ALCOHOL APARTIR DEL BAGAZO CAÑA

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  • FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA

    CURSO DE TECNOLOGIA DE BIOCOMBUSTIVEIS

    OSMAR GONALVES SILVA

    PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO

    BAGAO DE CANA-DE-ACAR

    ARAATUBA

    2010

  • FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA

    CURSO DE TECNOLOGIA DE BIOCOMBUSTVEIS

    OSMAR GONALVES SILVA

    PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO

    BAGAO DE CANA-DE-ACAR

    Trabalho de Graduao apresentado

    Faculdade de Tecnologia de Araatuba,

    do Centro Estadual de Educao de

    Tecnologia Paula Souza, como requisito

    parcial para a concluso do curso de

    Tecnologia em Biocombustveis sob a

    orientao da Profa. Ms. Marcia Maria

    de Souza Moretti.

    ARAATUBA

    2010

  • Silva, Osmar Gonalves Produo de etanol com a utilizao do bagao de cana-de-acar / Osmar Gonalves

    Silva. -- Araatuba, SP: Fatec, 2010. 45f. : il.

    Trabalho (Graduao) Apresentado ao Curso de Tecnologia de Biocombustveis, Faculdade de Tecnologia de Araatuba, 2010.

    Orientadora: Prof Ms. Marcia Maria de Souza Moretti.

    1. Etanol celulsico 2. Hidrlise lignocelulsica 3. Bagao de cana-de-acar. II. Ttulo. CDD 333.9539

  • FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA

    CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS

    OSMAR GONALVES SILVA

    PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO

    BAGAO DE CANA DE ACAR

    Trabalho de graduao apresentado a

    Faculdade de Tecnologia de Araatuba

    do Centro Estadual de Educao

    Tecnolgica Paula Souza, como requisito

    parcial para concluso do curso de

    Tecnologia em Biocombustveis

    examinado pela banca composta pelos

    seguintes professores:

    Orientadora Prof. Ms. Marcia Maria de

    Souza Moretti - Fatec - Araatuba

    Prof. Ms. Diego Henrique Santos -

    Unesp Botucatu

    Prof. Ms. Thiago Okubo Procpio Pinto

    - Unesp - So Jose do Rio Preto

    ARAATUBA

    2010

  • Dedico este trabalho a minha me

    (Odete Marques Silva) que sempre me demonstrou amor incondicional, in

    memoriam.

  • Agradecimentos

    Agradeo imensamente professora e orientadora Mrcia Maria de Souza

    Moretti pela fundamental ajuda no levantamento bibliogrfico e desenvolvimento deste

    trabalho.

    A minha esposa Odete Boshi pela pacincia e compreenso, alm de ter

    suportado comigo todas as dificuldades.

    Aos professores e amigos da Fatec Araatuba, pelo aprendizado carinho e

    amizade.

    A todos os funcionrios da Fatec Araatuba, que indiretamente colaboraram com

    este trabalho, em especial a Carol e a Sueli Russo.

    A todos meus colegas de sala pela bela amizade formada principalmente

    Greice e a Vera.

    Aos professores mestres que fizeram parte da banca examinadora: Diego

    Henrique Santos - Unesp Botucatu e Thiago Okubo Procpio Pinto - Unesp - So Jose

    do Rio Preto.

  • Porque Deus amou o mundo de tal maneira que deu seu nico Filho, para que todo

    aquele que nele crer no morra, mas tenha a vida eterna. Joo 3:16.

  • Resumo

    A utilizao do bagao de cana-de-acar para a produo de etanol o foco

    deste trabalho. Existem muitas publicaes sobre a produo de etanol a partir de fibras

    lignocelulsicas, como o bagao de cana. Entretanto, as plantas industriais atuais,

    apresentam dificuldades tcnicas e econmicas durante a converso da biomassa em

    acares fermentescveis e, portanto, tecnologias tm sido desenvolvidas a fim de

    superar estes entraves. Entre elas destacam-se vrios pr-tratamentos, tais como: fsicos,

    qumicos, mecnicos e fsico-qumicos que visam desorganizao da estrutura qumica

    do bagao, facilitando assim o processo subseqente de hidrlise. Atualmente h uma

    grande busca de processos para a hidrlise do bagao a acares fermentescveis, que

    sejam de baixo custo e ao mesmo tempo evitem formao de compostos txicos para a

    fermentao alcolica subseqente. O uso de enzimas microbianas como celulases e

    xilanases atende a essas exigncias, porm, ainda no uma tecnologia prontamente

    aplicvel. Esta pesquisa bibliogrfica procurou investigar os principais processos de

    pr-tratamentos da biomassa seguida de uma hidrlise cida e enzimtica.

    Palavras chave: Bagao. Pr-tratamento. Hidrlise. Etanol.

  • Abstract

    The use of sugar cane bagasse for ethanol production is the focus of this work.

    There are many publications on ethanol productions from lignocelulsicas fibres, such

    as sugarcane bagasse. However, existing industrial plants, the occurrence of economic

    and technical difficulties during the conversion of biomass into fermentable sugars and

    therefore technologies have been developed in order to overcome these barriers. Among

    them stand out various pretreatments, such as physical, chemical, mechanical and

    physical chemical aimed to disorganization of the chemical structure of bagasse, thus

    facilitating the subsequent process of hydrolysis. Currently there is a wide search

    process for the hydrolysis of bagasse to fermentable sugars, which are low-cost and at

    the same time avoid formation of toxic compounds for subsequent alcoholic

    fermentation. The use of microbial enzymes as cellulases and xilanaces meets these

    requirements, however, is not yet readily applicable technology. This bibliographic

    search sought to investigate the main processes of pre-treatment biomass followed by

    acid enzymatic hydrolysis.

    Keywords: Bagasse. Pre-treatment. Hydrolysis. Ethanol.

  • Lista de Figura

    Figura 1 Deposio do bagao 15

    Figura 2 Arranjo tpico da parede celular vegetal 16

    Figura 3 Representao da cadeia linear da celulose, formada por varias unidades

    consecutivas de celobiose 17

    Figura 4 Monossacardeos constituintes das hemiceluloses 18

    Figura 5 Representao esquemtica de uma xilana de gramnea 19

    Figura 6 Extrutura molecular da lignina 20

    Figura 7 Representao esquemtica de um corte transversal da fibra do material

    lignocelulsico 21

    Figura 8 Representao esquemtica da ao do pr-tratamento sobre o material

    lignocelulsico 22

    Figura 9 Esquema do processo de produo de etanol por meio da hidrlise da

    biomassa 27

    Figura 10 Representao esquemtica de um sistema celulolitico dos stios de

    maiores atividades das enzimas celuloticas so mostradas 30

    Figura 11 Representao esquemtica do sistema hemicelulose como um

    exemplo, a degradao da arabinoxilana 32

    Figura 12 Esquema simplificado do SHF 33

    Figura 13 Esquema simplificado do SSF 34

    Figura 14 Esquema simplificado do SSCF 34

    Figura 15 Esquema simplificado do CBP 35

    Figura 16 Planta instalada na Usina de So Luis,Pirassununga, SP 37

    Figura 17 Diagrama de Blocos do processo DHR 38

  • Sumrio

    INTRODUO 10

    2. REVISO BIBLIOGRFICA 12

    2.1.1. Biomassa 12

    2.1.2. Bagao de cana uma alternativa para produo de etanol 14

    2.2. BAGAO DE CANA-DE-ACAR 15

    2.2.1. Celulose 17

    2.2.2. Hemicelulose 18

    2.2.3. Lignina 19

    2.3. PR-TRATAMENTO 22

    2.3.1. Pr-Tratamento mecnico 22

    2.3.2. Pr-Tratamento-fisico 23

    2.3.2.1. Exploso de vapor 23

    2.3.2.2. Termo-hidrlise 23

    2.3.3. Pr- Tratamento qumico 24

    2.3.3.1. Tratamento com cidos concentrados ou diludos 24

    2.3.4. Pr-Tratamento biolgico 24

    2.3.5. Pr-Tratamento-organosolvente 24

    2.3.6. Pr-tratamento combinados 25

    2.3.6.1. Afex (Amnia Fiber, Freezer Explosion) 25

    2.2.6. 2 Exploso de CO2 25

    2.4. HIDRLISES DE MATERIAIS LIGNOCELULSICOS 27

    2.4.1. Hidrlise acida 27

    2.4.2. Hidrlise enzimtica 29

    2.5. PROCESSOS COMBINADOS 33

    2.6. PROCESSOS EM DESENVOLVIMENTO 36

    2.6.1. Dedine Hidrlise Rpida 36

    2.6.2. Projeto etanol celulsico 38

    CONSIDERAES FINAIS 40

    REFERNCIAS 41

  • 10

    INTRODUO

    A cana-de-acar cultivada em todas as regies geogrficas do Brasil. O seu cultivo

    continua crescendo em reas prximas s usinas e em dezenas de novos empreendimentos que

    esto sendo instalado nas ltimas safras, em reas do oeste de So Paulo, Minas Gerais,

    Gois, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso, norte e nordeste brasileiro. A tecnologia aplicada

    no setor agrcola canavieiro notvel e inclui vrios fatores como: desenvolvimento de

    variedades para ambientes e manejos especficos, mtodos de preparo e conservao do solo,

    desenvolvimento de plantio e colheita mecanizada e aplicao de tcnicas gerenciais

    especficas na produo (DINARO-MIRANDA et al., 2008).

    O incremento de novas tecnologias empregadas no setor agrcola desencadeou um

    aumento na obteno de produtos e subprodutos. Atualmente, pesquisas em laboratrio esto

    voltadas para utilizao de um destes subprodutos, o bagao da cana-de-acar (gerado em

    grande quantidade pela agroindstria brasileira) como alternativa econmica para produo de

    biocombustvel em um processo que envolve vrias etapas, tais como, pr-tratamento,

    hidrlise e fermentao alcolica.

    Um dos desafios da produo de etanol a partir de biomassa lignocelulsica consiste

    em determinar o melhor processo para obteno dos monossacardeos. O processo de

    hidrlise escolhido deve ser economicamente vivel, em termos de custo global, rendimento

    glicosdico e fermentabilidade do hidrolisado.

    No Brasil, o bagao de cana um dos subprodutos disponveis em maior quantidade.

    Estima-se que, a cada tonelada de cana moda, obtm-se 280 Kg de bagao, sendo que a cada

    ano sejam produzidos de 5 a 12 milhes de toneladas desse material correspondendo a cerca

    de 30% do total da cana moda. O bagao de cana uma abundante fonte de material

    lignocelulsico, sendo uma alternativa significante para o aumento da produo de etanol.

    Apresenta tambm as seguintes caractersticas: facilidade de obteno e transporte, alta

    concentrao de carboidratos e baixo custo de colheita e armazenagem (PANDEY et al.,

    2000).

    Diversos processos tm sido explorados nos ltimos anos, com o objetivo de hidrolisar

    os polissacardeos celulose e hemicelulose em glicose e xilose respectivamente. A maioria dos

    mtodos utilizados tende ao uso de enzimas microbianas ou cido sulfrico em concentraes

    variadas (BALAT et al., 2008). Contudo, antes do material ser hidrolisado, o mesmo deve ser

  • 11

    submetido a uma etapa de pr-tratamento. O alvo da tecnologia de pr-tratamento remover

    barreiras estruturais e composicionais dos materiais lignocelulsicos, promovendo uma

    melhora na percentagem de hidrlise e aumento dos rendimentos de acares fermentescveis

    a partir da celulose e hemicelulose (MOSIER et al., 2005).

    O presente estudo teve por objetivo investigar a utilizao do bagao de cana-de-

    acar para a produo de etanol.

  • 12

    2 REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1. Biomassa

    Os fatores fundamentais para a alternativa da cana-de-acar como matria prima para

    a produo de bicombustveis se deve ao rendimento energtico e a proximidade da realidade

    brasileira, j que o Brasil o lder de comrcio e de tecnologia nesse tipo de cultura. O

    rendimento energtico obtido atravs do processamento da cana-de-acar um dos maiores,

    isso pode ser ressaltado em diversos estudos de balano de energia. A tabela 1 comprova a

    relao de energias que so geradas e consumidas durante o processo de produo dos

    biocombustveis relativo sua matria prima (milho e cana-de-acar), sendo que a relao de

    energia total para cana-de-acar em mdia superior de oito a nove vezes (BERNARDO

    NETO, 2009).

    Tabela 1: Fluxo comparativo de energia na produo de etanol GJ/ha.ano

    Processo Milho Cana-de-acar

    Consumo de energia na produo 18,9 13,9

    Energia da biomassa 149,5 297,1

    Relao energtica agrcola 7,9 21,3

    Consumo de energia na produo de etanol 47,9 3,4

    Energia contida no etanol 67,1 132,5

    Relao de energia total 1,21 8,32

    Fonte: (LEAL, 2006)

    Segundo pesquisa da Companhia Nacional de Desenvolvimento (CONAB) a rea de

    cana-de-acar colhida destinada atividade sucroalcooleira est estimada em 8.167,5 mil

    hectares, distribudas em todos estados produtores. A produtividade mdia brasileira esta

    estimada em 79.769 Kg/hectares, 2,2% menor que a safra 2009/10 que foi de 81.585

    Kg/hectares. A previso feita para a produtividade mdia da safra e no para um

    determinado momento, portanto, o comportamento climtico que ir determinar o

    comportamento da produtividade at o perodo final de colheita (CONAB, 2010).

    A previso total da cana que ser moda na safra 2010/11 de 651.514,3 mil toneladas

    com incremento de 7,8% em comparao safra 2009/10, haver 47.007,7 mil toneladas a

  • 13

    mais para moagem desta safra. Podero ocorrer variaes maior ou menor conforme o

    comportamento climtico (CONAB, 2010).

    A produo de etanol a partir da cana-de-acar iniciou no Brasil em 1970 com a

    introduo do PROALCOOL. Em 1990 os produtores deste setor precisaram se reorganizar

    em virtude de dificuldade com a demanda de lcool no pas. O acrscimo da adio de lcool

    anidro na gasolina trouxe novas oportunidades de negcio para os produtores rurais e

    industriais, e junto com as novas oportunidades tambm a necessidade do aumento da

    produo para atender a demanda. A tabela 2 mostra a composio bsica da cana-de-acar.

    Tabela 2: Composio bsica da cana-de-acar

    Componentes Teor (% massa)

    Slidos totais 24 a 27

    Slidos solveis 10 a 16

    Fibras (base seca) 11 a 16

    gua 73 a 76

    Fonte: (MANTELATOO, 2005)

    Aps 30 anos desde o seu incio o setor comemora o elevado aumento da produo,

    atingindo em 2005 a quantia de 410 milhes de toneladas no mundo todo (esta estimativa

    considera as vrias matrias primas utilizadas na produo de etanol) (WALTER, 2008). A

    evoluo da produo brasileira de cana-de-acar, desde 1987, pode ser observada na tabela

    3. Os dados abaixo tm como fonte o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica e refletem

    o histrico de produo de cana-de-acar para todos os fins, no apenas para processamento

    industrial nas usinas.

  • 14

    Tabela 3: Produtividade brasileira de cana-de-acar de 1987 a 2008

    Fonte: (MAPA, 2008).

    2.1.2. Bagao de cana-de-acar como alternativa para produo de etanol

    Devido ao grande aumento na produo, resta pouca perspectiva da mesma continuar

    crescendo no mesmo ritmo. Uma das alternativas das indstrias para continuar aumentando a

    produo deste combustvel utilizar os subprodutos formados como fonte de energia. Dentre

    estes subprodutos o bagao de cana-de-acar certamente ocupa uma posio de grande

    destaque nas atividades agrcolas brasileiras. A produo anual de bagao atinge enormes

    cifras, levando ao reconhecimento que o bagao de cana-de-acar tambm pode ser utilizado

    na produo de combustvel. O bagao abastece as caldeiras das usinas na gerao direta de

    energia por combusto ou gaseificao. Muito se tem investido em tecnologias para o

    aproveitamento total da cana-de-acar, para tambm utilizar o bagao na produo de

  • 15

    combustvel. A utilizao deste bagao excedente poderia suprir o abastecimento da usina

    sucroalcooleira, proporcionando vantagens socioambientais e elevao do rendimento

    econmico do processo (GMES, et al., 2006).

    2.2. BAGAO DE CANA-DE-ACAR

    Em vista da disponibilidade de combustveis fsseis, tal como o petrleo, tem

    incentivado o desenvolvimento e produo de bioetanol a partir de fontes alternativas como

    resduos agrcolas. A necessidade de um aumento significativo na produo de etanol, sem

    aumentar a explorao das terras cultivveis, nos leva constatao de um novo padro de

    produo de energia apartir da biomassa, em especial de resduos lignocelulsicos

    (BENEDETTI et al., 2009). A figura 1 mostra o bagao, subproduto da indstria

    sucroalcooleira.

    Figura 1: Deposio do bagao

    Fonte: (BERNARDO NETO, 2009)

    Grande parte do bagao produzido utilizado pelas prprias usinas no aquecimento de

    caldeiras e gerao de energia eltrica. Hoje, o bagao de cana tem sido alvo de vrios estudos

    visando seu potencial energtico no que diz respeito produo de biocombustvel, porm,

    seu uso no est restrito a esse fim. Devido grande quantidade produzida e a suas

    caractersticas fsicas e qumicas, esse material encontra um vasto campo de utilizao, dentre

    eles, na produo de rao animal, na indstria qumica, na fabricao de papel, papelo e

  • 16

    aglomerados, como material alternativo na construo civil, na produo de biomassa

    microbiana e mais recentemente, na produo de lcool via bagao e palha de cana. O bagao

    um subproduto obtido em grandes quantidades aps moagem da cana para a extrao do

    caldo, em um processo que ocorre nos ternos das moendas das empresas produtoras de acar

    e etanol. A utilizao deste subproduto na produo de etanol celulsico proporcionar um

    aumento significativo na produo nacional de biocombustveis (RODRIGUES; CAMARGO,

    2008).

    A constituio qumica do bagao depende de diversos fatores entre eles: o tipo de

    solo, tipo de cana, as tcnicas de colheita e o manuseio empregado (RODRIGUES;

    CAMARGO, 2008). A figura 2 mostra o arranjo tpico da parede celular do vegetal. O bagao

    um material ligninocelulsico que consiste de feixes de fibras e outras estruturas

    elementares como, vasos parnquima e clulas epiteliais. Sua composio mdia de 50% de

    umidade, 2% de Brix (slidos solveis em gua) 46% de fibra (32 50% de celulose, 19

    25% de hemicelulose e 23-32% de lignina) e 2% de cinzas (HAMELINK et al., 2005;

    PANDEY et al., 2000).

    Figura 2: Arranjo tpico da parede celular vegetal

    Fonte: MURPHI e MCCARTHY, 2009

    A Tabela 4 mostra a composio mdia caracterstica do bagao de cana em que a fibra

    a matria insolvel em gua contida na cana-de-acar e o Brix o teor de slidos solveis

    em gua.

  • 17

    Tabela 4: Composio mdia do bagao de cana-de-acar

    Composio Qumica

    Carbono 39,7 - 49%

    Oxignio 40 46%

    Hidrognio 5,5 7,4%

    Nitrognio e cinzas 0 0,3%

    Propriedades Fsico-Qumicas

    Umidade 50%

    Fibra 46%

    Brix 2%

    Impurezas minerais 2%

    Composio mdia da fibra do bagao

    Celulose 26,6% - 54,3%

    Hemicelulose 14,3 24,4%

    Lignina 22,7 29,7% Fonte: (Rosa e Garcia, 2009).

    2.2.1. Celulose

    A celulose um homopolissacardeo linear que consiste em unidades de glicose unidas

    por ligaes glicosdicas do tipo (14) cujo tamanho determinado pelo grau de

    polimerizao (DP) que varia de 100 a 2000 DP. A figura 3 representa a cadeia linear da

    celulose, formada de vrias unidades consecutivas de celobiose. As cadeias de celulose

    formam as fibrilas elementares, caracterizadas por duas regies distintas, a cristalina, de

    configurao mais ordenada formada por cadeias de celulose unidas por ligaes de

    hidrognio e fora de Van der Waals, e a amorfa, menos ordenada e mais susceptvel a

    hidrlise (GOMEZ, 1985).

    Figura 3: Representao da cadeia linear da celulose, formada de varias unidades consecutivas de

    celobiose. Fonte: (TIMAR-BALZSY, 1998)

  • 18

    As longas cadeias de glicose, combinadas a formar microfibrilas com dimetro entre

    4-10 nm em eletromicrofibrilas tornam a celulose resistente. O conjunto de microfibrilas, aos

    quais so organizadas em lamelas para formar a estrutura fibrosa das vrias camadas da

    parede celular vegetal. As microfibrilas de celulose so revestidas com hemicelulose e

    embebidas em lignina, formando os materiais lignocelulsicos (CARLILE et al., 2002).

    2.2.2 Hemicelulose

    A hemicelulose tem como principal elemento a xilose um heteropolissardeo

    formado por pentoses (xilose, ramnose e pentose), hexoses (glicose, manose e galactose) e

    cidos urnicos (acidos-4-O-metil-glucurnico e galacturnico) (figura 4). A xilose constitui

    o maior componente da hemicelulose, fazendo parte de um complexo de carboidratos

    polimricos incluindo xilana (principal componente da hemicelulose, cuja estrutura

    corresponde a um polmero de D-xilose unidas por ligaes -1,4) (BALAT et al., 2008).

    Figura 4: Monossacardeos constituintes das hemiceluloses. D-glicose (1), D-galactose (2), L-arabinose

    (3), D-xilose (4), D-manose (5), 4-O-metil-D-glucurnico (6), L-ramnose (7). Fonte: (MARTINS, 2005).

    Este tipo de xilana tambm oferece acetilaces ao longo da molcula. A arabinoxilana

    ligada a estrutura da xilana via ligao -1,2 ou -1,3, ambas como resduos simples ou

    cadeias laterais curtas. Estas cadeias laterais tambm podem conter xilose ligadas por ligaes

    -1,2 a arabinose e galactose, que podem ser unidas por ligaes -1,5 a arabinose ou -1,4 a

    xilose. Os resduos acetil so conectados a O-2 ou O-3 na xilose da estrutura de xilana, mas o

    grau de acetilao difere grandemente entre as xilanas de diferentes origens. O cido

    glucuronico e o 4-O-metil-ter so conectados a estrutura da xilana via ligao -1,2,

    enquanto os resduos aromticos (ferruloil e pcoumaril) foram descritos como sendo

    conectados somente a O-5 de resduos arabinose terminais. O cido ferrlico tambm pode

  • 19

    estar ligado s fraes de hemicelulose e pectina e estes polissacardeos so capazes de fazer

    ligaces-cruzadas uns com outros, assim como, com compostos aromticos polimricos da

    lignina. A figura 5 uma representao esquemtica da hemicelulose. Esta estrutura de

    ligaes-cruzadas resulta em um aumento na rigidez da parede celular (VRIES; VISSER,

    2001).

    Figura 5: Representao esquemtica de uma xilana de gramnea. (1) 1,4-D-xilopiranose; (2) L-arabinose; (3)

    cido 4-O-D-metil--D-glucurnico; (4) grupo acetil Fonte: (PITARELO, 2007).

    2.2.3. Lignina

    A lignina, um dos principais componentes presente no bagao de cana-de-acar um

    polmero derivado de grupos fenilpropanides, repetidos de forma irregular, que tm sua

    origem na polimerizao desidrogenada do lcool coniferlico. Os polmeros fenilpropanides

    que constituem a lignina so altamente condensados e muito resistentes degradao. A

    lignina o mais importante componente no-carboidratado da biomassa lignocelulsica. Ela

    depositada na rede de carboidratos da parede celular secundria das plantas, durante o seu

    crescimento. As ligninas so formadas a partir de trs precursores bsicos, que so os lcoois

    p-cumarlico, coniferlico e sinaplico. Este heteropolmero amorfo constitudo de unidades

    de fenilpropano (cido coniferlico ou ferrulico, cido sinaplico e cido pcumarlico)

    conectadas por diferentes ligaes (HENDRIKS; ZEEMAN, 2009). A figura 6 representa a

    extrututa molcular da lignina.

  • 20

    Figura 6: Extrutura molecular da lignina Fonte: (ROSA; GARCIA)

    A lignina ocorre na parede celular de plantas superiores em diferentes composies:

    madeiras duras de 25 a 35%, madeiras macias de 18 a 25% e gramneas de 10 a 30% sendo

    neste ltimo caso responsvel, em parte, pela resistncia mecnica do bagao, bem como no

    suporte para disperso dos metablicos exercidos pelas clulas.

    O bagao fortemente recalcitrante, devido forte ligao existente entre a celulose

    hemicelulose e lignina. Para utiliz-lo na produo de etanol, necessrio submeter o material

    a vrias etapas de processamento: pr-tratamento, hidrlise, fermentao e destilao. Os

    processos de pr-tratamento de materiais lignocelulsico podem ser trmicos, qumicos,

    fsicos, biolgicos ou uma combinao de todos esses, o que depender do grau de separao

    requerido e do fim proposto. A presente pesquisa investigou os pr-tratamentos e a hidrlise

    cida e enzimtica, pois nas etapas de fermentao e destilao o subproduto (bagao de cana-

    de-acar) seguiria os mesmos processos na produo de etanol convencional. A figura 7

    representa um corte transversal da fibra de material lignocelulsico. (FERRAZ et al., 1994;

    CARRASCO, 1992).

  • 21

    Figura 7: Representao esquemtica de um corte

    transversal da fibra de material lignocelulsico

    Fonte: (ROSA e GARCIA, 2009).

  • 22

    2.3. PR-TRATAMENTO

    O pr-tratamento necessrio devido forte ligao existente entre a celulose,

    hemicelulose e lignina, e o objetivo deste processo remover a lignina e a hemicelulose,

    reduzir a cristalinidade da celulose e aumentar a porosidade do material. O pr-tratamento

    deve atender aos seguintes requerimentos:

    melhorar a formao de acares ou a capacidade de futura formao de

    acares pela hidrlise;

    evitar a degradao ou perda de carboidratos;

    evitar a formao de co-produtos que sejam inibitrios para hidrlise

    subseqente;

    ter baixo custo.

    O pr-tratamento desorganiza a extrutura da biomassa celulsica, beneficiando o

    trabalho das enzimas e cidos que atuam na converso de carboidratos em acares. A figura

    8 representa a ao do pr-tratamento sobre o material lignocelulsico.

    Figura 8: Representao esquemtica da ao do pr-tratamento sobre o material lignocelulsico

    Fonte: (MOISER et al., 2005)

    2.3.1. Pr-Tratamento mecnico

    De forma geral, a primeira etapa do processo consiste no pr-tratamento mecnico da

    matria-prima, que visa limpeza e desorganizao do material, a fim de causar a destruio

    da sua estrutura celular e torn-la mais acessveis aos posteriores tratamentos qumicos,

  • 23

    fsicos ou biolgicos. Neste processo a cana lavada, picada, desfibrada e moda. A lavagem

    da cana visa retirada de terra, areia e outros materiais estranhos. Aps a lavagem a cana

    passa pelo picador, as facas do picador tem a funo de cortar a cana em pequenos pedaos,

    facilitando o trabalho do esmagamento. No desfibramento se rompe a maior quantidade

    possvel de clulas da cana e a moagem divide o colmo da cana em duas fraes: o caldo (rico

    em acares) e o bagao (rico em fibras) (ROSA; GARCIA, 2009).

    2.3.2. Pr-Tratamento fsico

    2.3.2.1. Exploso de vapor

    A exploso a vapor um dos principais pr-tratamentos utilizados para hidrlises de

    materiais lignocelulsicos. Nesse processo, a biomassa preparada triturada submetida a

    vapor de alta presso e alta temperatura de 160 a 240C por at 20 minutos. Em seguida a

    presso retirada, ocasionando uma mudana brusca na temperatura com finalidade de causar

    a ruptura nas ligaes da lignina hemicelulose e celulose. Pode-se adicionar SO2 para

    aumentar o efeito do tratamento com recuperao de hemicelulose (TENGBORD et al.,

    2001).

    2.3.2.2 Termo-Hidrlise

    Este processo similar ao processo de exploso a vapor, a diferena que, o processo

    de exploso realizado com vapor, enquanto que no termo-hidrolse utiliza-se gua quente

    pressurizada. Com uma maior injeo de gua, a solubilizao maior que a exploso a

    vapor, A desvantagem deste processo esta relacionado com o grande consumo de gua, que

    produzem hidrolisados (BERNARDO NETO, 2009).

  • 24

    2.3.3. Pr-tratamento qumico

    2.3.3.1. Tratamento com cidos concentrados ou diluidos.

    O pr-tratamento qumico visa solubilidade da hemicelulose e lignina em ordem para

    expor a celulose converso por componentes cidos ou alcalinos. No Brasil, os reagentes

    cidos mais utilizados so cidos sulfricos (H2SO4), clordricos (HCL) e ntricos

    (concentrados ou diludos). O pr-tratamento com cido sulfrico pode alcanar elevadas

    taxas de reao e, com isso atingir o objetivo de melhorar a hidrlise da celulose (SUN;

    CHENG, 2002). Esses processos podem ser diferenciados de acordo com as temperaturas

    aplicadas. As temperaturas superiores a 160C so consideradas altas temperaturas, e quando

    se usam temperaturas menores, so classificados como, baixas temperaturas. Neste tratamento

    faz-se necessrio a correo do pH antes do processo de hidrlise e fermentao e o custo

    maior que o sistema de exploso a vapor (HAMELINCK et al., 2005).

    2.3.4. Pr-tratamento biolgico

    O pr-tratamento biolgico resulta em parcial deslignificao da lignocelulose usando

    microrganismos semelhantes a fungos e bactrias para degradar a lignina. Durante o processo

    estes microrganismos secretam enzimas extracelulases com peroxidases e lacases que ajudam

    a remover uma quantidade considervel de lignina da biomassa. O pr-tratamento biolgico

    tambm pode ser usado combinado com outros processos. Este pr-tratamento bem menos

    severo no requerendo cidos, altas temperaturas e nem grandes tempos (36 horas)

    (HAMELINCK et al.,2005).

    2.3.5. Pr-tratamento organosolvente

    Consiste na mistura aquosa de solvente orgnico com catalisador cido (HCL ou

    H2SO4), essa mistura tem a funo de quebrar a estrutura da lignina e hemicelulose. Os

    solventes orgnicos mais usados so: metanol, etanol, acetona, etileno, glicerol, entre outros.

    Para reduzir os custos esses solventes devem ser drenados do reator, evaporados, condensados

  • 25

    e reciclados. Essa remoo se faz necessria, pois os mesmos podem ser inibitrios ao

    crescimento dos microorganismos na posterior fermentao (HAMELINCK et al., 2005).

    2.3.6. Pr-tratamentos combinados

    2.3.6.1 Afex (Amnia Fiber, Freezer Explosion)

    A caracterstica deste processo a realizao com reator a altas temperaturas (160 a

    180C) e presso, neste reator h introduo da biomassa e do reagente, (soluo de amnia 5

    a 15C). Transcorrido o tempo de reao (alguns minutos), ocorre o resfriamento e a

    descompresso rpida da soluo. Se a realizao deste processo for com biomassa com alto

    teor de lignina, o processo no ter bom desempenho (BERNARDO NETO, 2009).

    Os pontos negativos deste processo esto relacionados com o custo da amnia e a

    degradao dos acares. O custo da amnia determinar o custo do processo, assim a

    viabilidade econmica do processo estar ligada diretamente na recuperao da amnia.

    A degradao dos acares reduz a eficincia das etapas posteriores (MOISER et al.,

    2005).

    2.3.6.2. Exploso de CO2

    O processo com CO2 parecido com o AFEX, diferena o fluido usado na reao.

    Neste processo usa-se CO2 ocorrendo formao de cidos, ocasionando a hidrlise da

    hemicelulose. A vantagem deste processo o custo inferior ao AFEX, mas o rendimento

    inferior a exploso a vapor (HENDRIKS; ZEEMAN, 2009). A tabela 5 destaca os principais

    processos para pr-tratamento da biomassa para hidrlise.

  • 26

    Tabela 5: Processos de pr-tratamento da biomassa para hidrlise

    Fonte: Elaborado com base em (HAMELINCK et al., 2005)

  • 27

    2.4. HIDRLISES DE MATERIAIS LIGNOCELULSICOS

    Desde o sculo XIX vem sendo estudado a produo de etanol pela hidrlise e

    fermentao de materiais lignocelulsicos. Mas num perodo compreendido de 20 anos tem se

    procurado utilizar esta tecnologia para a produo de combustveis. Com o xito desta

    tecnologia, o etanol celulsico poder ser reproduzido em quase todas as regies do mundo,

    podendo aproveitar grande quantidade de resduos orgnicos de diversas fontes (BNDES;

    CGEE, 2008), (Banco Nacional do Desenvolvimento Econmico e Social; Centro de Gesto e

    Estudos Estratgicos).

    Os processos para a produo de combustvel com a utilizao de resduos

    lignocelulsicos envolvem a hidrlise dos polissacardeos e fermentao para a produo do

    bioetanol. Para realizar esse processo de hidrlise so necessrias tecnologias complexas e

    multifsicas, com a utilizao de rotas cidas ou enzimticas para a separao dos acares e

    remoo da lignina. Uma configurao genrica apresentada na figura 9 (BNDES; CGEE,

    2008).

    Figura 9: Esquema do processo de produo de etanol por meio da hidrlise da biomassa

    Fonte: adaptado de Hamelinck et al., (2005).

    2.4.1. Hidrlise cida

    A hidrlise cida (tanto concentrada quanto diluda) ocorre em dois estgios, devido s

    diferenas entre a hemicelulose e a celulose. O primeiro envolve a hidrlise da hemicelulose,

    conduzida conforme as condies do pr-tratamento. No segundo estgio, temperaturas mais

    altas so aplicadas, buscando otimizar a hidrlise da frao celulsica. O processo com cido

    diludo utiliza altas temperaturas e presses, com tempos de reao de segundos a alguns

    minutos, o que facilita o uso de processos contnuos. J os processos com cido concentrado

  • 28

    so conduzidos em condies mais brandas, com tempos de reao tipicamente mais longos

    (DIPARDO, 2000).

    A hidrlise cida da biomassa lignocelulsica produz principalmente xilose a partir da

    xilana, mantendo as fraes celulose e lignina praticamente inalteradas. A xilana mais

    susceptvel a hidrlise por tratamentos cidos leves, devido as suas estruturas amorfas. J a

    celulose necessita de condies de hidrlises mais severas, considerando-se sua natureza

    cristalina (RAHMAN et al., 2007).

    A hidrlise da celulose catalisada por cido uma reao complexa e heterognea,

    envolvendo fatores fsicos e qumicos seguindo o mecanismo de clivagem das ligaes

    glicosdicas - 1,4. Durante a hidrlise cida, a xilose rapidamente degradada a furfural e

    outros co-produtos de condensao, os quais so inibitrios a microrganismos (RAO et al.,

    2006). De forma geral, as reaes na hidrlise cida podem ser representadas por:

    1 etapa de hidrlise.

    ( C5H8O4)n + n H2O n C5H10O5

    pentosonas pentoses

    C5H10O5 C5H4O2 + 3H2O

    pentoses furfural

    2 etapa de hidrlise

    (C6H10O5)N + n H2O n C6H12O6

    celulose hexoses

    Apesar da complexidade das reaes o fator ponderante no processo de hidrlise no

    a cintica da reao, mas sim, a dificuldade em atingir a regio de reao na molcula de

    celulose pelos catalisadores. A forte ligao da celulose com a hemicelulose e a lignina se

    caracteriza como um dos fatores que controlam esse acesso (RAO et al., 2006).

    Outro fator a presena de pontes de hidrognio entre grupos hidroxlicos de

    diferentes unidades de glicose na estrutura macromolecular da celulose. As principais

    dificuldades relacionadas hidrlise cida so (OLIVRIO; HILTST, 2005):

    a lignina restringe o acesso celulose e precisa ser removida anteriormente;

    as condies de remoo da lignina so severas e demoradas;

  • 29

    o reagente utilizado na hidrlise cida pode atacar os acares formados, sendo

    estes degradados, reduzindo o rendimento da reao.

    A hidrlise cida, alm de formar compostos inibidores para subseqente fermentao,

    tambm apresenta outros problemas, tais como, condies de manuseio severas (pH e

    temperatura), e o alto custo de manuteno devido os problemas de corroso (MARTIN., et al

    2007).

    2.4.2. Hidrlise Enzimtica

    Por vrias dcadas as enzimas so utilizadas como catalisadores na produo de etanol

    para hidrlise do amido. No entanto, para se usar as enzimas na produo de etanol apartir da

    utilizao de celulose, o processo de produo se tornara complexo. A celulose protegida

    por outros materiais resistentes ao ataque qumico como a lignina e a hemicelulose. A quebra

    desses polmeros so as dificuldades maiores no processo da hidrlise (ROSA; GARCIA,

    2009).

    Outro desafio que se impe obteno do etanol a partir da celulose o da

    fermentao de pentoses. De fato, enquanto a fermentao das hexoses processa-se

    rotineiramente, ainda no esta dominada a tecnologia de fermentao das pentoses em escala

    industrial. As hemiceluloses so ricas em pentoses como xiloses e arabinoses. O

    Saccharomyces cereviseae, microorganismo usualmente empregado na produo de lcool a

    partir da sacarose, muito pouco eficiente na converso de pentoses. A presena de pentoses

    de fato inibe a fermentao das hexoses. Uma perspectiva a utilizao de outras espcies de

    fungos, melhor adaptados s pentoses (HINMAN et al. 1989).

    O processo enzimtico conduzido em condies brandas (pH 4,8 e temperatura entre

    45 e 50 C), o custo utilidade relativamente baixo (SUN; CHENG, 2002), alm de, permitir

    maiores rendimentos, possibilitar a fermentao simultnea sacarificao (processo SSF

    simultneos saccharification and fermentation) e apresentar baixo custo de manuteno (no

    h problema de corroso). A hidrlise enzimtica uma reao heterognea catalisada pelas

    celulases, sendo distinguida por um substrato insolvel (celulose) e um catalisador solvel

    (enzimas). A completa hidrlise da celulose requer a ao combinada de mltiplas enzimas

    (celulases) com diferentes especificidades ao substrato (KOVCS et al., 2009).

  • 30

    As endo-(1,4)--D-glucanases (EC 3.2.1.4) (endoglucanase, carboximetilcelulase ou

    endocelulase) hidrolisam ligaes internas (-1,4), preferencialmente nas regies amorfas que

    so mais suscetveis, reduzindo o grau de polimerizao deste substrato, produzindo terminais

    reduzidos e no-reduzidos. Sua atuao expe as microfibrilas ao ataque subseqente de

    outras enzimas, alm de aumentar o nmero de oligossacardeos com terminaes

    susceptveis ao ataque das exoglucanases (ARO et al., 2005).

    As exo-endo-(1,4)--D-glucanases (EC 3.2.1.91) (celobiohidrolase, exocelulase,

    celulase microcristalina ou avicelase) tem ao de exoglucanase ao remover monmeros

    (glicose) ou dimros (celobiose) das pores terminais das cadeias (ARO et al., 2005).

    As -glucosidades (EC 3.2.1.21) (celobiose) por sua vez, hidrolisam celobioses e, em

    alguns casos, outros oligossacardeos curtos a glicose (ARO et al., 2005).

    A hidrlise necessria para a converso de polissacardeos da lignocelulose a

    acares fermentescveis. A figura 10 mostra uma representao esquemtica de um sistema

    celuloltico.

    Figura 10: Representao esquemtica de um sistema celuloltico. Os stios de maiores

    atividades das enzimas celuloliticas so mostrados. Fonte: (adaptado de ARO et aL.,2005).

    Considerando as caractersticas estruturais da celulose, verifica-se que o modo de ao

    das enzimas influencia a taxa de reao. A susceptibilidade da celulose ao ataque enzimtico

    determinada pela acessibilidade dos stios de ligao a celulose, o que determina a

    subseqente adsoro da enzima no substrato slido. A representao abaixo descreve um

    plano hipottico para a degradao da celulose.

    Etapa 1

  • 31

    Celulose nativa (endoglucanase) Celulose ativa

    Etapa 2

    Celulose ativa (exoglucanase) Celobiose

    Etapa 3

    Celobiose (-glcosidase) glicose

    A adsoro das enzimas celulases e a concepo do complexo enzima/substrato so

    apreciadas como os passos cruciais na hidrlise enzimtica de celulose. A adsoro de

    celulase na celulose insolvel j foi descrita como reversvel irreversvel e semi-reversvel,

    no se tendo chegado a um acordo quanto questo (GAN et al., 2003).

    Tem-se conhecimento da inibio das enzimas celulases por celobiose e glicose e o

    padro desta inibio tem sido motivo de muitas pesquisas. Com isso, muitos autores se

    alternam com os conceitos de padro de competitividade, alguns opinam que a inibio

    competitiva dominante, enquanto, outros reportam que a inibio no-competitiva

    observada (GAN et al.,2003).

    Na hidrlise enzimtica existe uma resistncia de transferncia de massa, entre as

    molculas de enzima e uma da camada estagnada de filme lquido, que cerca as partculas

    slidas de celulose, sendo que esta resistncia determina a reao global. Considerando uma

    reao em reator em batelada com agitao, no incio da hidrolise, a taxa de reao

    determinada pelos trs eventos em seqncia (GAN et al., 2003).

    A taxa de transferncia de massa da enzima;

    A taxa de adsoro da enzima na superfcie do substrato;

    A taxa de catlise da celulose.

    Depois da primeira fase da hidrlise, a taxa de reao comea a depender da

    penetrao da enzima ao interior do substrato slido e em conseqncia desta dependncia a

    catlise se torna mais lenta.

    Apos a celulose, a hemicelulose um dos mais abundantes polissacardeos da

    natureza, sendo sua maior frao constituda por xilana. A completa degradao da

    hemicelulose requer ao sinergtica de uma variedade de enzimas hidrolticas, entre as quais

    se destacam as do complexo xilanolitico (ARO et al, 2005).

  • 32

    As endo-1,4--D-xylanases (EC 3.2.1.8) atacam internamente a estrutura

    polissacaridica, hidrolisando as ligaes -1,4 da molcula de xilana, resultando em um

    decrscimo no grau de polimerizao do substrato;

    As -xilosidases (EC 3.2.1.37) hidrolisam xilooligossacaridios curtos a xilose;

    As -L-arabinofuranosidases (EC 3.2.1.55) hidrolisam os grupos -Larabinofuranosil

    terminais;

    As -glucoronidases (EC 3.2.1.1) so requeridas para a hidrlise das ligaes -1,2

    glicosdicas entre xilose e acido glicuronico ou sua ligao 4-O-metilester;

    As acetil xilana esterases (EC 3.1.1.72) hidrolisam as ligaes entre xilose e acido

    actico e acido ferrulico;

    As ferruloil esterases (EC 3.1.1.73) (acido ferrulico esterases, cinnamoil esterases,

    cido cinnamico hidrolases, p-coumaroil esterases, hidroxicinnamoil esterases), apresentam

    um papel chave proporcionando um aumento na acessibilidade das enzimas hidroliticas sobre

    as fibras de hemicelulose devido a remoo do acido ferrulico das cadeias laterais e ligaes

    cruzadas. A ferruloil esterase quebra as ligaes ester entre os cidos hidroxicinnamicos

    esterificados em arabinoxilana e certas pectinas presentes na parede celular da planta (ARO et

    al, 2005). Figura 11 representao esquemtica do sistema hemicelulose.

    Figura 11: Representao esquemtica do sistema hemicelulose, como um

    exemplo, a degradao da arabinoxilana (adaptado de ARO et al, 2005).

    Pode-se considerar que a reao de hidrlise de grande complexidade, envolvendo a

    sinergia de vrias enzimas. Assim muitos estudos ainda devero ser realizados a fim de se

    encontrar a melhor rota tecnolgica (HINMAN et al. 1989).

  • 33

    2.5. PROCESSOS COMBINADOS

    Nos processos combinados a hidrlise enzimtica integrada a diferentes rotas.

    Nesses processos o pr-tratamento da biomassa tambm se faz necessrio para tornar a

    celulose mais acessvel s enzimas, para posterior hidrlise da hemicelulose. A seguir as

    principais combinaes em desenvolvimento dos processos de hidrlise (HAMELINCK, et

    al.,2005).

    SHF Hidrlise e Fermentao Separados: a hidrlise da celulose e hemicelulose e

    a subseqente fermentao da glicose e pentoses, respectivamente, so realizadas em reatores

    diferentes. Nesse processo as etapas de hidrlise e fermentao so conduzidas em suas

    condies timas, porm, apresenta a desvantagem do acmulo de acares intermedirios da

    hidrlise, causando inibio s enzimas, e reduo na converso final de glicose, devido

    adsoro de parte do acar no slido residual da hidrlise (Figura 12) (CASTRO; PEREIRA,

    2010).

    Figura 12: Esquema simplificado do SHF

    Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).

    SSF Sacarificao e Fermentao Simultnea: como o nome indica, a hidrlise da

    celulose e a fermentao da glicose so realizadas no mesmo reator, no entanto, a fermentao

    das pentoses continua se processando em reator separado. O processo SSF contribui com

    menor custo de investimento a planta (projeto), visto que nele so agrupadas duas etapas em

    um mesmo recipiente reacional. Nessa forma de conduo, as enzimas so menos passveis de

    inibio pelos produtos de hidrlise, pois a glicose liberada concomitantemente fermentada.

    A manuteno de uma baixa concentrao de glicose no meio tambm favorece o equilbrio

  • 34

    das demais reaes de hidrlise, no sentido de formao de mais produto, alm de reduzir

    riscos de contaminao no sistema (Figura 13) (CASTRO; PEREIRA, 2010).

    Figura 13: Esquema simplificado do SSF

    Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).

    SSCF Sacarificao e Cofermentao Simultnea: representa um aumento da

    integrao em relao SSF, j que a fermentao das pentoses e da glicose ocorre no mesmo

    reator. Este processo consolida a hidrlise da celulose e xilana, produzindo glicose e xilose,

    respectivamente, com a fermentao direta. Isto reduz o nmero de reatores envolvido e evita

    problemas de inibio do produto associado com as enzimas: a presena de glicose e xilose

    inibem a hidrlise, figura 14 (HAMELINCK et al., 2005).

    Figura 14: Esquema simplificado do SSCF

    Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).

    CBP Bio Processamento Consolidado: o mximo de integrao atingido com

    essa rota, na qual todas as operaes de carter biolgico, inclusive a produo de enzimas

    so realizados simultaneamente. No bio processamento consolidado todas as enzimas

    requeridas so produzidas por um nico reator. A aplicao do CBP no implica nenhum

    capital ou custo operando na produo de enzimas, figura 15 (HAMELINK et al., 2005).

  • 35

    Figura 15: Esquema simplificado do CBP

    Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).

  • 36

    2.6. PROCESSOS EM DESENVOLVIMENTO

    2.6.1 Dedini Hidrlise Rpida

    A empresa metalrgica brasileira (Dedini) desenvolveu uma tecnologia de hidrlise

    com utilizao de cido e solvente. Por ser um tradicional fabricante de equipamentos

    sucroalcooleiros (atualmente o maior do mundo em equipamentos para acar e lcool), seu

    interesse decorre neste setor. A aplicao da hidrlise ao bagao de cana excedente

    possibilitaria ampliar de forma substancial a produo de lcool, interesse de todos os

    produtores sucroalcooleiros e, por conseguinte, as vendas de equipamentos Dedini (DHR,

    2008).

    O processo desenvolvido pela empresa recebeu o nome DHR (Dedini Hidrlise

    Rpida). O mesmo visa obteno de lcool a partir do bagao de cana, apresentando

    caractersticas diferentes dos processos primordiais, pois no processo utilizado pela empresa

    brasileira utiliza-se solvente orgnico e no cido (DHR, 2008).

    A metalrgica iniciou e comprovou a viabilidade do projeto com a capacidade de gerar

    100 litros de lcool/dia, posteriormente esta planta foi instalada no Centro de Tecnologia

    Coopersucar (CTC). Com a viabilidade do projeto, um novo acordo foi assinado e em 2002

    foi aprovado um projeto em conjunto Dedini-Copersucar-Fapesp (Fundao de Apoio a

    Pesquisa do Estado de So Paulo), para implantar uma unidade Industrial de 5000 litros de

    lcool/dia, para executar a etapa de hidrlise. Esta planta esta hoje instalada e integrada na

    Usina de So Luis, Pirassununga, SP, do grupo Dedini, a qual utiliza as etapas de fermentao

    e destilao existentes (Figura 16) (DHR, 2008).

  • 37

    Figura: 16 Planta instalada na Usina de So Luis,

    Pirassununga, SP. Fonte: (DHR, 2008)

    O processo DHR alimenta um reator com bagao pela parte superior, recebendo pela

    parte de baixo uma mistura aquecida de gua, cido sulfrico e um solvente de lignina, o

    etanol. Os fluxos se encontram na parte mdia do reator, de onde retirada e imediatamente

    resfriada (flash) com uma soluo levemente cida com alto teor de acares. Essa soluo ,

    na seqncia, neutralizada com cal. Essa presso dissolve a lignina e permite recuperar os

    acares em mais ou menos 15 minutos, antes de se iniciar a degradao, com alto

    rendimento. O rendimento de sacarificao chega a 88%, mas, segundo dados da literatura

    podero elevar-se a 92%. O etanol com a lignina retirado, sendo este ltimo, retido em filtro

    prensa, com possvel uso como combustvel nas caldeiras da usina.

    Em termos econmicos (considerando o uso do bagao e a palha da cana-de-acar), o

    resultado bastante significativo, pois, no sistema atual de obteno de etanol, cada hectare

    cultivado oferece, em mdia, 80 toneladas de cana limpa para o processo. Cada tonelada

    permite a obteno de 80 litros de etanol hidratado. Portanto, so obtidos 6,4 mil litros por

    hectare. Com o uso intensivo do DHR, aproveitando bagao e palha, possvel obter mais 5,6

    mil litros de lcool por hectare cultivado, que gera 96 toneladas de cana integral. Sendo assim,

    as usinas podero praticamente dobrar a produo sem ampliar sequer um metro quadrado de

    rea plantada. Alm disso, ser possvel direcionar mais caldo de cana para a fabricao de

    acar, sem reduzir a oferta de lcool (DHR, 2008).

    A figura 17 mostra um diagrama de blocos do processo DHR. Aps a implantao e a

    completa viabilidade do processo (DHR) e sua integrao nas usinas, as empresas associadas

  • 38

    Dedini, Coopersucar e FAPESP, estaro disponibilizando ao mercado toda a tecnologia

    empregada (OLIVERIO e SOARES, 2008).

    Figura 17: Diagrama de Blocos do processo DHR

    Fonte: DHR, 2008

    2.6.2 Projeto Etanol Celulsico

    Em 2007 o Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) iniciou o projeto de

    desenvolvimento de etanol celulsico, com o objetivo de utilizar resduos vegetais da cana, o

    bagao e a palha. O projeto inovador pretende ser inteiramente interligado com os processos

    de produo de etanol j existentes no Brasil, considerando que no pas atualmente operam

    mais de 400 usinas no setor. O projeto j tem sua patente requerida junto aos rgos

    competentes do governo, com esse processo a utilizao da biomassa pode ser direcionada

    para gerao de etanol ou para gerao de energia eltrica dependendo das condies da usina

    (CTC, 2010).

    O CTC atua em parceria com a maior produtora mundial de enzimas, a Novozymes.

    Espera-se que com o amadurecimento das pesquisas a produo de etanol aumente

    significativamente, com a vantagem de no aumentar a rea plantada e aumentando a auto-

    suficincia energtica. A tabela mostra os cenrios projetados para hidrlise de bagao. O

    aumento estimado da produo com a evoluo do projeto cerca de 40% em relao ao

    processo existente, sem necessidade de avanar ainda mais as reas plantada (CTC, 2010).

  • 39

    Tabela 6: Cenrios projetados para hidrlise de bagao.

    Destilaria autnoma Etanol proveniente da hidrlise

    Excedente de bagao: 140

    Kg/t de cana

    (1)60% das hexoses, 0%

    das pentoses: 232m3/dia

    (4) 85% das hexoses, 0%

    das pentoses: 326 m3/dia

    Excedente equivalente de

    palha: aproximadamente

    140 Kg/ t de cana

    (2) 80% das hexoses, 0%

    das pentoses: 317 m3/dia

    (5) 95% das hexoses, 85%

    das pentoses: 502 m3/dia

    lcool proveniente dos

    acares: 1.037 m3/dia

    (3) 80% das hexoses, 85%

    das pentoses: 444m3/dia

    Hidrlise cida Hidrlise enzimtica

    Fonte: (ROSSEL, 2006).

  • 40

    CONSIDERAES FINAIS

    O bagao da cana-de-acar um resduo com alta concentrao de carboidratos,

    disponvel em grande quantidade e de baixo custo ao setor sucroalcoleiro. Com essas

    qualidades esse subproduto pode se confirmar como uma fonte alternativa para aumentar a

    produo de etanol, sem aumentar a ocupao de terras usadas na plantao da cana-de-

    acar.

    A forte ligao existente entre a celulose, hemicelulose e lignina, dificulta a

    degradao das estruturas internas da biomassa lignocelulsica e, conseqentemente, reduz a

    eficincia das hidrlises cida e enzimtica. Em resumo, esta recalcitrncia aumenta o custo

    de produo de etanol a partir de bagao de cana. Com isso, faz-se necessrio a aplicao de

    pr-tratamentos ao bagao, alm do aperfeioamento da rota tecnolgica para os processos de

    hidrlise, a fim de se encontrar viabilidade tcnica e econmica.

  • 41

    REFERNCIAS

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