Estudo de diferentes configurações de hidrólise e fermentação no processo de produção de bioetanol a partir de fibra de sisal de agave sisalana

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Tipo de produção
Trabalho de Conclusão de Curso
Data
2023-06-15
Autores
Santos, Matheus da Fonseca dos
Santos, Thaís de Moura
Silva, Hercules Viana Soares da
Orientador
Pratto, Bruna
Periódico
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Palavras-chave
biomassa lignocelulósica,açúcares fermentescíveis,etanol 2G,modos de operação do processo,ignocellulosic biomass,fermentable sugars,2G ethanol,process operation modes
Resumo
Com o crescimento rápido da demanda de combustíveis em diversos setores da sociedade, e as expectativas negativas acerca aos impactos ambientais e as dificuldades de extração de combustíveis fósseis, como o petróleo, impulsionam cada vez mais a produção nacional de combustíveis renováveis, em especial o etanol. Nesse contexto, este trabalho sugere o estudo de resíduo lignocelulósico de fibra de sisal (Agave Sisalana) para a produção de etanol, já que se trata de uma biomassa lignocelulósica promitente em relação à disponibilidade em território brasileiro, devido às grandes plantações por hectares presentes na região nordeste, sendo viável economicamente e com baixo impacto ambiental. Ademais, o cultivo da Agave ocorre de maneira pouco exigente, uma vez que os seus cuidados se resumem a capina e erradicação dos brotos, logo, possuem capacidade de serem relativamente produtivas em solos pobres em nutrientes em regiões áridas e semiáridas. Entretanto, o processo de produção do bioetanol através dessa planta, apresenta como principal dificuldade a baixa taxa de conversão da biomassa lignocelulósica em açúcares fermentescíveis. Dessa maneira, este trabalho estuda as diferentes configurações de hidrólise enzimática e fermentação da fibra de sisal de Agave Sisalana para produção de etanol 2G visando identificar qual é mais eficiente. A fibra de sisal foi submetida inicialmente a duas formas de pré-tratamento, o alcalino e o ácido, determinando o melhor tipo para diminuição do grau de polimerização da celulose. Em seguida, foi realizado um plano preliminar em relação à composição da Agave e extração da lignina, componente responsável pela inibição da conversão dos polissacarídeos da biomassa em açúcares que sofreram a fermentação alcoólica. Posteriormente, a biomassa pré-tratada foi submetida ao processo PSSF avaliando tempo de pré-sacarificação, carga de biomassa e dosagem enzimática sobre a eficiência global do processo e título em etanol. Conforme os resultados obtidos, foi evidenciado melhor desempenho para a estratégia com sacarificação e fermentação separados (SHF), com a amostra pré-tratada com NaOH 4% (m/v). O pré-tratamento alcalino mostrou-se mais eficiente, já que apresentou maiores teores de celulose e hemicelulose, sendo 74,3% de celulose e 2,8% de hemicelulose para o alcalino, enquanto para o ácido, 73,3% de celulose e 0,42% de hemicelulose. Em relação às configurações de hidrólise e fermentação, destaca-se o SHF com maior eficiência, sendo igual a 65%, contra 37% para o SSF, 39% para o PSSF avaliado em 6 horas de pré-hidrólise e 40% para o PSSF avaliado em 12 horas.
With the rapid growth in demand for fuels in various sectors of society, and negative expectations about environmental impacts and the difficulties in extracting fossil fuels, such as oil, increasingly boost the national production of renewable fuels, especially ethanol . In this context, this work suggests the study of lignocellulosic residue of sisal fiber (Agave Sisalana) for the production of ethanol, since it is a promising lignocellulosic biomass in relation to availability in Brazilian territory, due to the large plantations per hectare present in the region. northeast region, being economically viable and with low environmental impact. Moreover, the cultivation of Agave is not very demanding, since its care is limited to weeding and eradicating the shoots, therefore, they have the capacity to be relatively productive in nutrient-poor soils in arid and semi-arid regions. However, the bioethanol production process through this plant presents as its main difficulty the low rate of conversion of lignocellulosic biomass into fermentable sugars. Thus, this work studies the different configurations of enzymatic hydrolysis and fermentation of Agave Sisalana sisal fiber for the production of 2G ethanol in order to identify which is more efficient. The sisal fiber was initially subjected to two forms of pre-treatment, alkaline and acid, determining the best type to reduce the degree of polymerization of the cellulose. Next, a preliminary plan was carried out in relation to the composition of the Agave and the extraction of lignin, the component responsible for inhibiting the conversion of polysaccharides from the biomass into sugars that underwent alcoholic fermentation. Subsequently, the pre-treated biomass was submitted to the PSSF process, evaluating pre-saccharification time, biomass load and enzymatic dosage on the global efficiency of the process and title in ethanol. According to the results obtained, better performance was evidenced for the strategy with separate saccharification and fermentation (SHF), with the sample pre-treated with 4% NaOH (w/v). The alkaline pre-treatment proved to be more efficient, since it showed higher levels of cellulose and hemicellulose, with 74.3% cellulose and 2.8% hemicellulose for the alkaline, while for the acid, 73.3% cellulose and 0.42% hemicellulose. Regarding the hydrolysis and fermentation configurations, the SHF stands out with greater efficiency, being equal to 65%, against 37% for the SSF, 39% for the PSSF evaluated in 6 hours of pre-hydrolysis and 40% for the PSSF rated at 12 hours.