Modelagem e avaliação de diferentes cenários operacionais dos processos de pré-tratamento, hidrólise e fermentação para a produção de etanol 2g

Resumo

O bagaço da cana-de-açúcar (um subproduto gerado pela agroindústria brasileira na produção de etanol) constitui uma das fontes renováveis e alternativa econômica para a produção de biocombustível de segunda geração (2G) e para a geração de eletricidade (co-geração). Diversas etapas compreendem o processo, destacando-se: o pré-tratamento, a hidrólise, a fermentação alcoólica e concentração do etanol de acordo com o produto desejado (etanol hidratado ou anidro). O desenvolvimento de novas tecnologias empregadas no setor agrícola trouxe consigo um aumento na produtividade da cana de açúcar e na obtenção de subprodutos (o bagaço disponível e a palha da cana). No que se refere à produção de etanol de 2G, diferentes tecnologias têm sido exploradas nos últimos anos, com o objetivo de hidrolisar os materiais lignocelulósicos liberando os polissacarídeos presentes, a saber, celulose e hemicelulose. A celulose leva à formação da glicose que é prontamente fermentescível à etanol com microorganismos já usados industrialmente e a hemicelulose leva à obtenção de xilose. Um dos principais gargalos que envolvem a produção de etanol lignocelulósico (2G) é o pré-tratamento que compreende a retirada das barreiras estruturais e composicionais dos materiais lignocelulósicos, conduzindo a uma melhora no porcentual de hidrólise e aumento dos rendimentos de açúcares fermentescíveis (obtidos da celulose e hemicelulose) de forma eficiente e economicamente viável.Neste contexto, e objetivando a avaliação das melhores concepções e políticas operacionais dos processos considerados, o presente projeto de pesquisa de pós-doutoramento visa o desenvolvimento de modelos determinísticos, validados com dados experimentais, para os processos de pré-tratamento e hidrólise, e de modelos não-estruturados e não-segregados que modelem o processo de fermentação, os quais serão fundamentados no detalhamento da cinética e nos fenômenos de transferência massa por metodologias apropriadas para sua representação. Serão considerados modelos dinâmicos com solução numérica obtida através da implementação de abordagens numéricas para a solução das equações. Por fim, será realizada a respectiva validação dos modelos desenvolvidos com dados reais obtidos de desenvolvimentos experimentais no Laboratório de Otimização, Projetos e Controle Avançado (LOPCA), no Laboratório Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) ambos pertences na Faculdade de Engenharia Química (Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP) e no centro de pesquisa da Universidade de Michigan (MSU)/EUA para o caso do processo AFEX, desenvolvido por Dale (Jin et al., 2011; Bals et al., 2010) e de dados reportados na literatura.