PODER CALORÍFICO DA PALHA E DO BAGAÇO DE CANA APÓS PRÉ-TRATAMENTO E HIDRÓLISE

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1 PODER CALORÍFICO DA PALHA E DO BAGAÇO DE CANA APÓS PRÉ-TRATAMENTO E HIDRÓLISE CALORIFIC POWER OF STRAW AND CANE BAGASSE AFTER PRE-TREATMENT AND ENZYMATIC HYDROLYSIS Resumo Juliana Pelegrini Roviero (1) Lidyane Aline de Freita 1 (2) Cristhyane Millena de Freita 2 (3) Letícia Fernanda Tralli 3 (4) Aline Ferreira Silva 4 (5) Márcia Justino Rossini Mutton 5 (6) Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento do poder calorífico superior e inferior de palha e bagaço de cana in natura, após o pré-tratamento ácido e após a hidrólise enzimática, observando seu potencial de produção de energia, considerando essas matériasprimas potenciais para a produção de etanol de segunda geração. Utilizou-se palhada resultante de colheita mecanizada, além da coleta de bagaço de cana-de-açúcar, ambos cedidos por unidade industrial e centro de pesquisa, na região de Jaboticabal, São Paulo. Estes passaram por pré-tratamento ácido, e logo após foi realizada a hidrólise enzimática da celulignina. A partir das biomassas secas, foram realizadas análises do poder calorífico inferior e superior. De acordo com os resultados obtidos, pode-se observar que houve aumento em torno de 600kcal/Kg para os tratamentos com relação ao poder calorífico dos materiais in natura para os materiais após a hidrólise enzimática. Palavras-chave: Biomassa. Etanol. Segunda geração. Abstract (exemplo) This work aims to study the behavior of the upper and lower calorific value of straw and bagasse in natura, after the acid pretreatment and after the enzymatic hydrolysis, observing its potential of energy production, considering these potential raw materials to produce second generation ethanol. A straw resulting from mechanized harvesting was used, as well as the collection of sugarcane bagasse, both yielded by industrial unit and research center, in the region of Jaboticabal, São Paulo. These underwent acid pretreatment, and soon thereafter the enzymatic hydrolysis of cellulignin was performed. From the dry biomass, analyzes of the lower 1 Doutora em Microbiologia Agropecuária pela FCAV Unesp - Jaboticabal. Docente da Etec de Guariba. Tecnóloga em Biocombustíveis. Endereço eletrônico: juroviero@hormail.com. 2 Doutora em Microbiologia Agropecuária pela FCAV Unesp - Jaboticabal. Bióloga. Endereço eletrônico: lidyane.freita@gmail.com. 3 Mestre em Microbiologia Agropecuária pela FCAV Unesp - Jaboticabal. Tecnóloga em Biocombustíveis. Endereço eletrônico: cristhyanemille@hotmail.com. 4 Graduada em Tecnologia em Biocombustíveis pela Fatec Jaboticabal. Docente da Etec de Taquaritinga. Endereço eletrônico: leticia_tralli@hotmail.com. 5 Mestre em Microbiologia Agropecuária pela FCAV Unesp - Jaboticabal. Bióloga. Endereço eletrônico: Endereço eletrônico: lyne_ferreira@hotmail.com. 6 Doutora em Agronomia pela FCAV Unesp. Docente da Unesp de Jaboticabal. Eng. agrônomo. Endereço eletrônico: marcia.mutton@gmail.com.

2 and upper calorific values were performed. According to the obtained results, it can be observed that there was increase around 600kcal / Kg for the treatments with respect to the calorific value of the in natura materials for the materials after the enzymatic hydrolysis. Keywords: Biomass. Ethanol. Second generation. 1 Introdução Na colheita e processamento industrial da cana-de-açúcar para a fabricação de açúcar e etanol, diversos resíduos são gerados, como por exemplo o bagaço e a palhada. Essa biomassa lignocelulósica é composta por cerca de 70% de polímeros de açúcar, materiais que têm grande potencial para a produção de etanol lignocelulósico, o chamado etanol de segunda geração. Há um questionamento sobre a interferência da produção do etanol celulósico na cogeração já que atualmente o bagaço é queimado em caldeiras gerando energia, muitas vezes, em quantidade maior que a necessária na usina, sendo então passível de comercialização. Grande parte da palha ainda é deixada no campo, no entanto, existem estudos para a viabilização de sua queima, com a possibilidade do aumento da produção de energia gerada atualmente. A cogeração constitui-se na geração simultânea de energia térmica e mecânica, a partir de um mesmo combustível (gás natural, resíduos de madeira, casca de arroz, bagaço de cana, palha, etc.). A energia mecânica obtida pode ser utilizada na forma de trabalho ou transformada em eletricidade, através de geradores. Já a energia térmica pode ser utilizada como fonte de calor em um processo industrial, ou no setor de comércio / serviços. O potencial de geração de energia elétrica pelo setor sucroalcooleiro está relacionado diretamente à tecnologia empregada, devido ao fato de que os custos unitários (R$/kW instalado) serem influenciados pelo efeito escala. O tipo de caldeira utilizada para a queima (caldeiras de pressão mais elevada 40 a 100bar), bem como a utilização de turbinas de múltiplo estágio, podem elevar, de forma significativa, a eficiência energética do processo. A geração de energia elétrica por parte do setor sucroalcooleiro se encontra abaixo do seu potencial. Segundo Souza e Azevedo (2006), mediante a adoção de tecnologias disponíveis de cogeração a partir do bagaço e da palha, apenas a produção de excedente de energia por parte das usinas paulistas seria capaz de suprir o déficit de toda a região Sudeste, por ocasião do racionamento, durante a crise de

3 O poder calorífico é a quantidade de energia na forma de calor liberada pela combustão de uma unidade de massa do material combustível. A quantidade de energia nas biomassas é quantificada pela unidade do poder calorífico (kcal/kg) (ROCCO, 2011). Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento do poder calorífico de palha e bagaço de cana in natura, após o pré-tratamento ácido e após a hidrólise enzimática, observando seu potencial de produção de energia, considerando essas matérias-primas potenciais para a produção de etanol de segunda geração. 2 Material e Métodos Utilizou-se palhada resultante de colheita mecanizada, além da coleta de bagaço de cana-de-açúcar, ambos cedidos por unidade industrial e centro de pesquisa, na região de Jaboticabal, São Paulo. Biomassa de cana e cana energia utilizadas: Palhada da variedade RB (3º corte) coletada em 25/06/2014. Bagaço coletado em pátio de unidade de produção em 25/06/2014. Para o pré-tratamento, as umidades foram obtidas em determinador de umidade Sartoruius MA35, e logo após foram feitos os cálculos. Utilizou-se reator de aço inoxidável com capacidade de 500mL, com 30g de massa seca em estufa aerada a 60ºC, em que se descontou os valores de umidade obtidos, e apresentavam grande heterogeneidade de tamanhos de fibra. A concentração de ácido sulfúrico foi de 0,5%, a temperatura utilizada foi de 140ºC por 15 minutos, com 3 repetições (RABELO et al., 2011). A celulignina foi lavada com água em abundância, depois seca em estufa a 60ºC e armazenada. A hidrólise enzimática foi realizada, utilizando uma concentração de 10% (m/v) de sólidos. O ph das amostras foi ajustado para 4,8 (ph ótimo) e os erlenmeyers de 250mL foram fechados e encubados em estufa microbiológica, com agitações periódicas. A temperatura utilizada durante a hidrólise foi de 50 C, anteriormente determinada como ótima para a enzima. Ao final das 72h de hidrólise e coleta do líquido reacional neste tempo, o bagaço e a palha restantes foram transferidos para uma peneira de 150 mesh e lavados em água corrente

4 Poder Calorífico Superior (Kcal/Kg) Simpósio de Tecnologia Ambiental e de Biocombustíveis para remoção do açúcar residual (aproximadamente 200mL água). As amostras foram secas a 105 C e armazenadas (RABELO et al., 2011). O poder calorífico superior foi analisado em bomba calorimétrica IKA (C2000 Basic) acoplado a aparelho para banho de refrigeração IKA (KV 600 Digital). Foram realizadas análises nos materiais in natura, após pré-tratamento e após a hidrólise enzimática. Visando a transformação dos valores obtidos para o PCS em PCI, foi empregada a equação descrita por Paoliello (2008). 3 Resultados e Discussão O Poder Calorífico Superior (PCS) é aquele que considera o calor de vaporização da água, mais precisamente, o PCS compreende a soma da energia liberada por uma unidade de massa seca a 0% de umidade, na forma de calor, e a energia, na forma de calor latente de vaporização, da água de constituição que é recuperada. Na figura 1 é possível observar o comportamento do poder calorífico superior (PCS), nas biomassas in natura, após o pré-tratamento e após a hidrólise enzimática. A partir desta análise observa-se ao longo das etapas, que o poder calorífico aumentou, sendo que dos materiais in natura para os materiais após a hidrólise enzimática o aumento foi em torno de 600kcal/Kg para a palha. Figura 1 Avaliação de valores médios do Poder calorífico superior em Kcal/Kg da palha e do bagaço de cana in natura, após o pré-tratamento e após a hidrólise enzimática In Natura Pré tratado Após hidrólise RB Bagaço enzimática Quando se desconta o calor de vaporização da água, obtém-se o Poder Calorífico Inferior (PCI) (ROCCO, 2011).

5 Poder Calorífico Inferior (Kcal/Kg) Simpósio de Tecnologia Ambiental e de Biocombustíveis Na figura 2 é possível avaliar que houve aumento crescente do poder calorífico inferior da palha de cana quando comparamos o material in natura, após o pré-tratamento e após a hidrólise enzimática. Com relação ao poder calorífico do bagaço, há um aumento nos valores do material in natura, pata o matéria pré-tratado, no entanto não se observa esse comportamento quando se realiza a hidrólise enzimática. Figura 2 Avaliação de valores médios do Poder calorífico inferior em Kcal/Kg da palha e do bagaço de cana in natura, após o pré-tratamento e após a hidrólise enzimática In Natura Pré tratado Após hidrólise enzimática RB Bagaço 4 Conclusões De acordo com os resultados obtidos, pode-se observar que houve aumento em torno de 600kcal/Kg para os tratamentos com relação ao poder calorífico dos materiais in natura para os materiais após a hidrólise enzimática, o que indica que o processo de cogeração de energia pode ser beneficiado com a utilização de bagaço e palha resultantes da produção de etanol de segunda geração. 5 Agradecimentos/ Apoio financeiro A Usina Santa Adélia pelo material cedido. Ao LANA Departamento de Zootecnia Laboratório de Nutrição Animal.

6 Referências PAOLIELLO, J. M. M. Aspectos Ambientais e Potencial Energético no Aproveitamento de Resíduos da Indústria Sucroalcooleira. 200 p. Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista, Bauru, RABELO, S.; CARRERE, H.; MACIEL FILHO, R.; COSTA, A. Production of bioethanol,methane and heat from sugarcane bagasse in a biorefinery concept. Bior. Tech., v. 102, p ROCCO, C. D. Um modelo de otimização para as operações de produção de vapor em caldeiras industriais: um estudo de caso na indústria de alimentos. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia de Produção), São Carlos, 2011, 99p. SOUZA, Z. J.; AZEVEDO, P. F. Geração de energia elétrica excedente no setor sucroalcooleiro: um estudo a partir das usinas paulistas. Rev. Econ. Sociol. Rural, Brasília, v. 44, n. 2, 2006.