Subcritical water hydrolysis of brewer's spent grains: a sustainable pretreatment for value-added products and bioenergy production in a biorefinery concept = Hidrólise em água subcrítica de bagaço de malte : um pré-tratamento sustentável para produção de produtos de valor agregado e bioenergia em um conceito de biorrefinaria

Autor(es)

William Gustavo Sganzerla

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de Alimentos
• Data de defesa: 2023-04-19

Membros da banca

Tânia Forster Carneiro; Mauro Donizeti Berni; Rosana Goldbeck; Montserrat Pérez Garcia; Miriam Tena Villares

• Orientador: Tânia Forster Carneiro

Resumo

O tratamento da biomassa lignocelulósica e a produção de bioenergia e produtos de valor agregado é uma procura constante na indústria. O bagaço de malte é o principal resíduo lignocelulósico gerado pela indústria da cerveja, representando 20 kg por 100 L de cerveja produzida, sendo uma matéria-prima com potencial para aplicação em uma biorrefinaria. No entanto, a produção de biocombustíveis e produtos de valor agregado a partir de biomassa requer um pré-tratamento para quebrar a estrutura lignocelulósica. Uma revisão da literatura e análise bibliométrica elucidou que o pré-tratamento sustentável do bagaço de malte é uma das etapas mais limitantes na conversão da biomassa lignocelulósica em produtos de valor agregado e bioenergia. Desse modo, o objetivo desta tese foi avaliar a aplicação de hidrólise em água subcrítica do bagaço de malte como um processo tecnológico e sustentável para produzir produtos de valor-agregado e bioenergia em um conceito de biorrefinaria. O pré-tratamento do bagaço de malte foi otimizado em um processo semi-contínuo, operado com um único e dois reatores sequenciais para obter um hidrolisado contendo açúcares, xilo-oligossacarídeos e aminoácidos. A hidrólise em água subcrítica foi realizada a 15 MPa, 5 mL min–1, e em diferentes temperaturas (80 - 180 °C). Experimentos integrando hidrólise em água subcrítica e digestão anaeróbia foram conduzidos para produzir bioenergia (biometano, electricidade e calor) e fertilizante. Em um conceito de biorrefinaria, foi avaliado os parâmetros econômicos dos bioprocessos, visando identificar a opção mais rentável para a implementação industrial. Os resultados obtidos demonstraram que a hidrólise em água subcrítica rompeu a estrutura do bagaço de malte, libertando monossacarídeos (47 mg g–1 carboidratos), aminoácidos (42 mg g–1 proteínas), e xilo-oligossacarídeos (204 mg g–1 hemicelulose). A avaliação econômica da produção de açúcares revelou que a separação dos monossacáridos obtidos por hidrólise em água subcrítica é uma vantagem para a rentabilidade do processo industrial. No caso dos xilo-oligossacarídeos, o lucro bruto do processo de hidrólise com dois reatores sequenciais foi 30% superior quando comparado ao uso de um único reator subcrítico. Além disso, o pré-tratamento é rentável para a recuperação de xilo-oligossacarídeos. O hidrolisado obtido pela hidrólise em água subcrítica foi aplicado na digestão anaeróbia para verificar a produção de biogás rico em metano e bioenergia. Os resultados demonstraram que a integração entre pré-tratamento e a digestão anaeróbia aumentou o rendimento do metano (747 L CH4 kg–1 TVS) quando comparado com o processo de digestão anaeróbia sem pré-tratamento (53 L CH4 kg–1 TVS). Para o processo com pré-tratamento, a produção de electricidade (134 kWh ton–1) e calor (604 MJ ton–1) foram responsáveis pela mitigação de 44 kg de CO2-eq ton–1. Em escala industrial, a digestão anaeróbia sem pré-tratamento é uma opção economicamente viável para produzir bioenergia e fertilizante, com tempo de retorno do investimento inferior a 5 anos, taxa interno de retorno de cerca de 20%, e valor presente líquido de até 1 milhão de USD. Portanto, a aplicação da hidrólise em água subcrítica do bagaço de malte pode ser considerado um pré-tratamento sustentável para produzir produtos de valor agregado e bioenergia, contribuindo para a transição a uma economia circular através da redução da pegada de carbono da indústria da cerveja (AU)

• Processo FAPESP: 19/26925-7 - Desenvolvimento de um sistema automatizado para produção de precursores de biocombustíveis através da tecnologia subcrítica
• Beneficiário: William Gustavo Sganzerla
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto