RenovEnergia 14, Energias Renováveis e Transição Energé6ca Maceió - Alagoas, Brasil 19 21 de Março de 2014 Estudo do pré- tratamento hidrotérmico da palha de milho visando a produção de etanol de segunda geração M. S. R. SANTOS 1, R. M. R. G. ALMEIDA 1, R. B. A. SOUZA 2, G. M. SILVA 2, A. J. G. CRUZ 2 1 Universidade Federal de Alagoas, Departamento de Engenharia Química 2 Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química
Figura 1: Repar6ção da oferta de energia no Brasil em 2011 (Fonte: Empresa de Pesquisa Energé6ca EPE, 2012). Frequente preocupação com as questões ambientais e desenvolvimento sustentável; Cada vez mais o aproveitamento de resíduos para a produção de etanol ganhará espaço e importância; Uso de biomassas (WOLF, 2011).
A matriz energézca brasileira já se apresenta diversificada e renovável; O uso desses Zpos de energia irá crescer ao longo dos anos.
Fontes de obtenção do bioetanol Pode ser produzido mediante qualquer biomassa que contenha quanzdades expressivas de açúcares, amido ou celulose (SILVA, 2009); Matérias sacaríneas; Matérias amiláceas; Matérias- primas lignocelulósicas: Etanol de segunda geração 2G (BIOETANOL, 2008);
Materiais Lignocelulósicos Figura 2: Estrutura recalcitrante da biomassa lignocelulósica (Fonte: SANTOS et al., 2012). ConsZtuídos de fibras de celulose envolvidas em uma matriz amorfa, que atua na estrutura como uma barreira natural ao ataque de microrganismos e/ou enzimas (GOUVEIA et al., 2009); Principal gargalo: a dificuldade de serem converzdos em insumos químicos devido às suas caracteríszcas químicas e morfológicas.
Materiais Lignocelulósicos Composição química: 35-50% de celulose, 20-35% de hemicelulose e 10-25% de lignina e uma pequena quanzdade de cinzas e extrazvos (SANTOS et al., 2012). Uso de materiais lignocelulósicos: Contribui para reduzir a compezção com a indústria de alimentos e para a geração de valor agregado aos resíduos agroindustriais (DAGNINO et al., 2012).
A palha de milho para produção de etanol 2G No Brasil, os resíduos do setor sucroalcooleiro são os mais estudados; O milho é usado principalmente para fins alimenlcios; partes dessa planta não possuem uso direto, acarretando em subuzlização desses resíduos; A palha de milho possui em média: celulose (33%), hemicelulose (34,5%) e lignina (14,1%) (AGUIAR, 2010).
Processo para produção de etanol a par6r da palha de milho Pré- tratamento da matéria- prima; Hidrólise do material pré- tratado; Fermentação do hidrolisado; e DesZlação do fermentado. A fração de hemicelulose e celulose devem estar acessíveis, situação conseguida pelo pré- tratamento, para em seguida serem hidrolisadas e transformadas em açúcares (HICKERT, 2010).
Pré- tratamentos de materiais lignocelulósicos AlternaZvas que vem sendo amplamente estudadas com o objezvo de resolver os problemas da dipcil estrutura da biomassa lignocelulósica; Na etapa do pré- tratamento, vários processos têm sido desenvolvidos: Vsicos, químicos, biológicos ou uma combinação desses (SUN; CHENG, 2002);
Pré- tratamentos de materiais lignocelulósicos Pré- tratamento hidrotérmico: Nos úlzmos anos, houve um grande interesse no estudo da influência da água quente (entre 150 e 230 C) sob alta pressão nos processos de conversão de biomassa; Esse Zpo de tratamento vem sendo considerado como bastante promissor (ROGALINSK; INGRAM; BRUNNER; 2008).
Materiais e Métodos A palha de milho in natura uzlizada nesse trabalho foi oriunda de espigas de milhos compradas na feira livre da cidade de Maceió- AL; Os demais reagentes de laboratório uzlizados foram adquiridos em grau analízco e não sofreram qualquer tratamento antes de sua uzlização.
Higienização, secagem e trituração para obtenção da farinha As palhas sofreram processo de sanizzação que consiszu em lavagem com 100 ppm de água sanitária por 15 minutos; Foram lavadas em água corrente e passaram por secagem em dessecadora (à 30 C) e em estufa (à 45 C). Após o material estar com aspecto quebradiço, foi triturado em um moinho de facas Zpo Willye (granulometria de 30 mesh).
Determinação do teor de umidade A umidade da biomassa foi determinada empregando um determinador de umidade modelo ID50 (Marte Balanças e Aparelhos de Precisão Ltda) a 100 C em modo automázco. A determinação da umidade foi feita sempre em duplicata, usando- se o valor médio.
Pré- tratamento Hidrotérmico Reator de aço inoxidável PARR; Uma amostra em base seca de palha de milho foi misturada com água numa proporção de 10:1 (m água /m biomassa ), no reator; As condições de tempo e temperatura avaliadas foram: 170 C por 15 min e 195 C por 10 min; Fração sólida separada da líquida por meio de filtração em tecido; A fração sólida foi submezda a uma lavagem com água para a remoção da hemicelulose residual até ph neutro (SILVA, 2011).
Rendimento após pré- tratamento hidrotérmico Os rendimentos mássicos das etapas do pré- tratamento hidrotérmico avaliados neste trabalho foram calculados uzlizando a Equação 1: R = M M inicial final *100 (1) onde: M inicial = massa inicial seca de material lignocelulósico (g); M final = massa final seca de material lignocelulosico (g); R= rendimento mássico (%).
Caracterização da palha in natura e após pré- tratamento hidrotérmico Para a palha in natura a quanzdade de extrazvos foi determinada; As amostras de palha foram caracterizadas, in natura e após pré- tratamento, uzlizando- se a metodologia para caracterização química de bagaço de cana- de- açúcar (GOUVEIA, 2009), com exceção da análise de proteínas, que foi pelo método de Kjeldahl (COTTA, 2007).
Caracterização da palha in natura e após pré- tratamento hidrotérmico A fração líquida oriunda da etapa de caracterização foi analisada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE); As determinações foram de: lignina insolúvel na fração sólida; lignina solúvel, carboidratos, ácidos orgânicos, furfural e hidroximezlfurfural na fração líquida; cinzas (modificado por Rocha et al., 1997).
RESULTADOS E DISCUSSÃO Os teores de umidade e rendimento estão A apresentados literatura reporta na Tabela rendimentos 1. que variam Tabela 1: Teores de umidade da palha de milho antes e após e entre 35 e 59%, após a etapa de pré- tratamento rendimento mássico ob6do após o pré- tratamento hidrotérmico. de bagaço de cana- de- açúcar. Esses tratamentos Umidade da palha in natura (%) 5,7±0,2 usaram Umidade diversos após PT HDT agentes, ( 170 C e 15 tais min) e como: água, H 6,8±0,3 2 SO 4, NaOH, NH secagem em capela (%) 4 OH ou uma combinação destes (CARLI, Rendimento após PT HDT à 170 C e 15 min 2011). 47,7 (%) Umidade após PT HDT (195 C e 10 min) e secagem em capela (%) Rendimento após PT HDT à 195 C e 10 min (%) 8,4±0,2 42,0
RESULTADOS E DISCUSSÃO Tabela 2: Composição química das amostras de palha de milho in natura e após pré- tratamento hidrotérmico. Fazendo- se uma análise da Tabela 2 (com os Palha tratada Palha tratada Palha in valores Componentes mulzplicados (%) a 170 c pelos e 15 respeczvos a 195 c e 10 natura min min rendimentos apresentados na Tabela 1), verifica- se que houve, com o pré- tratamento da palha de milho, redução nos teores dos 3 componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina. Celulose 36,7±0,2 57,6 49,4 Hemicelulose 34,2±0,1 21,0 8,4 Lignina total 14,0±0,1 17,8 20,6 Cinzas 2,34±0,3 0,9 0,7 Extra6vos 11,6±0,5 - - Proteína 4,9±0,0 0,9 0,9 Total 103,5 98,2 80,1
RESULTADOS E DISCUSSÃO 40 Diante do exposto há comprovada viabilidade da 35 realização desse Zpo de pré- tratamento, visto 30 que os teores de celulose ainda se mostram 25 atrazvos; % das frações in natura 20 após PT à 170 C e 15 min após PT à 195 C e 10 min 15 A redução na fração de hemicelulose e lignina 10 tornam ainda mais viável a fermentação e 5 posterior produção de etanol de segunda 0 geração através Celulose da Hemicelulose levedura Lignina Saccharomyces cerevisiae.
CONCLUSÕES A etapa de caracterização química de biomassas, antes e depois do tratamento, é de fundamental importância, uma vez que irá determinar o grau de eficiência do processo; Com a caracterização é possível, também, realizar estudos de valorização de materiais lignocelulósicos;
CONCLUSÕES A caracterização da palha de milho mostrou que essa biomassa é promissora, visto que possui teores consideráveis de material fermentescível; A etapa do pré- tratamento reduziu significazvamente os teores de hemicelulose e lignina, que são indesejáveis em fermentações que uzlizam a levedura Saccharomyces cerevisiae.
CONCLUSÕES Mais estudos são necessários para que se possa ozmizar a etapa do pré- tratamento, visto que o ideal é que se tenha a menor ou até mesmo nenhuma redução na fração de celulose e a máxima remoção possível na fração de hemicelulose dessas biomassas; Uma etapa de deslignificação é também uma alternazva para maiores extrações de lignina.
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