Processing lignocellulosic feedstock using ionic liquids for biorefinery application

Autor(es)

Felipe Augusto Ferrari

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2021-04-22

Membros da banca

Marcus Bruno Soares Forte; Patricia Osseweijer; Jason Patrick Hallet; Solange Inês Mussatto; Adriano Pinto Mariano

• Orientador: Marcus Bruno Soares Forte

Resumo

O emprego de resíduos lignocelulósicos (LC), como os restos provenientes de culturas alimentícias, para fins energéticos e em Biorefinarias é crucial para a obtenção de matéria-prima sem a expansão da área agrícola cultivada. A produção de biomoléculas a partir de LC são potencialmente favoráveis ao balanço de emissões de gases de efeito estufa. A cana-de-açúcar é uma das culturas mais bem estabelecidas para obtenção de LC. Em virtude de sua organização molecular, os açúcares contidos na LC são resistentes às transformações bioquímicas. Desta forma, esses materiais são tratados modo conveniente às futuras etapas de conversão. Líquidos iônicos (ILs) surgiram como uma alternativa para o pré-tratamento de LC. O objetivo deste trabalho foi utilizar ILs no pré-tratamento (PT) de LC no conceito de Biorefinaria a fim de responder à pergunta: "São os Líquidos iônicos uma alternativa viável para o pré-tratamento de biomassa em escala industrial, e quais são os parâmetros chave envolvidos?" No capítulo 2, observou-se uma resposta positiva no uso da mistura de [Mea][Ac]/[Mea][Hex], mantendo-se a eficiência na etapa de hidrólise enzimática mesmo com o amento do teor de água e proporção de sólidos, e em baixa temperatura, essa apresentou melhor eficiência de deslignificação quando comparada aos ILs puros.. O efeito conjunto das variáveis foi estudado e o processo de pré-tratamento escalonado à reator agitado de escala bancada, onde a temperatura, proporção de sólidos e teor de água foram as variáveis mais relevantes. Foi alcançada uma digestibilidade enzimática de 98 % para a celulose após 3 h de pré-tratamento com 15 % (massa) de sólidos e 20 % (massa) de água. No capítulo 3, os ILs foram recuperados de forma eficiente através do processo FC, sendo determinado os pontos de congelamento e as atividades de água por meio da queda no ponto de fusão da água. [Mea][Hex] apresentou um comportamento em solução próximo àquele observado para soluções de ácidos orgânicos. O processo de FC pode ser operado de forma contínua, sem a geração de resíduos e recuperando água com a pureza necessária. No capítulo 4 os balanços de massa e energia foram avaliados considerando o projeto de um Biorefinaria. Observou-se que a proporção de sólidos e diluição do IL têm efeito direto no consumo de vapor da planta e, de forma substancial, nas eficiências de sacarificação. Ademais ao preço de venda do produto, o reciclo do IL é o fator dominante para o impacto econômico e ambiental do projeto. A maior parte dos parâmetros avaliados neste trabalho tiveram efeito relevante nos impactos ambientais da produção do etanol. A viabilidade do pré-tratamento baseado em IL mostrou-se dependente de condições que maximizem o reciclo desse. Nos apêndices, a predição da densidade das misturas de ILs em função de sua composição e temperatura foi realizada através de um polinômio, e as viscosidades das misturas binárias avaliadas segundo 6 modelos diferentes. A condutividade, atividade d’água e tensão superficial são apresentadas avaliando a influência dos íons envolvidos. Os resultados mostraram que o ajusto das propriedades também pode ser realizado através da mistura entre diferentes ILs (AU)

• Processo FAPESP: 19/19976-4 - Processamento de biomassa lignocelulósica usando líquidos iônicos para aplicação em biorrefinarias
• Beneficiário: Felipe Augusto Ferrari
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado