Otimização da produção e obtenção do ácido levulínico a partir do bagaço e melaço de cana-de-açúcar

Autor(es)

Emília Savioli Lopes

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
• Data de defesa: 2019-12-02

Membros da banca

Rubens Maciel Filho; Adriano Pinto Mariano; Adilson Roberto Gonçalves; Betânia Hoss Lunelli; George Jackson de Moraes Rocha

• Orientador: Rubens Maciel Filho; Laura Plazas Tovar

Resumo

O ácido levulínico (AL), um produto de alto valor agregado, pode modular o conceito de biorrefinaria como impulsor da bioindústria emergente, como demonstrado na primeira abordagem da Tese: "Learning through experience" (Capítulo 2). O AL é obtido através de processos catalíticos utilizando como substrato, por exemplo, subprodutos da agroindústria. Para tanto, nesta Tese foi abordado a construção de um reator para obtenção de AL (Capítulo 3) através de subprodutos da agroindústria canavieira: bagaço-BCA e melaço-MCA. O reator está composto por dois vasos de aço inox (300 mL de volume interno), com um sistema de controle de pressão e com sistema de aquecimento por resistência elétrica. A avaliação do desempenho do reator permitiu definir limites de operação de 200 °C e 20 bar. Objetivando a consolidação de mecanismos cinéticos, incluindo uma ampla gama de condições, o BCA foi desconstruído na presença de catalisadores de hidrólise ácida e básica. A análise dos parâmetros cinéticos foi realizada no AL e nas reações intermediárias e colaterais à glicose, 5-HMF e huminas (HUs) sobre catálise ácida (150-190 °C/0-75 min/relação líquido:sólido=10/3,0 -7,0% m/v H2SO4) (Capítulo 4). A sinergia com outros potenciais resíduos agroindústrias (casca de arroz (CA) e palha de soja (PS)) definiou rendimentos atraentes de AL de 61,1 mol%, 67,7 mol%, 61,4 mol% (190 °C/7% m/v H2SO4/75 min), para materiais celulósicos provenientes de BCA, CA e PS. Assim, comprovou-se a oportunidade de crescimento do AL ao integrar o uso de três biomassas, podendo elas serem utilizadas em condições vantajosas, dada a sua disponibilidade e o padrão sazonal com períodos de safra complementares. Levando em consideração que a sustentabilidade impulsionada pelos subprodutos direciona para produtos de alto valor agregado (Capítulo 5), foi então realizada uma otimização do processo envolvendo o biorrefino em 3 etapas (pré-tratamento, deslignificação e conversão da celulose catalisada com ácido). A concentração de AL de ~25 g/L foi obtida nas condições otimizadas da terceira etapa (180 °C/75 min/7,0% m/v H2SO4/12,0% m/v de carga de sólido). Além do anterior, no Capítulo 5 é realizada uma avaliação de cenários definindo oportunidades e desafios por outros subprodutos (as HUs) constatando-se uma produção de 13,3 kg/100kgBCA, ainda que relativamente baixa, quando comparada com uma estratégia catalítica (em 1 e 2 etapas de biorrefino) e hidrotérmica (não-catalítica). Evidenciado o grande interesse do AL e do potencial do MCA, importantes contribuições foram obtidas ao investigar, no Capítulo 6, diferentes misturas catalíticas de MCA e meio reacional (solução ácida de H2SO4). O AL com uma concentração relativamente alta (>142 g/L, em 185 °C, 9% m/v H2SO4 e relação em volume de solução ácida para MCA de 10:20/3) direcionou um novo patamar de oportunidade onde o MCA pode ser incluído à cadeia de valor da agroindústria canavieira com rendimentos >80%. Assim em um futuro próximo tomadas de decisões e identificação de oportunidades em mercados existentes e potenciais, podem repensar a cadeia de valor da agroindústria canavieira em sinergia com a agroindústria de alimentos (arroz e soja) (AU)

• Processo FAPESP: 15/17592-3 - Otimização da produção e obtenção do ácido levulínico a partir do bagaço e melaço de cana-de-açúcar
• Beneficiário: Emília Savioli Lopes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado