando a virar realidade, muitas etapas ainda precisam sofrer alterações e evoluções para tornar o processo competitivo. Este projeto envolve várias teses abordando diferentes etapas do processo, sempre buscando abordar os gargalos ainda existentes. A etapa de pré-tratamento é uma das mais importantes do processo e, embora os pré-tratamentos considerados mais econômicos sejam aqueles que não deslignificam a biomassa, a presença de lignina na fração sólida traz uma série de desvantagens. O uso de líquidos iônicos (LIs), solventes considerados ambientalmente amigáveis e que podem ser recuperados e reutilizados, pode viabilizar economicamente a deslignificação, especialmente se usarmos líquidos iônicos próticos (LIPs), que têm síntese mais simples e barata. Ainda assim existem poucos estudos de pré-tratamento com LIPs; ao fazer a busca de anterioridade para um depósito de pedido de patente no final de 2015 encontramos apenas 3 trabalhos que não eram do grupo de pesquisa. Neste projeto um processo de produção de LIPs e pré-tratamento de bagaço de cana com recuperação e reutilização do LIP será proposto com base nos resultados prévios muito promissores que deram origem ao pedido de patente.A etapa de fermentação das pentoses também ainda é um dos gargalos do processo. O uso de microrganismos geneticamente modificados tem sido proposto, mas a fermentação com cepas selvagens é sempre mais simples e barata. Embora baixos rendimentos e produtividades sejam reportados, não se encontram na literatura muitos trabalhos que apliquem estratégias industriais já conhecidas na fermentação do processo de produção de etanol 1G, como altas concentrações e reciclo de células ou operação em batelada alimentada. Os autores que usaram reciclo reportam decréscimo no desempenho das células no próximo ciclo. Resultados preliminares de trabalho desenvolvido no grupo de pesquisa mostram que é possível melhorar muito o desempenho do processo através do reciclo de células, além de manter a viabilidade alta através de tratamento das células entre dois reciclos. Ainda, os reciclos promovem a adaptação das leveduras, melhorando bastante o seu desempenho, com aumento significativo da atividade de algumas enzimas. Neste projeto estudos da cinética de fermentação de pentoses com S. stipitis e S. passalidarum serão realizados e estratégias para operação com altas concentrações e reciclo de células, batelada alimentada e temperaturas variáveis para aumentar a tolerância ao etanol serão propostas.Na hidrólise enzimática a dificuldade ainda existente é a necessidade de trabalhar com altas cargas de sólidos, já que ocorre uma diminuição da conversão (efeito sólido). É muito difícil identificar entre as várias causas que têm sido atribuídas ao efeito sólido qual a mais importante, já que os vários fatores envolvidos estão correlacionados. Pretende-se neste projeto estudar os vários fenômenos envolvidos (adsorção, transferência de massa, inibição por substrato e produto, etc.) e com o conhecimento adquirido propor uma estratégia de operação do processo de hidrólise com altas cargas de sólido e altas conversões, visando a obtenção de concentração de glicose de pelo menos 100 g/L. Levando em consideração rendimentos em etanol de aproximadamente 80%, característicos da fermentação de licores de hidrólise que contêm inibidores, esta concentração permite a obtenção de ~40 g/L de etanol, que é a concentração sugerida na literatura para viabilizar economicamente a destilação.O projeto envolve, ainda, a modelagem matemática da produção de enzimas celulolíticas pelo fungo T. harzianum. O modelo será usado para determinar uma estratégia ótima de alimentação para operação do processo em batelada alimentada e pretende-se melhorar a produtividade de um processo já em operação no Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Etanol (CTBE). (AU)