Produção de etanol a partir de resíduos celulósicos. II GERA - Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindústria Sucroalcooleira 13/06/2007

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1 Produção de etanol a partir de resíduos celulósicos II GERA - Workshop de Gestão de Energia e Resíduos na Agroindústria Sucroalcooleira 13/06/2007

2 Fermentação Energia (ATP) Etanol Açucares Glicose Frutose Maltotriose CO 2 Ésteres Álcoois superiores 2

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5 PRODUÇÃO DE AÇÚCAR E ÁLCOOL CANA RECEPÇÃO/ PREPARO EXTRAÇÃO CALDO PROCESSO AÇÚCAR AÇÚCAR BAGAÇO MELAÇO CALDO GERAÇÃO DE VAPOR e ELETRICIDADE PROCESSO ÁLCOOL ÁLCOOL VINHAÇA 5

6 Conversão da sacarose da cana Usina de açúcar Açúcar: Etanol do melaço: 120 kg/tc 7 L/TC Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa) Açúcar: 67 kg/tc Etanol: 42 L/TC Etanol (Destilaria Autônoma) Etanol: 85 L/TC 6

7 Matéria prima para produção de álcool Cana-de-açúcar Caldo Melaços Milho Sorgo Mandioca Resíduos celulósicos 7

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9 A HIDROLISE PODE SER FEITA EMPREGANDO DIVERSOS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS Requerimentos para as matérias primas Disponibilidade Baixo custo No Brasil a matéria prima mais apropriada é o bagaço de cana (Futuramente a palha) Não requer preparo Está disponível em grandes volumes Seu custo é comparativamente menor Estando disponível no local não envolve custos adicionais de transporte 9

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11 Bagaço de cana Cada 3 ton de cana produz 1 ton de bagaço, este pode ser utilizado como matériaprima na obtenção de outros produtos, como furfural, carvão ativado, produtos moldados, alimentação animal e outros (O Novo Ciclo da Cana, 2005). 11

12 Bagaço de cana quimicamente composto por celulose (41 44 %), hemicelulose (25 27 %) e lignina (20 22 %); com pequenas quantidades de outros compostos classificados conjuntamente como componentes estranhos (O Novo Ciclo da Cana, 2005). 12

13 COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA BAGAÇO INTEGRAL FIBRA MEDULA CELULOSE % 46,6 47,7 41,2 HEMICELULOSE % 25,2 25,0 26,0 LIGNINA % 20,7 19,5 21,7 13

14 Potencial de conversão do Bagaço em etanol Kg Kg litros hidrolise fermentação celulose 200 glicose 209 etanol 123 hemicelulose 158 lignina 100 xilose proteinas 17 arabinose 126 etanol 63 cinza 25 agua 500 total 186 Rossell,

15 Pré-tratamentos Hidrólise Química Hidrólise Enzimática Ácido concentrado Ácido diluído Solvente orgânico TECNOLOGIA DHR 15

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17 Produção de etanol a partir de materiais celulósicos por hidrólise enzimática Lynd et al., Science 251:

18 Figure: Generalized schematic of concentrated sulfuric acid process Acesso 15/03/

19 Figure: General schematic of two-stage dilute acid hydrolysis process Stage 1: 0.7% sulfuric acid, 190 C, and a 3-minute residence time Stage 2: 0.4% sulfuric acid, 215 C, and a 3-minute residence time Acesso 15/03/

20 Biorefinarias instalações industriais nas quais a biomassa pode ser convertida, econômica e ecologicamente, em produtos químicos, materiais, combustíveis e energia. Pye, E.K. Int. Sugar J., 107: 222, 2005 Schuchardt, U. Biorefinarias,

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22 Xarope e melaço Lavoura de Cana Cana Fabricação Açúcar Bagaço Torta Unidade de Vapor e Eletricidade Etanol Fábrica de Etanol Açúcares Unidade de Hidrólise Rossell, C.,

23 Schematic for basic process of enzymatic hydrolysis 23

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26 METODOLOGIA PROPOSTA Experimentos de hidrólise enzimática do bagaço Caracterização do licor obtido na hidrólise enzimática do bagaço prétratado Fermentação do licor Parâmetros fermentativos 26

27 Bagaço seco / moído Pré-tratamento com fungos Pré-tratamento ácido Pré-tratamento ácido com neutralização Extração dos açucares Extração dos açucares Extração dos açucares Licor Licor Licor (NH 4 ) 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 Fermentação (30 C / 70rpm) Fermentação (30 C / 70rpm) Fermentação (30 C / 70rpm) Análise dos Parâmetros Fermentativos 27

28 I. Tratamento do bagaço A. Hidrólise de bagaço de cana por fungos Valores máximos de AR (g/l) obtidos após cultivo Bagaço seco Bagaço moído Pleurotus ostreatus / 22d 0,19 0,19 Pleurotus sajor-caju / 22d 0,32 0,25 Pleurotus eryngii / 17d 0,22 0,16 Phanerochaete chrysosporium / 17d 0,67 0,78 Aspergillus niger / 10d 0,30 28

29 I. Tratamento do bagaço B. Hidrólise ácida de bagaço de cana Valores de AR (g/l) após hidrólise ácida do bagaço Bagaço seco Bagaço moído CH 3 COOH 0,31 - HCl 4,43 8,56 H 2 SO 4 4,91 17,84 H 2 SO 4 + neutralização a - 18,66 a adição de 14,5 ml de NaOH 2% sobre o bagaço após hidrólise ácida (ph ~ 5,5) 29

30 Viabilidade Celular ( % ) AR (g/l) teor alcoólico (ml/100 ml) 0,6 0,4 0,2 0, Figura. Parâmetros cinéticos (teor alcoólico, açúcares redutores e viabilidade celular) obtidos após fermentação por células Saccharomyces cerevisiae Y-904 do bagaço hidrolisado por H 2 SO 4 ( - - ) e H 2 SO 4 neutralizado com NaOH ( - - ) tempo (h) 30

31 Viabilidade Celular ( % ) AR (g/l) teor alcoólico (ml/100 ml) 0,4 0,2 0,0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, tempo (h) Figura. Parâmetros cinéticos (teor alcoólico, açúcares redutores e viabilidade celular) obtidos após fermentação por células Saccharomyces cerevisiae Y-904 do bagaço hidrolisado por Aspergillus niger IZ- 9 ( - - ) e Phanerochaete chrysosporium( - - ). 31

32 PARTICIPANTES Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ), USP, Piracicaba/SP Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição (LAN) Setor de Açúcar e Álcool Prof. Dr. André R. Alcarde Prof. Dr. Jorge Horii Profa. Dra. Sandra Helena da Cruz shcruz@esalq.usp.br 32

33 PARTICIPANTES Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA), USP, Piracicaba/SP Laboratório de Ecotoxicologia Profa. Dra. Regina T. R. Monteiro 33