Workshop de Hidrólise de Bagaço e Palha de Cana para Produção de Título da Apresentação Etanol Projeto PPPP Fapesp Jaime Autor Finguerut jaime@ctc.com.br Escolha IPT SP uma 14/12/06 restrição e apague as outras Uso Exclusivo do(a) CTC ou Associada ou Área Uso Exclusivo das Associadas ao CTC jaime@ctc.com.br Divulgação Livre
CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO TERMO DE REFERÊNCIA (1) Caracterização do material lignocelulósico. Os materiais lignocelulósicos têm em sua composição basicamente celulose, hemicelulose e lignina, na proporção aproximada de 40 a 50%, 20 a 30% e 25 a 30% respectivamente, variando em função do tipo de material. Esses compostos formam uma estrutura complexa e compacta, cujas características também dependerão do tipo de material a ser processado (bagaço ou palha de cana e diferentes variedades de cana, entre outros). Nesta área do desenvolvimento 2 perguntas chave precisam ser respondidas: Existem vantagens significativas entre as características da palha e do bagaço, com vistas ao seu processamento para produção de etanol? Existem interferentes importantes, na composição do bagaço e da palha da cana, para o processo de hidrólise? jaime@ctc.com.br
BAGASSE AND TRASH COMPOSITION Natural Polymers and Agrofibers Composites R.M. Rowell, J.S. Han and J.S. Rowell (São Carlos, Brazil,2000) Table 1. Chemical composition of some common fibers Sugar Cane Bagasse and Trash Cellulose Lignin Pentosan Ash Silica 32-48 19-24 27-32 1.5-5 0.7-3.5 LIGNOCELLULOSICS SUSPENDED SOLIDS DISSOLVED SOLIDS MOISTURE 45% 2-3% 2-3% 50%
ETHANOL YIELD BAGASSE AND TRASH Kg Kg litres hydrolisis fermentation cellulose 200 glucose 209 ethanol 123 hemicellulose 158 lignin 100 xilose Hydrolysis proteins 17 arabinose 126 ethanol 63 ashes 25 water 500 total 186 Kg Kg l Celulose 210 233 150 Hemicelulose 135 153 99 Lignina Extrato Cinzas Água 110 20 25 500 C.E.V. ROSSEL Conversão celulose : glicose: 1,111 kg/kg Hemicelulose: xilose: 1,136 kg/kg glicose : etanol: 0,6475 l/kg xilose : etanol: 0,6475 l/kg
CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO No slide anterior vemos que o sucesso da produção de álcool de celulósicos depende de: Disponibilidade e custo do material Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de pré-tratamento Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de hidrólise Características do material que possam simplificar o processo de fermentação
CARACTERIZAÇÃO Vantagens significativas do bagaço Já está na Usina Seu custo já está apropriado nos produtos Já foi tratado fisicamente para permitir a extração do caldo (prepraro e moagem) Parte do bagaço é material de armazenamento: células ocas formadas só por parede celular
CARACTERIZAÇÃO Desvantagens e interferentes: Hoje sobra muito pouco: balanço energético Digestibilidade enzimática integral relativamente baixa. Lignina e hemicelulose (steam explosion) Compete em uso com a bioeletricidade que é a tecnologia existente e atrai os investimentos Contém sólidos não fibra (terra, areia, cinzas, extrativos) Origina muita xilose (açúcar não fermentável)
TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY
TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY
Study of sugar cane bagasse characteristics: particle shape and size, free-settling velocity, and drag coefficient. Brazilian Chemical Engineering Journal Silvia Nebra e Juan Harold Sosa-Arnao FEM UNICAMP 2006
CARACTERIZAÇÃO Vantagens significativas da palha Pode dobrar a quantidade correspondente de bagaço Teremos de parar de queimar cana Pelo menos parte da palha tem de ser retirada para controlar pragas como a cigarrinha Comparando com outras gramíneas (corn stover), teria digestibilidade enzimática muito maior, possívelmente por conter menos lignina (menos aromáticos p-ca) (Danny Akin ARS Georgia USA) Pode queimar o bagaço e hidrolisar a palha ou vice-versa Palha já chega com baixa umidade
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
SUGARCANE TRASH YIELD TOPS STALK GREEN LEAVES Average Variety Cut Stalks (t/ha) Trash (DM) (t/ha) Trash % to Stalks 1º C* 120,0 17,8 15% SP79-1011 3º C 91,5 15,0 16% 5º C 84,2 13,7 16% 1º C* 135,8 14,6 11% SP80-1842 3º C 100,5 12,6 13% 5º C 91,6 10,5 11% 1º C* 134,3 17,2 13% RB72454 3º C 99,8 14,9 15% 5º C 78,2 13,6 17% Average 104,0 14,4 14% D r y tr a s h % s t a lk s 2 1 % DRY LEAVES 1 9 % 1 7 % 1 5 % S P 7 9-1 0 1 1 R B 7 2 4 5 4 S P 8 0-1 8 4 2 R 2 = 0,2 8 0 9 1 3 % 1 1 % 9 % R 2 = 0,8 1 7 4 R 2 = 0,2 0 1 4 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 C a n e y ie ld ( t/ h a )
Thick trash layer
COST OF SUGAR CANE TRASH GEF/UNDP/MCT Project BRA/96/G31 Biomass power generation: Sugar cane bagasse and trash Items Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3 Deliver trash to mill 9.61 23.23 2.74 Loss of agricultural productivity 2.41 - - Opportunity cost of trash in field 5.59 5.37 6.50 Trash separation from cane - 2.79 3.69 Trash processing 0.89 0.85 1.14 Difference of industrial results - -1.13-0.37 Trash total cost 18.49 31.12 13.70 U$/dry ton Alternative 1 baling Alternative 2 no cleaning during harvesting, low density transportation Alternative 3 partial cleaning 1 dry ton of trash 18 GJ
CARACTERIZAÇÃO Desvantagens e interferentes: Não está disponível hoje. Apesar dos custos atrativos precisa desenvolver o sistema de coleta, transporte, etc. Precisa pré-tratamento físico. Baixa densidade. Possivelmente precisará outras enzimas Também gera muita xilose Também compete com bioeletricidade
CARACTERIZAÇÃO Futuro: Variedades mais apropriadas. Cana-de-álcool, cana-energia? Fotossíntese para álcool? Termoquímicos: BTL (biomass-to-liquids) ou gaseificação + fermentação serão viáveis?