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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

Processo: 17/11086-4
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2018
Vigência (Término): 31 de agosto de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
Pesquisador responsável:Júlio César dos Santos
Beneficiário:Ruly Teran Hilares
Instituição-sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:16/10636-8 - Da fábrica celular à biorrefinaria integrada Biodiesel-Bioetanol: uma abordagem sistêmica aplicada a problemas complexos em micro e macroescalas, AP.BIOEN.TEM
Assunto(s):Bioetanol   Biotecnologia   Bagaço de cana-de-açúcar

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.

Publicações científicas (5)
(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)
TERAN HILARES, R.; DIONIZIO, R. M.; PRADO, C. A.; AHMED, M. A.; DA SILVA, S. S.; SANTOS, J. C. Pretreatment of sugarcane bagasse using hydrodynamic cavitation technology: Semi-continuous and continuous process. Bioresource Technology, v. 290, OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
FERNANDES ANTUNES, FELIPE ANTONIO; CHANDEL, ANUJ KUMAR; TERAN-HILARES, RULY; INGLE, AVINASH P.; RAI, MAHENDRA; DOS SANTOS MILESSI, THAIS SUZANE; DA SILVA, SILVIO SILVERIO; DOS SANTOS, JULIO CESAR. Overcoming challenges in lignocellulosic biomass pretreatment for second-generation (2G) sugar production: emerging role of nano, biotechnological and promising approaches. 3 BIOTECH, v. 9, n. 6 JUN 2019. Citações Web of Science: 0.
HILARES, RULY TERAN; DOS SANTOS, JOANA GONCALVES; SHIGUEMATSU, NICOLE BACIC; AHMED, MUHAMMAD AJAZ; DA SILVA, SILVIO SILVERIO; SANTOS, JULIO CESAR. Low-pressure homogenization of tomato juice using hydrodynamic cavitation technology: Effects on physical properties and stability of bioactive compounds. ULTRASONICS SONOCHEMISTRY, v. 54, p. 192-197, JUN 2019. Citações Web of Science: 1.
MUSO CACHUMBA, J. J.; TERAN HILARES, R.; BRUMANO, L. P.; MARCELINO, P. R. F.; ANTUNES, F. A. F.; SANTOS, J. C.; DA SILVA, S. S. Extracellular L-asparaginase production in solid-state fermentation by using sugarcane bagasse as support material. PREPARATIVE BIOCHEMISTRY & BIOTECHNOLOGY, v. 49, n. 4, p. 328-333, APR 21 2019. Citações Web of Science: 0.
TERAN HILARES, R.; RESENDE, J.; ORSI, C. A.; AHMED, M. A.; LACERDA, T. M.; DA SILVA, S. S.; SANTOS, J. C. Exopolysaccharide (pullulan) production from sugarcane bagasse hydrolysate aiming to favor the development of biorefineries. International Journal of Biological Macromolecules, v. 127, p. 169-177, APR 15 2019. Citações Web of Science: 3.

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