Development of an advanced fermentation technology to produce n-butanol, isopropanol and ethanol from sugarcane bagasse

Autor(es)

Carla Ferreira dos Santos Vieira

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2020-10-30

Membros da banca

Adriano Pinto Mariano; Ariovaldo José da Silva; Carlos Eduardo Vaz Rossell; Rafael Ramos de Andrade

• Orientador: Francisco Maugeri Filho; Adriano Pinto Mariano

Resumo

O biobutanol é convencionalmente produzido através da fermentação ABE (acetona-butanol-etanol). No entanto, a alta corrosividade e as baixas propriedades funcionais da acetona tornam o processo menos atrativo para a produção de butanol como biocombustível. Alternativamente, a produção de biobutanol via fermentação IBE (isopropanol-butanol-etanol) diminui esses riscos de mercado, uma vez que essa mistura pode ser utilizada diretamente como biocombustível ou como aditivo na gasolina. Contudo, limitações técnicas presentes na fermentação ABE, como baixa produtividade, alta inibição pelo produto, e sensibilidade aos inibidores fermentativos oriundos do processo de segunda geração, são ainda mais intensos na fermentação IBE. Portanto, propusemos nessa tese de doutorado, a integração, em um mesmo tanque fermentativo, de um sistema de imobilização celular, que aumenta o número de células no reator, à tecnologia de extração a vácuo, que permite a recuperação in-situ dos produtos de fermentação, diminuindo a inibição pelo produto. A tecnologia de impressão 3D foi utilizada para construir o sistema de imobilização celular, composto por uma estrutura tipo gaiola que mantinha o bagaço em contato com o meio de cultura ao longo de todo o processo fermentativo. Propusemos ainda, uma estratégia que permitiu a produção de IBE a partir de hidrolisados de bagaço de cana-de-açúcar através da adição de melaço. Com a utilização do sistema de imobilização celular proposto nesse trabalho, conseguimos realizar a fermentação IBE em 5 bateladas consecutivas (138 horas) em meio sintético. No entanto, a conversão de glicose e a produtividade foram limitadas a 37 % e 0,21 g IBE/L?h, respectivamente. Ao acoplar a tecnologia de extração a vácuo, conseguimos conduzir uma fermentação IBE em modo batelada-repetida por 209 horas, em que a conversão de glicose e a produtividade aumentaram para 66 % e 0,28 g IBE/L?h, respectivamente. Ao final do processo, obtivemos um condensado contendo 29 g/L de butanol, concentração mais elevada que as atingidas em reatores simples, o que geraria economia de energia no processo de separação. Em paralelo, mostramos que, apesar da presença de compostos inibidores do processo fermentativo, a utilização de hidrolisados lignocelulósicos do bagaço de cana é possível para a produção de IBE, especialmente quando o melaço é acrescentado como suplemento. Em meio contendo um total de açúcares de 35 g/L, a glicose foi completamente consumida e a sacarose, xilose e o ácido lático foram consumidos em 38%, 31%, e 70%, respectivamente. Nós agradecemos à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Processos 2015/20630-4; 2016/23042-9; 2017/07390-0, e 2018/23983-3) pelo apoio financeiro (AU)

• Processo FAPESP: 16/23042-9 - Desenvolvimento de tecnologia avançada de fermentação para a produção de n-butanol, isopropanol e etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar
• Beneficiário: Carla Ferreira dos Santos Vieira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado