Desenvolvimento de novos modelos de biorrefinarias empregando híbridos experimentais de cana-de-açúcar e cana energia submetidos a diferentes pré-tratamentos

• Processo: 15/10756-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2015
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Bioquímica - Enzimologia
• Pesquisador responsável: Antonio Maria Francisco Luiz Jose Bonomi
• Beneficiário: Fernanda Machado Mendes Carvalho
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/06923-6 - Recalcitrância da biomassa de cana-de-açúcar: fundamentos relacionados à formação da parede celular, ao pré-tratamento e à digestão enzimática, aplicados no desenvolvimento de novos modelos de biorrefinarias, AP.BIOEN.TEM
• Assunto(s): Etanol Biorrefinarias Pré-tratamento Cana-de-açúcar Biomassa
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: análise econômica e ambiental de processos | biorrefinaria | Cana energia | Etanol | Híbridos experimentais de cana-de-açúcar | pré-tratamento | Biomassa

Resumo

A crescente preocupação com as mudanças climáticas e a segurança energética e a prevista exaustão das reservas de petróleo têm motivado a busca por fontes alternativas de energia e a substituição de recursos de origem fóssil como matéria prima na obtenção de diversos produtos químicos. O bioetanol é um biocombustível com grande potencial para substituição de combustíveis fósseis, podendo ser produzido a partir de materiais lignocelulósicos, que apresentam menor custo e ampla disponibilidade na natureza. No caso da cana-de-açúcar, suas frações lignocelulósicas (bagaço e palha) já estão disponíveis na própria unidade de produção, ou perto dela. No entanto, a parede celular dessas plantas é recalcitrante ao rompimento das cadeias poliméricas. Métodos que convertem o bagaço de cana-de-açúcar em açúcares fermentescíveis são geralmente compostos por duas etapas principais: pré-tratamento para degradar a estrutura da planta e uma etapa de hidrólise enzimática para converter as cadeias poliméricas em açúcares. Cada tecnologia de pré-tratamento tem um mecanismo diferente de ação sobre a estrutura do bagaço, induzindo modificações físicas e/ou químicas, que são necessárias devido à presença de hemicelulose e lignina na parede celular da planta, o que impede o acesso das celulases nas frações do substrato. Neste programa de pós-doutorado, serão avaliados processos de pré-tratamento sulfito alcalino, sulfito-ácido, alcalino e ácido sobre bagaço de diferentes híbridos experimentais de cana-de-açúcar com conteúdos contrastantes de suas frações componentes, os quais estão inseridos em projetos de pesquisa que foram e estão sendo realizados (projeto temático 2014/06923-6) no LOT/EEL-USP. Será avaliada também a cana energia - variedade de cana que possui elevado teor de fibras, associado a um menor teor de açúcar. Os dados obtidos em laboratório serão empregados para o desenho e a simulação do processo e os resultados servirão de base para a análise técnico-econômica e ambiental para selecionar as melhores rotas na obtenção principalmente de etanol mas também de outros produtos que serão selecionados em uma biorrefinaria. A avaliação econômica e ambiental dos processos desenhados permitirá ainda verificar os benefícios obtidos com o emprego de biomassa diferenciada por apresentar baixa recalcitrância ou alto teor de fibras, e como a eficiência de cada pré-tratamento pode ser maximizada a partir do emprego destas variedades.Assim, este projeto de pesquisa tem como objetivo o desenvolvimento de simulações de processos de produção de etanol de primeira e segunda geração a partir da cana-de-açúcar, bem como a avaliação da viabilidade técnico-econômica e ambiental de diferentes rotas. A avaliação destes processos por meio de simulação, análise econômica e ambiental proposta neste trabalho é uma abordagem fundamental para a execução do projeto temático no qual este programa de pós-doutorado está inserido, e servirá de base para guiar estudos posteriores.

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VASCONCELOS, MARCELO HOLANDA; MENDES, FERNANDA MACHADO; RAMOS, LUCAS; DIAS, MARINA OLIVEIRA S.; BONOMI, ANTONIO; JESUS, CHARLES DAYAN F.; WATANABE, MARCOS DJUN B.; JUNQUEIRA, TASSIA LOPES; MILAGRES, ADRIANE MARIA F.; FERRAZ, ANDRE; et al. Techno-economic assessment of bioenergy and biofuel production in integrated sugarcane biorefinery: Identification of technological bottlenecks and economic feasibility of dilute acid pretreatment. ENERGY, v. 199, MAY 15 2020. (15/10756-0, 14/06923-6)

MENDES, F. M.; VASCONCELOS, M. H.; DIAS, M. O. S.; FERRAZ, A.; MILAGRES, A. M. F.; SANTOS, J. C.; JESUS, C. D. F.; WATANABE, M. D. B.; JUNQUEIRA, T. L.; BONOMI, A.. Alkaline sulfite pretreatment for integrated first and second generation ethanol production: A techno-economic assessment of sugarcane hybrids. BIOMASS & BIOENERGY, v. 119, p. 314-321, DEC 2018. (15/10756-0, 14/06923-6)

RAMOS, LUCAS; VASCONCELOS, MARCELO H.; MILAGRES, ADRIANE M. F.; FERRAZ, ANDRE; DIAS, MARINA O. S.; MENDES, FERNANDA M.; DOS SANTOS, JULIO C.. High-solid enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse and ethanol production in repeated batch process using column reactors. 3 BIOTECH, v. 11, n. 10, OCT 2021. (15/10756-0, 14/06923-6)

MENDES, F. M.; DIAS, M. O. S.; FERRAZ, A.; MILAGRES, A. M. F.; SANTOS, J. C.; BONOMI, A.. Techno-economic impacts of varied compositional profiles of sugarcane experimental hybrids on a biorefinery producing sugar, ethanol and electricity. CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH & DESIGN, v. 125, p. 72-78, SEP 2017. (14/06923-6, 15/10756-0)