Desenvolvimento de abordagens inovadoras para as principais etapas da produção de etanol 2G: pré-tratamento contínuo usando cavitação hidrodinâmica e avaliação de processo SSCF com reatores interconectados

Resumo

Cavitação hidrodinâmica (CH) é uma tecnologia promissora utilizada em diferentes aplicações industriais como tratamento de águas, síntese de biodiesel e outras. Esta tecnologia foi recentemente utilizada para pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar, com rendimentos de hidrólise de frações carboidrato de mais de 90% no material pré-tratado. Os principais efeitos correspondem a uma elevada remoção de lignina e um aumento na porosidade do material, os quais são associados ao efeito químico e mecânico do fenômeno de cavitação. CH apresenta potencial para ser adaptada para uso em processo contínuo e aplicação em escala industrial. Neste sentido, propõe-se o desenho e construção de uma tecnologia baseada em sistemas de cavitação hidrodinâmica para o pré-tratamento contínuo de bagaço de cana-de-açúcar. Uma primeira etapa do projeto envolverá o desenho e construção do sistema baseado em fundamentos de escoamento de fluidos, cálculos de pressão requerida e número de cavitação. Após a construção, experimentos iniciais de pré-tratamento serão realizados e, com os dados coletados, será simulado o escoamento do fluido através do sistema por fluidodinâmica computacional (CFD). O software Fluent® será utilizado para determinar o perfil de velocidade do fluido ao longo do sistema, queda de pressão estática principalmente na fonte de cavitação (placa de orifícios) e zonas de estagnação. Os resultados simulados serão validados experimentalmente por medições com instrumentos inseridos em diferentes partes do sistema, mais especificamente sensores de temperatura, velocidade e pressão. Os resultados também serão utilizados para melhorar o desempenho do sistema de cavitação hidrodinâmica para o pré-tratamento contínuo. Posteriormente, serão avaliadas e otimizadas as variáveis mais influentes no processo através de planejamento de experimentos. Os materiais pré-tratados em modo contínuo em condições otimizadas, serão utilizados para avaliar a produção de etanol de segunda geração por células imobilizadas de Sheffersomyces stipis em processo de hidrólise e co-fermentação simultâneas (SSCF) em reatores de coluna interligados. A levedura S. stipitis, será empregada considerando a capacidade de metabolizar tanto as hexoses quanto as pentoses presentes no hidrolisado enzimático de bagaço de cana-de-açúcar. Esta nova configuração, baseada em reatores interconectados, permitirá desenvolver cada processo em condições otimizadas de temperatura; além disso, permitirá utilizar um elevado teor de sólidos e evitar a inibição da atividade enzimática por produto. Assim, este projeto é enfocado no desenvolvimento de abordagens inovadoras para as principais etapas da produção de etanol 2G: pré-tratamento contínuo usando cavitação hidrodinâmica e avaliação de processo SSCF com reatores interconectados. Espera-se que, com o desenvolvimento deste projeto, seja gerado conhecimento científico e tecnológico relevante em aplicações de interesse nacional e mundial.