Modelagem matemática e avaliação de estratégias de hidrólise enzimática de bagaço de cana em altas cargas de sólidos

Autor(es)

Carolina Marion de Godoy

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2019-03-28

Membros da banca

Aline Carvalho da Costa; Antonio Jose Gonçalves da Cruz; Edvaldo Rodrigo de Morais

• Orientador: Aline Carvalho da Costa

Resumo

A produção de etanol lignocelulósico a partir de bagaço de cana-de-açúcar é uma alternativa promissora para a ampliação da matriz energética brasileira. Porém, definir as estratégias mais eficientes de pré-tratamento e hidrólise da biomassa ainda é imprescindível para a viabilização econômica desse processo. Assim, este trabalho visou ao desenvolvimento de um modelo matemático para descrever a hidrólise enzimática de bagaço de cana em altas concentrações de sólidos e produto. O objetivo foi aplicar o modelo no estudo de diferentes estratégias de reação, identificando condições ótimas para a obtenção de hidrolisados ricos em glicose. Inicialmente, quatro modelos distintos foram considerados. A estimação de seus parâmetros foi feita utilizando a técnica de evolução diferencial, ED (software OCTAVE v.4.2.1). Dados experimentais de hidrólise enzimática em batelada (cargas de sólidos: 5-20% m/v) foram empregados nessa etapa e dois substratos foram considerados: bagaço submetido a pré-tratamento hidrotérmico (BH) e bagaço deslignificado (BAD). A melhor capacidade de ajuste foi obtida por um modelo de cinco parâmetros baseado em um esquema de uma reação. Essa modelagem incluiu diminuição da taxa de reação em função do aumento de conversão e inibição competitiva por glicose. Uma constante de inibição modificada foi usada para incorporar o aumento de severidade da inibição em hidrolisados com alto teor de açúcar. Contudo, o modelo mostrou problemas de identificabilidade devido à presença de parâmetros altamente correlacionados. Mesmo assim, ele foi capaz de fornecer resultados satisfatórios no teste F modificado (estimativas de erro iguais a 7,2 e 4,7%). Na fase de reestimação de parâmetros, o modelo também descreveu com acurácia aceitável as estratégias de hidrólise em batelada alimentada e em etapas. Por fim, a modelagem proposta foi empregada na otimização via ED dos processos de hidrólise estudados. Simulações em modo de batelada alimentada sugeriram que novos esquemas de alimentação podem aumentar a concentração final de glicose no hidrolisado, especialmente em sistemas usando BH. Já os resultados de otimização da estratégia de reações em etapas indicaram aumento no teor final de açúcar para os dois substratos avaliados, com predição de até 158,33 g/L de glicose na hidrólise de BAD (AU)

• Processo FAPESP: 17/07633-0 - Modelagem matemática e avaliação de estratégias de hidrólise enzimática de bagaço de cana em altas cargas de sólidos
• Beneficiário: Carolina Marion de Godoy
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado