UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR PALOTINA MESTRADO - BIOENERGIA BIOETANOL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR PALOTINA MESTRADO - BIOENERGIA BIOETANOL Palotina (PR), Maio de 2018.

2 BIOETANOL 1) MATÉRIAS PRIMAS 2) BIORREATORES 3) PRODUÇÃO DE ETANOL 2

3 MATÉRIAS PRIMAS As matérias-primas de bio-conversão provenientes das agroindústrias são muito variadas, e podem ser classificadas segundo sua natureza físico-química!!!! 3

4 MATÉRIAS PRIMAS Substratos solúveis: sacarose, glicose, frutose e lactose podem ser facilmente extraídos e convertidos em produtos. Exemplos: Cana-de-açúcar; Beterraba; Melaço; Soro de leite. 4

5 CANA DE AÇÚCAR Componentes Químicos e Tecnológicos da Cana de Açúcar 5

6 CANA DE AÇÚCAR 6

7 CANA DE AÇÚCAR Produção de etanol por unidade de área plantada 7

8 CANA DE AÇÚCAR Estimativa de área colhida de cana-de-açúcar por região. 8

9 CANA DE AÇÚCAR Estimativa de produtividade de cana-de-açúcar por região. 9

10 CANA DE AÇÚCAR Estimativa de produção de cana-de-açúcar por região. 10

11 CANA DE AÇÚCAR Moagem brasileira de cana-de-açúcar. 11

12 CANA DE AÇÚCAR Percentual de colheita manual Percentual de colheita mecanizada 12

13 MATÉRIAS PRIMAS Polissacarídeos insaturados de material amiláceo: onde há necessidade de pré-tratamento para solubilização e hidrolise, exemplos: Milho; Mandioca; Trigo; Cevada; Batata. 13

14 MATÉRIAS PRIMAS Polissacarídeos insolúveis, material de origem celulósica, hemicelulósica e lignocelulósica são oriundos de vegetais que necessitam de tratamentos químicos e físicos vigorosos. 14

15 OPERAÇÃO DE BIORREATORES DESCONTÍNUO; CONTÍNUO; 15

16 PROCESSO DESCONTÍNUO Carrega o reator fermenta descarrega esteriliza recomeça nova fermentação; Volume no decorrer da fermentação permanece constante; 16

17 PROCESSO DESCONTÍNUO Pode apresentar baixos rendimentos; Substrato adicionado de uma única vez no início da fermentação exerce efeitos de: Inibição; Repressão; Ou desvia o metabolismo celular a produtos que não interessam. 17

18 PROCESSO DESCONTÍNUO Apresenta tempo morto (carga, descarga, lavagem, esterilização); Apresenta menores riscos de contaminação; Grande flexibilidade de operação; 18

19 FERMENTAÇÃO - DORNAS TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO BATELADA COM CENTRIFUGAÇÃO Fermentação Batelada MOSTO FERMENTO TRATADO ÁGUA ÁCIDO DORNA CUBA VOLANTE DE VINHO TURBINADO CENTRÍFUGA ÁGUA TROCADOR DE CALOR TANQUE PULMÃO VINHO BRUTO DESTILAÇÃO

20 PROCESSO CONTÍNUO Alimentação contínua do meio de cultura a uma determinada vazão constante; Volume de reação mantido constante através da retirada contínua de caldo fermentado; V=cte é necessário para obtenção do SS; SS: condição na qual as variáveis de estado: concentração de células, de substrato, de produto, permanecem constantes ao longo do tempo de operação do sistema. 20

21 PROCESSO CONTÍNUO Principais vantagens do processo de fermentação contínuo: Aumento de produtividade: menores tempos mortos; Obtenção de caldo fermentado uniforme, facilitando o projeto de operações de recuperação do produto desejado; Manutenção de células em mesmo estado fisiológico; 21

22 PROCESSO CONTÍNUO Principais vantagens do processo de fermentação contínuo: Possibilidade de associação com outras operações contínuas na linha de produção; Maior facilidade no emprego de controles avançados; Menor necessidade de mão-de-obra; 22

23 PROCESSO CONTÍNUO Principais desvantagens do processo de fermentação contínuo: Maior investimento inicial na planta; Possibilidade de ocorrências de mutações genéticas espontâneas, resultando na seleção de mutantes menos produtivas; Maior possiblidade de ocorrências de contaminações: Sistema aberto; Necessita de assepsia nos sistemas de alimentação e retirada do meio; 23

24 PROCESSO CONTÍNUO Principais desvantagens do processo de fermentação contínuo: Dificuldade de manutenção de homogeneidade no reator: Quando se trabalha com baixas vazões; Quando o caldo adquire comportamento pseudo-plástico (fungo filamentoso). Dificuldade de operação em SS em situações como: Formação de espuma; Crescimento de microrganismo nas paredes do reator. 24

25 FERMENTAÇÃO - DORNAS TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Contínua MOSTO ÁCIDO ÁGUA CENTRÍFUGA TRATAMENTO DO FERMENTO DESTILAÇÃO

26 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL 26

27 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL 27

28 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL 28

29 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL NÚMERO DE PLANTAS E A CAPACIDADE DE PRODUÇÃO AUTORIZADA POR ESTADO E POR REGIÃO 29

30 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL HISTÓRICO DE PRODUÇÃO NACIONAL DE ETANOL ANIDRO E HIDRATADO (Período: 2012 até 2016). 30

31 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL Comparativo da produção de etanol total. 31

32 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL Vendas nacionais de combustíveis. 32

33 Produção de etanol 33

34 Produção de etanol 34

35 Produção de etanol 35

36 PREPARO DO MOSTO Mosto é uma mistura de mel e/ou caldo clarificado. Sua concentração é definida conforme a produção pretendida. O mosto deve ter as seguintes características: Isenção de Sólidos (bagacilho, areia, terra); Temperatura de 32ºC; Contaminação < 10² (ideal). 36

37 Produção de etanol 37

38 Produção de etanol 38

39 Produção de etanol 39

40 FERMENTAÇÃO O objetivo primordial da levedura, (ao metabolizar anaerobicamente o açúcar) é gerar uma forma de energia (ATP). Empregada na realização de trabalhos fisiológicos e biossínteses. Necessário a manutenção da vida, crescimento e multiplicação para perpetuar a espécie. 40

41 FERMENTAÇÃO Temperatura ph do mosto Concentração da matéria-prima Teor alcoólico do produto Concentração de inóculo Contaminação bacteriana 41

42 FERMENTAÇÃO Em aerobiose, ocorre a oxidação total da glicose: Diminui o rendimento em álcool mas pelo aproveitamento de energia há maior produção de células de leveduras. 42

43 FERMENTAÇÃO 43

44 FERMENTAÇÃO Produtividade Velocidades Instantâneas Velocidades Específicas Fatores de Conversão 44

45 FERMENTAÇÃO 45

46 FERMENTAÇÃO 46

47 FERMENTAÇÃO 47

48 Produção de etanol 48

49 DESTILAÇÃO Processo de destilação: é aquele a que o VINHO é submetido visando a sua separação em substâncias voláteis e condensáveis. Assim, temos de acordo com o grau de volatilidade, as seguintes frações: Cabeça são os componentes mais voláteis, recolhidos na primeira fração do condensado; Coração fração intermediária, constituída basicamente de etanol; Cauda constituída de compostos menos voláteis. Vinhaça parte não volátil do vinho. O teor alcoólico nesse produto é virtualmente nulo, mas alguns componentes voláteis podem estar presentes. 49

50 DESTILAÇÃO 50

51 FABRICAÇÃO DE ÁLCOOL Importações e exportações de etanol Absoluto Importações e exportações de etanol Valores 51

52 Produção de etanol 52