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Evaluation of sugarcane bagasse pretreatment process with protic ionic liquids for cellulosic ethanol production

Texto completo
Autor(es):
Pedro Yoritomo Souza Nakasu
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Tese de Doutorado
Imprenta: Campinas, SP.
Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
Data de defesa:
Membros da banca:
Aline Carvalho da Costa; Simone Coelho Nakanishi; Lívia Beatriz Brenelli; Camila Alves de Rezende; Rafael Ramos de Andrade
Orientador: Sarita Cândida Rabelo; Aline Carvalho da Costa
Resumo

O uso de subprodutos do setor agrícola para o estabelecimento de uma biorrefinaria é uma alternativa promissora na transição da nossa sociedade para uma economia biobaseada. O bagaço da cana-de-açúcar é uma biomassa lignocelulósica que se destaca no cenário brasileiro devido ao seu volume de produção e pode vir a se transformado em etanol de segunda geração (E2G) por meio de três etapas, pré-tramento, hidrólise enzimática e fermentação. Neste trabalho, foi avaliado o processo de pré-tratamento com líquidos iônicos próticos (LIPs) ¿ que podem chegar a ser até 40 vezes mais baratos que os líquidos iônicos apróticos, mais comumente conhecidos ¿ para a produção de E2G. No estágio inicial do projeto, 12 LIPs foram produzidos e avaliados em um screening, no qual o acetato de monoetanolamônio, [MEA][OAc], foi escolhido para as etapas subsequentes dos estudos por apresentar grande potencial como agente de pré-tratamento. O pré-tratamento com este LIP passou por uma otimização de parâmetros operacionais considerando o tempo, temperatura, carga de sólidos, teor de água e tipo de anti-solvente como fatores do planejamento estatístico. As variáveis foram avaliadas para garantir a máxima conversão de carboidratos e deslignificação das polpas. Um estudo da razão ácido-base (RAB) do [MEA][OAc] mostrou que baixos valores de RAB (excesso de base) proporcionavam um rendimento quase quantitativo de celulose/hemicelulose em 72 h de hidrólise enzimática com até 84% de deslignificação, destacando-se como um dos melhores pré-tratamentos existentes para o bagaço de cana-de-açúcar. A RAB foi medida com sucesso antes e após os experimentos por espectroscopia de NMR-H1, um feito pioneiro deste trabalho. Em seguida, o reciclo do [MEA][OAc] foi avaliado ao longo de 6 ciclos de pré-tratamento. Foi observado que a diminuição no desempenho do LIP está fortemente correlacionada à sua decomposição em uma acetamida. Esse problema foi contornado com o uso de uma mistura com excesso da base, RAB 0,5, cujo reciclo, ao longo de 3 ciclos, mostrou que o desempenho do PIL ainda era consideravelmente alto, com baixa formação de acetamida. Em seguida, estabeleceram-se relações quantitativas entre a quantidade de água de lavagem das polpas e sua temperatura, com os rendimentos em sacarificação enzimática e fermentação alcoólica com S. passalidarum, uma levedura capaz de metabolizar xilose e glicose. Entre as amostras com lavagem parcial (de 13 a 66 g água/g biomassa), a lavagem realizada em temperatura mais alta, 80°C, e com a maior relação solvente:biomassa considerada, 66:1, proporcionou os maiores rendimentos na hidrólise enzimática, 81% e 64% para a celulose e hemicelulose, respectivamente, e na fermentação com 85% do rendimento teórico de etanol; enquanto que a lavagem completa (625 g água/g biomassa) obteve 98% e 85% de rendimento de celulose e hemicelulose, respectivamente, e 87% do rendimento teórico de etanol. Apesar de S. cerevisiae não consumir xilose, a fermentação da amostra de lavagem completa apresentou a maior produtividade de etanol, 1.41 g·L·h-1 com aproximadamente o mesmo rendimento teórico de etanol, 87%. Os balanços de massa para o processo completo de produção de E2G (via S. passalidarum) mostraram que até 228 e 300 L de etanol por tonelada de bagaço podem ser produzidos com 66 e 625 toneladas de água de lavagem/tonelada de bagaço, respectivamente, com o primeiro rendimento superior aos melhores pré-tratamentos encontrados no literatura, ou seja, peróxido de hidrogênio alcalino e hidróxido de sódio (AU)

Processo FAPESP: 15/14042-2 - Avaliação do Processo de Pré-tratamento do Bagaço da Cana-de-açúcar com Líquidos Iônicos Próticos para a Produção de Etanol Celulósico
Beneficiário:Pedro Yoritomo Souza Nakasu
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado