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Colégio ULBRA Cristo Redentor

Comunidade Evangélica Luterana São Paulo

Av. Inconfidência ,1231 CEP 92020320 - Canoas-RS

CURSO TÉCNICO DE QUÍMICA

ANTE-PROJETOREAPROVEITAMENTO DO PSEUDOCAULE DA BANANEIRA PARA A

OBTENÇÃO DE ETANOL

PROF. ORIENTADOR:ROQUE SCHNEIDER

BRUNNA VERÔNICA UGOWSKI

ROBERTO DIASVANESSA SABINI DA SILVA

CANOAS2011

AGRADECIMENTO

A quem me deu força - um olhar, um gesto, uma

ação...

A quem esteve sempre ao meu lado.

A quem acompanhou este longo caminhar.

A todos vocês,

E em especial, a Oxiteno, pela oportunidade de realização do projeto.

Nosso Muito Obrigado...

SUMÁRIO

1 - INTRODUÇÃO..............................................................................................pág. 03

2 - PROBLEMA.................................................................................................pág. 03

3 - JUSTIFICATIVA...........................................................................................pág. 03

4- OBJETIVOS

4.1)Objetivo Geral .................................................................................pág. 04

4.2)Objetivo Específico ........................................................................pág. 04

5- FUNDAMENTAÇAÕ TEÓRICA

5.1) Energias renováveis......................................................................pág. 04

5.2)Biocombustíveis ou agro-combustíveis.......................................pág. 04

5.3) Agroenergia no Brasil....................................................................pág. 05

5.4) Energia da biomassa ....................................................................pág. 07

5.5) Álcool de segunda geração...........................................................pág. 07

5.6) Etanol á base de cana-de-açúcar..................................................pág.

16

5.7)Reaproveitamento do vinhoto na Usina Sucro-Alcooleira .........pág. 18

5.8) Potencial dos bananais para obtenção de etanol........................pág 20

6 – METODOLOGIA...........................................................................................pág.26

7 – CRONOGRAMA..........................................................................................pág. 27

8 – RECURSOS ................................................................................................pág. 28

9 – CONCLUSÃO .............................................................................................pág. 28

10 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................pág. 29

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1 INTRODUÇÃO

O aproveitamento de recursos renováveis apresenta uma importante uma

importante atividade econômica para os países em desenvolvimento .Porém na

maioria das vezes estes recursos naturais e de grande potencial energético ,não são

explorados adequadamente como fontes de energia ou insumos para a indústria

química.Outro importante fato é o avanço da fronteira agrícola que vem sido a

principal fonte para o desenvolvimento interno .

A maior fronteira para o desenvolvimento deste mercado diz respeito as

aplicações das fontes não alimentícias.Várias alternativas tem sido exploradas como

o soja, a cana de açúcar, entre outros , na maioria das vezes resíduos de seu

processamento .

Não há dúvida de que o Brasil dispõe como fator de suas inúmeras atividades

agrícolas, de uma grande disponibilidade de biomassa nativa ou residual que

representam um grande potencial energético inexplorado de forma eficaz. Um

exemplo de aproveitamento de um resíduo lignocelulósico , como fonte de energia

renovável é o pseudocaule da bananeira in natura , que pode ser utilizado através

da extração de etanol.

O processo, semelhante ao de obtenção do etanol a partir da cana de açúcar,

visa a hidrólise ácida seguida de fermentação para eficácia no rendimento e

transformação de um resíduo agro florestal em um produto de valor agregado, no

caso , o etanol.

O projeto que será efetuado já existe , sendo que este será uma continuação

do mesmo , com a implantação de novas idéias e conceitos visando seu

aprimoramento contínuo e maior rendimento no processo.

2 PROBLEMA

É possível extrair etanol do pseudocaule da bananeira, por um processo

semelhante ao da obtenção de etanol a partir da cana-de-açúcar?

3 JUSTIFICATIVA

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O uso de energias alternativas tem sido alvo de grandes pesquisas a nível

mundial para minimizar os danos causados ao meio ambiente, pela utilização de

combustíveis fósseis. Preocupados com a emissão de gases estufa, decidimos que

cabe a nós, estudantes e jovens pesquisadores, descobrir alternativas, onde

possamos encontrar combustíveis ambientalmente corretos. Uma opção seria o uso

dos biocombustíveis, como o etanol, que pode ser obtido através de resíduos

agrícolas, como por exemplo, o pseudocaule da bananeira, iniciando um ciclo de

transformação de lixo em fontes de energias renováveis, na qual acreditamos ser a

política adotada no futuro.

4 OBJETIVOS

4.1 Objetivo Geral

Reaproveitar o pseudocaule da bananeira como um contribuinte energético.

4.2 Objetivo Específico

Obter etanol celulósico a partir do pseudocaule da bananeira pelos processos

de hidrólise e fermentação da celulose presente no mesmo.

5 FUNDAMENTAÇAÕ TEÓRICA

5.1 - Energias renováveis

A energia renovável é aquela que é obtida de fontes naturais capazes de se

regenerar, e, portanto, virtualmente inesgotáveis. As energias renováveis são

consideradas como energias alternativas ao modelo energético tradicional, tanto

pela sua disponibilidade (presente e futura) garantida (diferente dos combustíveis

fósseis que precisam de milhares de anos para a sua formação) como pelo seu

menor impacto ambiental.

5. 2 - Biocombustíveis ou Agro-Combustíveis

São os combustíveis de origem vegetal e estes são o resultado da energia

solar condensada, pela fotossíntese, nas plantas que sofre uma mutação química,

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que lhe dá a energia suficiente para depois na combustão mover os motores. Por

tanto, a necessidade básica para produzir em larga escala os agro-combustíveis é a

existência dos três fatores em abundância: terra, água e sol.

Os biocombustíveis são fontes de energias que não contribuem para o

acúmulo de gases do efeito estufa na atmosfera . Como os gases gerados na sua

queima são reabsorvidos no crescimento da safra seguinte, há um equilíbrio entre a

emissão e a absorção de poluentes. Este é o grande papel dos biocombustíveis na

matriz energética .Reduzindo-se as emissões de gases estufa , reduz-se a poluição

atmosférica.

A produção de biocombustíveis tem a vantagem de ter a produção controlada,

diferentemente dos combustíveis fósseis.Planta-se mais , em caso de maior

demanda ,ou menos , em momento de sobre oferta. Como o petróleo tem sido

explorado de formas cada vez mais complicadas , seu preço tende a aumentar , e

este ,entre outros fatores fará com que os biocombustíveis sejam mais competitivos

no mercado global de energia .

Em relação aos biocombustíveis, estes produtos vão gerar uma expressiva

economia , nas importações de petróleo e consequentemente para a balança

comercial do país.

Para a população, a cadeia de produção dos biocombustíveis proporciona a

geração de um expressivo número de empregados no campo – a partir do plantio de

matérias primas , até a cadeia de produção e transporte – e, assim ajuda a promover

a inclusão social.

As empresas precisam investir em saídas para o fim do petróleo, essas,

seriam os biocombustíveis.

5.3 - Agroenergia no Brasil

Com 140 milhões de hectares de área adicional agricultável, tecnologia

própria e mão-de-obra disponível, o Brasil é o país do mundo que reúne as melhores

condições para liderar a agricultura de energia. Por situar-se predominantemente na

faixa tropical e subtropical do planeta, o Brasil recebe intensa radiação solar ao

longo do ano, que é a base para a produção de agroenergia. A possibilidade de

expansão da área e de múltiplos cultivos dentro do ano coloca o país em posição de

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destaque entre os potenciais fornecedores mundiais de energia gerada por

biomassa. Além disso, deve-se considerar o fato de que a indústria brasileira

geradora de agroenergia, das quais a de etanol é a mais importante, é reconhecida

como uma das mais eficientes em termos de tecnologia e gestão do negócio.

O álcool tem sido apontado pela comunidade internacional como uma das

possíveis soluções aos problemas ambientais, destacando-se como uma fonte

energética compatível com os Mecanismos de Desenvolvimento Limpo – MDL,

preconizado no Protocolo de Kyoto.

Além de condições edafoclimáticas favoráveis à produção de álcool, o Brasil

dispõe de uma grande diversidade de espécies vegetais oleaginosas das quais se

pode extrair óleos para fins energéticos. Algumas destas espécies são nativas

(buriti, babaçu, mamona, etc.), outras são de cultivo de ciclo curto (soja, amendoim,

etc.) e outras ainda de ciclo longo ou perene (dendê).

Atualmente, estuda-se a possibilidade de substituir o diesel, integral ou

parcialmente, por óleo vegetal no uso em motores, entre os quais os automotivos.

Essa prática pode levar a ganhos sócio-econômicos consideráveis, viabilizando o

desenvolvimento sustentável, em especial nas comunidades rurais.

Pode-se resumir os fatores que justificam investimentos visando o

aproveitamento da biomassa para a geração de energia no Brasil em: (i) o

reconhecimento da comunidade internacional sobre a importância da agronergia na

transição da matriz energética atual, calcada no uso de petróleo, para outra cujas

fontes sejam compatíveis com exigências fundamentadas em problemas ambientais,

dada a crescente preocupação da sociedade com as mudanças climáticas globais;

(ii) aumento da demanda por energia, especialmente nos países em

desenvolvimento; (iii) os preços crescentes de combustíveis fósseis devido ao

esgotamento das reservas. Além do mais, os custos ambientais poderão ser

paulatinamente incorporados ao preço desses combustíveis através de tributos

punitivos (taxa de poluição), tornando-os ainda mais caros; (iv) os preços de

combustíveis fósseis estarão sujeitos a oscilações, além da tendência crescente,

devido a disputas políticas. Pelo mesmo motivo, os fluxos de abastecimento podem

sofrer interrupção; (v) a energia passará a ser um componente importante do custo

de produção de diversos segmentos da agroindústria, tornando progressivamente

atraente a geração de energia dentro da propriedade; (vi) contribuir para a balança

comercial reduzindo as importações de petróleo e aumentando a exportação de

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biocombustível; (vii) indiscutível potencial que o Brasil tem para a geração de

biomassa e, portanto, de agroenergia, o que tem motivado um crescente interesse

de investidores internacionais para formalizar contratos de longo prazo para o

fornecimento de biocombustíveis, especialmente para o álcool.

5.4 - Energia da biomassa

Biomassa é um material constituído principalmente de substâncias de origem

orgânica ( vegetal , animal, microorganismos .)

A biomassa antes da revolução industrial , era a maior fonte de energia

utilizada pelo homem . Coma a exploração do petróleo ela foi substituída pois o

combustível fóssil apresentava um custo mais favorável e uma rede maior de

aplicações práticas.

A concentração de energia solar , de origem difusa , é realizada pela

fotossíntese , com a produção de material vegetal e subseqüentes transformações

dentro de diversos níveis da cadeia alimentar.Considerando-se que o combustível

inicial , a energia solar , está numa forma não concentrada , muito trabalho é

dispensado em atividades intermediarias (plantio, colheita , transporte, etc.) para a

obtenção do material a ser encaminhado para as centrais de combustão e

conversão químico –biológica , visando a produção de energia aproveitável pelo

homem .

A utilização da energia da biomassa é considerada estratégica para o futuro ,

já que apresenta a característica vantajosa de ser uma fonte renovável de energia .

5.5 - Álcool de segunda geração

Biomassa é a matéria orgânica utilizada na produção de energia. As

biomassas mais utilizadas são: a lenha (já representou 40% da produção energética

primária no Brasil), o bagaço da cana-de-açúcar, galhos e folhas de árvores, papéis,

papelão, etc.

A Segunda geração de álcool se refere à conversão de lignocelulose,

geralmente conhecida como biomassa - um substrato abundante encontrado em

todo o mundo. É o chamado Etanol celulósico.

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A biomassa fornece uma matéria-prima renovável para a produção de

biocombustível como alternativa à gasolina. Com o aumento do preço do petróleo e

as fortes iniciativas governamentais, a produção de álcool a partir de biomassa está

se tornando, passo a passo mais viável. Com a crescente conscientização do

aquecimento do planeta, os biocombustíveis poderão ter um futuro muito promissor.

Em conseqüência de fatores políticos, econômicos e ambientais em favor de

biocombustíveis, existe agora uma forte determinação em alguns países para

desenvolver a conversão de biomassa em álcool.

A produção de álcool a partir da biomassa pode ser decomposta nas etapas

mostradas no diagrama abaixo:

Etapas do processo de conversão:

Na indústria, geralmente na etapa inicial ocorre o que o nome indica, apenas

uma coleta e transporte desta matéria prima para o prosseguimento do processo.

Após este vem o pré-processamento ou também chamado de preparação da

matéria-prima , que requer a lavagem do bagaço antes da carga do reator de pré-

tratamento, com vistas à remoção de impurezas, efetiva impregnação, ajuste da

quantidade de água, além da densificação da biomassa.

O pré-tratamento de uma biomassa lignocelulósica consiste em uma das

etapas operacionais mais relevantes em termos de custo direto, além de influenciar

consideravelmente os custos das etapas anteriores e subseqüentes do processo.

Dentre os processos de pré-tratamento do bagaço com vistas à produção de

enzimas e/ou hidrólise da celulose, o tratamento de explosão com vapor (“Steam

Explosion”) apresenta, além da possibilidade de operar com cargas de sólidos da

ordem de 30%, vantagens associadas à elevada digestibilidade da celulose.

Vários métodos de pré-tratamento de biomassas vegetais ligno-celulósicas

têm sido sugeridos ao longo das duas últimas décadas. Estes podem ser divididos

Coleta de Matérias primas

Hidrólise usando enzimas

Fermentação dos açúcares

da biomassa

EtanolPré

processamento

Pré-tratamento

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em métodos físicos, químicos,biológicos ou combinações destes. Os métodos físicos

(e.g. pelletização, moagem) convertem a biomassa em pós finos, incrementando a

superfície específica da celulose, de modo que a hidrolise da mesma ocorre com

relativa facilidade. A maior desvantagem associada a este método consiste no

elevado consumo energético. No caso do bagaço, pode-se considerar que a

moagem da biomassa configura uma operação de pré-tratamento da fibra. A

irradiação da fibra celulósica com raios-g promove uma cisão das ligações b-1,4

glicosídicas da celulose. Deste modo, ocorre incremento da superfície específica e

redução da cristalinidade da celulose, o que tende a incrementar a taxa de hidrólise

da mesma. Este método, entretanto, é considerado como de custo excessivamente

elevado para ser implementado em escala industrial. A opção de pré-tratamento da

biomassa mediante pirólise demanda a utilização de temperaturas muito elevadas

(superiores a 300°C), ocorrendo rápida decomposição da celulose com produção de

compostos gasosos e formação de resíduos de alcatrão. Uma hidrólise ácida da

fração sólida em condições moderadas converte os fragmentos celulósicos em

glicose. Em que pese sua relativa simplicidade operacional, a pirólise da biomassa

lignocelulósica apresenta reduzida eficiência global, em função de elevadas perdas

celulolíticas, reduzida seletividade em glicose, além da formação de compostos

inibidores de fermentação. Os processos físico-químicos de pré-tratamento

utilizando ácido diluído, vapor de alta pressão ou água quente possibilitam a

remoção seletiva das hemiceluloses, produzindo soluções celulósicas (pré-

hidrolisados) com elevado teor de pentoses e reduzido teor de lignina. Processos

alcalinos tendem a promover maior dissolução da lignina e menor

solubilização/fragmentação das hemiceluloses.

Embora muitos métodos de pré-tratamento tenham sido experimentados ao

longo dos últimos anos, constata-se a crescente necessidade em desenvolver

alternativas tecnológicas eficientes em termos de custo global e competitividade

econômica. Basicamente, extrações seletivas de componentes não-celulósicos

(lignina e hemiceluloses) utilizando-se álcalis ou ácidos têm sido obtidas a custos

relativamente razoáveis. Em particular, pré-tratamentos utilizando vapor água,ácido

sulfúrico diluído, amônia e hidróxido de cálcio têm emergido dentre as opções mais

promissoras.O mais usado na industria é o pré-tratamento com vapor (“Steam

Treatment”), freqüentemente denominado “explosão com vapor” (“Steam Explosion”)

consiste num dos métodos mais utilizados para transformar biomassas vegetais

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ligno-celulósicas, originando-se do processo sueco Masonite de produção de

aglomerados de madeira. Quando um material ligno-celulósico é aquecido a

temperaturas relativamente elevadas com vapor saturado, seguido de uma súbita

descompressão do equipamento, produz-se uma mistura (“slurry”) de cor marrom

resultante da fragmentação da biomassa. Após lavagem do material, separação do

líquido e adição de adesivos, produz-se o aglomerado de madeira. No Brasil, a

empresa Madeira Sintética, localizada em Alagoas, tem utilizado bagaço de cana na

produção de aglomerados para a indústria moveleira.

O pré-tratamento com vapor atua química e fisicamente na transformação da

ligno-celulose, tendo-se as reações químicas como parâmetro dominante. A

biomassa é tratada com vapor saturado a 160-240° C (cerca de 6 - 34 bar) durante

um tempo reacional entre 1- 15 minutos. Após este tempo, ocorre descompressão

do sistema e o material é coletado em um tanque de expansão (“flash tank” ou “blow

tank”). Durante o tratamento da biomassa com vapor, ocorre hidrólise das

hemiceluloses, além da cisão de algumas ligações entre a celulose e a lignina. A

estrutura da biomassa torna-se mais susceptível à penetração pela água, ácidos e

enzimas, de modo que o potencial hidrolítico da celulose é incrementado. Os

carboidratos liberados das hemiceluloses podem sofrer degradação térmica,

enquanto pode ocorrer fragmentação parcial da lignina e arraste da mesma para o

hidrolisado. Os compostos de degradação produzidos podem exercer efeito inibitório

nas operações subseqüentes. A hidrólise nos tratamentos com vapor pode ser

catalisada por ácidos orgânicos (e.g. ácido acético) formados pela cisão dos grupos

funcionais presentes nas hemiceluloses. Observa-se, neste caso, auto-hidrólise das

hemiceluloses, caracterizando processo auto-catalítico. Catalisadores ácidos (SO2 e

H2SO4) e ácidos de Lewis (FeCl3, ZnCl2) podem ser utilizados, resultando-se em um

incremento da recuperação de açúcares hemicelulósicos, além de facilitar a hidrólise

da celulose presente na polpa pré-tratada em etapas posteriores. O pré-tratamento

de biomassas com elevado teor de hemiceluloses altamente acetiladas, requer

mínimas quantidades de catalisadores ácidos. A utilização destes catalisadores

ácidos resulta, portanto, em uma ação similar ao pré-tratamento químico com ácido

diluído, porém uma quantidade muito menor de líquido é necessária. Por outro lado,

o pré-tratamento com vapor apresenta similaridades com a hidrotermólise (“Hot

Water”), porém maiores cargas de sólidos podem ser utilizadas no pré-tratamento

com vapor. Isto é particularmente interessante, visto que resulta em vantagens

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associadas à maior concentração nos hidrolisados, menor consumo de água e

menor geração de efluentes líquidos.

O pré-tratamento com vapor pode ser considerado um processo com

tecnologia amadurecida, de modo que, dentre os métodos apresentados, encontra-

se mais próximo à comercialização. Recentemente, a Abengoa Bioenergy anunciou

a construção de uma planta em Salamanca, Espanha, com a finalidade de produzir

etanol celulósico. A planta utilizará um processo de pré-tratamento com “Steam

Explosion” produzido pela SunOpta. Além disso, o pré-tratamento com vapor tem

sido extensamente utilizado em plantas-piloto como a Iotech (Canadá), Souston

(França) e Örnköldsvik (Suécia), por exemplo.

As vantagens deste processo são reduzido requerimento de enzimas, elevada

recuperação de hemiceluloses, reduzida solubilização, degradação e fracionamento

da lignina, moderado custo de capital, facilidade operacional, reduzido risco

operacional e reduzida geração de efluentes. Polpas produzidas a partir do pré-

tratamento do bagaço com vapor são substratos adequados à produção de enzimas.

Os materiais ligno-celulósicos, constituídos de celulose, hemicelulose e

lignina quando hidrolisados disponibilizam uma fração de hexoses resultante da

celulose que é facilmente fermentescível. A hidrólise da hemicelulose fornece

pentoses (xilose e arabinose), carboidratos estes não diretamente fermentescíveis

por leveduras industriais, sendo a bio-transformação destas pentoses a etanol um

dos desafios mais importantes a resolver no âmbito científico e tecnológico. Ainda da

hemicelulose resultam hexoses tais como: glicose, manose e galactose; sendo que

esta última exige linhagens de levedura específicas para produção de etanol.

Para avaliar as possíveis rotas de fermentação do licor de hidrólise é

importante levar em conta as experiências já realizadas anteriormente em escala

industrial, de demonstração ou realizadas com o propósito de estabelecer as bases

para um processo de demonstração.

A hidrólise catalisada por ácidos diluídos foi praticada industrialmente na

Rússia até recentemente. O processo praticado na unidade de Tavda era uma

versão otimizada do processo Schoeller, que empregava resíduos florestais e era

realizado em batelada e por percolação, atingindo conversão de 60% das hexoses.

A fermentação era realizada combinando mostos de amiláceos sacarificados com o

licor resultante da hidrólise. O vinho final apresentava teor alcoólico muito baixo, 1,3

ºGL e em conseqüência a demanda de vapor era de 20 kg por litro de etanol. As

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pentoses não eram empregadas para fermentação de etanol, sendo direcionadas

para bio-síntese de proteína unicelular. Este processo apresenta elevado

investimento em equipamentos e em custo operacional não sendo econômico.

O Centro de Tecnologia Canavieira realizou um extenso estudo sobre

fermentação de licor de hidrólise proveniente do processo DHR para demonstrar a

etapa de fermentação alcoólica. O licor proveniente da hidrólise era misturado com

xarope e mel residual, a fim de reduzir o impacto dos inibidores provenientes da

hidrólise ácida organosolv e procurando manter a fermentação em condições

operacionais próximas às ótimas: processo com reciclo de fermento, vinho final de

8,5 ºGL, temperatura de 34ºC. Os resultados obtidos foram positivos, sendo

estabelecidas as condições para realização da fermentação alcoólica do licor obtido

no processo.

O processo Iogen em demonstração no Canadá, emprega pré-tratamento da

biomassa ligno-celulósica por explosão com vapor e pré-acidificação com ácido

sulfúrico, seguido de um estágio de hidrólise enzimática realizada por adição de

preparados de celulase. A fermentação alcoólica é realizada num estágio posterior

misturando o licor de hidrólise a um mosto de amido de amiláceos previamente

sacarificado. As pentoses estão sendo descartadas, pois a tecnologia de

fermentação destas, que Iogen pretende empregar ainda não atingiu o estágio de

demonstração. Não são realizadas tratamentos de depuração do licor de hidrólise,

os inibidores que estejam presentes são diluídos aos níveis de tolerância na mistura

com o mosto de amiláceos.

Durante o pré-tratamento do material ligno-celulósico ou nos processos de

hidrólise catalisada por ácidos, não somente se obtém os açúcares provenientes da

hidrólise e dissolução da celulose e hemi-celulose. Por causa das altas temperaturas

e condições ácidas nas que se desenvolvem estes pré-tratamentos, se originam

uma serie de compostos que podem atuar como inibidores potenciais da

fermentação. A natureza e concentração destes compostos dependem do tipo de

matéria-prima (conteúdo percentual de celulose, hemi-celulose e lignina), do pré-

tratamento utilizado, das condiciones do processo (temperatura e tempo de reação)

e do emprego ou não de catalisadores ácidos.

Os produtos de degradação, que são potenciais inibidores da fermentação, se

agrupam em três categorias :

· Derivados do furano;

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· Ácidos alifáticos de baixa massa molecular;

· Derivados fenólicos.

Com o propósito de aumentar a fermentabilidade dos hidrolisados obtidos

após o pré-tratamento é necessário reduzir a concentração, ou eliminar totalmente

do meio, os compostos tóxicos gerados no pré-tratamento.

Dependendo dos mecanismos empregados para a eliminação dos inibidores,

estes métodos se podem agrupar em: biológicos e químicos e físicos.

A fermentação da glicose é um processo completamente estabelecido. Não

existe microorganismo mais apropriado que a levedura Sacharomyces cerevisiae

que a través de seu emprego intensivo em fermentação industrial, já passou por um

processo de seleção natural, apresentando os melhores desempenhos em

conversão de glicose a etanol, produtividade e tolerância alcoólica. Desde que os

impactos negativos dos inibidores sejam controlados a fermentação acontece sem

maiores problemas.

Quanto à fermentação das pentoses poucos microorganismos possuem a

capacidade de fermentar estas a etanol. A transformação das pentoses em etanol é

fundamental para atingir uma tecnologia eficiente de hidrólise.

As linhas de pesquisa em andamento são:

· Procedimentos de seleção e melhoramento de leveduras que fermentam

naturalmente as pentoses a etanol;

· Desenvolvimento de linhagens recombinantes de Sacharomyces cerevisiae;

· Seleção de bactérias termofílicas;

· Seleção de bactérias mesofílicas.

Três espécies de leveduras foram identificadas como as de maior potencial

para a fermentação alcoólica das pentoses: Pichia stipitis, Candida shehatae e

Pachysolen tannophilus. O desempenho das mesmas é muito limitado. O

metabolismo das pentoses exige a presença de um nível mínimo de oxigênio, que

deve ser rigorosamente controlado. Estas cepas apresentam baixa tolerância ao

etanol e aos ácidos alifáticos. Tem se tentado como alternativas a seleção de

mutantes mais resistentes e a fusão de protoplastos.

Os estudos para obtenção de linhagens geneticamente modificadas de

Sacharomyces cerevisiae para metabolizar as pentoses foram direcionados para as

seguintes estratégias:

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· Inserção de genes bacterianos que realizam a isomerização da xilose a

xilulose (xilose isomerase) está última fermentescível pelo Sacharomyces;

· Inserção no Sacharomyces cerevisiae dos genes que permitem a

assimilação da xilose.

· Isomerização da xilose a xilulose via a adição de uma isomerase.

Até o presente não foram atingidos maiores avanços.

Quanto ao emprego de bactérias termofílicas têm sido realizados estudos

com Thermoanaerobacter ethanolicus. Este organismo exige operar com mostos

muitos diluídos em pentoses. O Clostridium thermohydrosulfuricum tem sido

amplamente estudado em processos CDM (conversão direta pelo microorganismo ).

Dentre as dificuldades evidenciadas os autores citam: formação significativa de

acetatos que conduz a baixo rendimento alcoólico, baixa tolerância ao etanol e

vulnerabilidade à presença de contaminantes. Bactérias termofílicas geneticamente

modificadas também tem sido estudadas visando evitar a formação de acetato em

paralelo à formação de etanol

Os principais problemas relacionados ao emprego de bactérias termofílicas

são: baixa tolerância ao etanol, forte sensibilidade aos inibidores, formação em

paralelo de quantidade significativa de subprodutos e a necessidade de adicionar

fatores de crescimento no mosto.

Quanto à possibilidade de emprego de bactérias mesofílicas, certas bactérias

como a Zymomonas mobilis não são capazes de fermentar as pentoses, porém são

muito eficientes no metabolismo da glicose a etanol através da via Entner Doudoroff.

A introdução de genes de Escherichia coli possibilitou a fermentação da xilose a

etanol.

A Zymomonas mobilis é um dos microorganimos mais promissores para

fermentação do licor de hidrólise. Possui forte tolerância ao etanol e aos inibidores e

alta produtividade de fermentação. É considerada um do microorganismos

recombinantes mais promissores para realizar com sucesso a fermentação das

pentoses. Mesmo assim subsistem sem solução a curto prazo os problemas

relacionados à instabilidade do microorganismo geneticamente modificado. Outras

bactérias mesofílicas capazes de metabolisar as pentoses em ausência de oxigênio

são: Escherichia coli e Klebsiella. Estas depois de submetidas a modificações

genéticas estão sendo estudadas como alternativas para fermentação alcoólica do

licor de hidrólise. É importante destacar que a única experiência industrial de

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fermentação alcoólica de mostos a base açúcar empregando uma linhagem de

Zymomonas mobilis, realizada na Alemanha nos anos 90, não foi bem sucedida e a

unidade foi desativada voltando ao processo convencional com leveduras como

agente de fermentação. A informação que dispomos de aquele processo é de que

nas condições em que a fermentação procede aparece uma rápida contaminação

que inibe a fermentação.

Para realizar a fermentação alcoólica de um licor contendo pentoses e

hexoses as possibilidades em estudo são: fermentação simultânea ou seqüencial de

pentoses e hexoses. Na fermentação simultânea dois microorganismos que

fermentem respectivamente a glicose e a xilose são cultivados em co-cultura. A

maioria dos trabalhos realizados neste campo utilizaram duas leveduras:

Sacharromyces cerevisiae e P. stipitis (pentoses). As dificuldades encontradas são :

· O metabolismo da xilose procede mais lentamente que o da glicose,

provocando a inibição alcoólica sobre o microorganismo que metaboliza as

pentoses;

· Repressão catabólica da glicose sobre a utilização da xilose

· Competição entre o Sacharromyces cerevisiae e a levedura responsável

pela fermentação da xilose, pelo oxigênio presente no meio;

· Possível incompatibilidade entre as duas cepas.

Outra alternativa e a de operar a fermentação num esquema seqüencial,

fermentando primeiro a glicose e depois a xilose (ou vice-versa).

Os melhores resultados obtidos até agora foram usando uma linhagem

mutante de Escherichia coli incapaz de metabolisar glicose, seguida de uma

segunda etapa de fermentação da glicose com Sacharromyces cerevisiae.

Após o processo de fermentação , o líquido obtido chamado de mosto é

destinado a destilação fracionada que separa o etanol dos sub-produtos gerados ao

longo do processo.

O modelo específico adotado para processamento da biomassa , obtenção de

etanol dos açúcares extraíveis, geração de vapor e energia e geração de

excedentes é uma determinante crítica na integração do processo de hidrólise de

biomassa etanol. Este modelo deve ser levado em conta quando da escolha da

tecnologia a empregar. Em particular a definição dos processos de preparo do

mosto, fermentação, destilação, desidratação e tratamento do vinhoto estão

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fortemente vinculados à relação entre o etanol produzidos dos açúcares obtidos

através de extração e através da sacarificação da biomassa.

Atualmente, um dos maiores desafios ao desenvolvimento de processos

economicamente viáveis de produção de etanol celulósico por via enzimática

consistem na otimização do uso e do desempenho das enzimas, além dos custos

associados à aquisição das mesmas. Alguns obstáculos ainda precisam ser

superados para o desenvolvimento completo de um processo comercial e, até o

momento, a biomassa foi convertida em álcool em apenas algumas fábricas-piloto.

Entretanto, isto pode vir a ser o início modesto de uma nova e enorme diversificação

do setor, que poderá crescer a níveis muito mais altos do que a atual primeira

geração da indústria de álcool combustível.

5.6 - Etanol a base de cana-de-açúcar

A sacarose é um dissacarídeo de fórmula C12H22O11, conhecido como açúcar

da cana e cada uma de suas moléculas é formada por moléculas de glicose ligadas

por ligações glicosídicas,à moléculas de frutose.

A primeira etapa que ocorre na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar

é a Hidrólise (quebra sob a ação da água) da sacarose:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6+ C6H12O6

Sacarose +água→ Glicose + Frutose

A segunda etapa é denominada Fermentação Alcoólica, os microorganismos

executam essa reação, obtendo, desse modo, a energia necessária para a sua

sobrevivência.

C6H12O6→ 2H3C ― CH2 ―OH +2CO2 +Energia

Glicose → Etanol+Gás carbônico+Energia

Durante o processo, o caldo esquenta, devido à energia liberada, e são

desprendidas bolhas de gás carbônico. Muitas outras reações acontecem e o caldo

adquire um odor desagradável. O Álcool produzido está misturado com água e

17

muitas outras substâncias. Por meio de uma destilação fracionada o álcool é

separado dos demais componentes.

Por melhor que seja a coluna de Vigreux que se use, o álcool nunca será

completamente puro. O produto que se obtém é álcool 96°GL, ou seja, 96%em

volume de álcool e 4% em volume de água (mistura azeotrópica).

Nesse processo uma tonelada de cana de cana gera 217,78 litros de etanol.

O investimento maciço na produção de etanol usado como combustível tem

sido política primordial do agro negócio brasileiro. Entretanto, este processo traz

consigo inúmeras conseqüências ao solo, à atmosfera e, principalmente, à saúde.

A queima da cana antes de seu corte aquece a terra e, algumas vezes, o calor

se conserva até a chegada do trabalhador ao canavial. A alta temperatura se

intensifica no decorrer do dia, pela ação solar. Além do calor, o trabalhador fica

exposto à poeira e à fuligem da cana queimada que impregnam em seu rosto, mãos

e roupas.

Além de prejudicar a saúde de pessoas sem problemas aparentes, exacerba

os sintomas nos portadores de asma, bronquite, hipertensão arterial, arritmia

cardíaca, entre outros problemas.

Além dos problemas de saúde também há a poluição. A queima da cana antes

de seu corte é a forma mais barata de limpeza do terreno, também é a mais nociva

porque queima, junto com a vegetação, os microorganismos que promovem a

fertilidade do solo, fixadores de nitrogênio (bactérias e cianobactérias) e

decompositores, e emite dióxido de carbono na atmosfera. Além de a acumulação

dos elementos que resultam dessa, associada à dos combustíveis fósseis têm

contribuído para a ocorrência do efeito estufa.Resíduos sólidos e líquidos

provenientes dos canaviais e posterior, produção do etanol contaminam facilmente

solos e águas, e por outro lado, o metano produzido pela degradação anaeróbia da

fração orgânica dos resíduos, pode acumular-se em bolsas, no solo, criando riscos

de explosão.Efluentes provenientes de atividades agrícolas cujo efeito no solo

depende do tipo deste, da concentração dos efluentes e do modo de dispersão, os

sistemas agrícolas intensivos que têm grandes contributivos de pesticidas e adubos,

podendo provocar a acidez dos solos, que por sua vez facilita a mobilidade dos

metais pesados, e os sistemas de rega, por incorreta implantação e uso, podem

originar a salinização do solo e/ou a toxicidade das plantas com excesso de

nutrientes.

18

Outro problema é que os canaviais constituem uma monocultura, ou seja, um

apenas plantio é cultivado em uma vasta área durante alguns anos. As

conseqüências desse tipo de plantio são: a redução da biodiversidade, redução da

competição e o favorecimento de certas espécies que, na ausência de predadores

específicos, crescem em demasia e tornam-se pragas.

O etanol hoje se apresenta como uma alternativa muito promissora para o

combate ao aquecimento global, mas ainda está longe de se mostrar uma forma de

energia 100% limpa ou 100% eficiente. E exigirá muito mais que um país rico em

cana e com experiência em seu processamento para que possa ser aplicado como

uma solução definitiva, em escala global.

5. 7 – Reaproveitamento do vinhoto na usina alcooleira

Usando como exemplo obtenção de álcool da cana de açúcar,abe-se que

para cada litro de álcool produzido são gerados de 10 a 14 litros de vinhoto, sendo

este um resíduo altamente poluente e problemático para tratamento. Inúmeros

problemas ecológicos, sociais, políticos e econômicos gerados pela eliminação da

vinhaça em leitos d’água estão registrados em literaturas que listam as disputas que

envolvem usineiros e população. Inúmeras alternativas para utilização da vinhaça

foram propostas, tais como: concentração do resíduo, fertirrigação, ração animal,

fabricação de tijolos,vinhodutos marítimos e geração de biogás através da Digestão

Anaeróbica.

Dentre as várias alternativas vamos discorrer sobre a eração de energia elétrica

alternativa através da queima o biogás gerado pela vinhaça em uma turbina a gás.

O vinhoto é um resíduo orgânico resultante do processo de destilação do

mosto para produção de álcool.Por constituir-se em matéria rica em nitrogênio,e em

especial em potássio, o vinhoto vem sendo recentemente empregado como

fertilizante nas próprias lavouras de cana, sendo este processo denominado

fertirrigação. Além da economia de fertilizantes comerciais, a fertirrigação traz

benefícios hídricos,melhorando a produtividade agrícola. Mas é também sabido que

pode se produzir biogás através da biodigestão do vinhoto em biodigestores

anaeróbicos, e que pela sua queima pode-se acionar turbinas a gás,gerando energia

elétrica.

19

Com a escassez de energia elétrica que ocorre atualmente no país, as

destilarias podem gerar sua própria demanda e até produzir excessos que poderiam

ser repassados a concessionárias. Na indústria sucroalcooleira o biogás gerado

pode ser aproveitado da seguinte forma:

a) Sendo sua totalidade queimada na caldeira, gerando vapor e, por

conseguinte acionando todo o mecanismo que executa a moagem da cana. Neste

caso estudos mostram que existirá uma sobra de 25% a 28% de todo bagaço que

atualmente é queimado nas caldeiras que será destinado a outros fins;

b) Uma terça parte do biogás poderá ser purificado,produzindo gás metano

para substituir todos os combustíveis utilizados na agroindústria,durante a safra e os

dois terços restantes seriam queimados nas caldeiras proporcionando uma sobra

de 18% de bagaço;

c) A totalidade do biogás poderá acionar uma turbina a gás, conjugada a um

gerador elétrico,produzindo 2,5 vezes a necessidade total da energia elétrica de uma

destilaria autônoma,aonde os acionamentos dos equipamentos.

O vinhoto apesar de seu baixo pH, é um substrato de fácil biodegradação

anaeróbia. Apresenta a vantagem de que a matéria orgânica nela presente está na

maior parte solubilizada, visto que os sólidos suspensos correspondem a menos que

10% dos sólidos totais. Após a biodigestão, segundo Lamo (1983),

considerando os teores de N/P/K da vinhaça, a mesma pode ser utilizada para a

fertirrigação em vez da vinhaça “in natura”, com a vantagem de mais fácil manuseio

devido ao seu ph neutro.

A constituição básica de um digestor é a câmara de fermentação, onde ocorre

a biodigestão da matéria orgânica, uma campânula que armazena o gás

produzido,ou se permite à saída deste gás, a entrada do substrato a ser fermentado

e a saída para o efluente produzido pelo processo. Trata-se de uma tecnologia

simples, onde a principal preocupação é a manutenção das propriedades

fermentativas da biomassa bacteriana. São muitos os modelos de biodigestores,

alguns com importantes detalhes construtivos, que dependem do tipo de aplicação

que são destinados e, também, do nível tecnológico disponível. Na construção do

biodigestor eficiente com alta produtividade, deve-se atender basicamente a três

requisitos: o saneamento, o atendimento de uma demanda energética e a utilização

do material biodegradado como fertilizante.

20

O processo de biodigestão, se conduzido em reatores convencionais, é

relativamente lento, com tempos de retenção hidráulica do resíduo dentro do reator

de vários dias, ou mesmo semanas, para se completar o processo. Este era, sem

dúvida, o principal obstáculo técnico para uma eventual aplicação do processo de

digestão anaeróbica para a vinhaça, que segundo Souza(1992), pode ser superado

na utilização do biodigestor de alta eficiência, os chamados UASB (Upflow

Anaeróbic Sludge Blanket Reactor), onde se mantém elevada concentração de

microorganismos no interior do reator, através da recirculação externa ou retenção

interna dos microorganismos.

O critério utilizado para controle e operação de um biodigestor como sendo a

estimativa da produção potencial de biogás a partir de um resíduo avaliado pelos

fatores:

A) A produção de CH4, num estado constante, é proporcional a quantidade de

DQO consumida no reator (01 grama de DQO consumida corresponde à produção

de 0,35 litros de CH4; a temperatura e pressão normais);

b) Uma parte do biogás produzido e dissolvido e perdido no efluente;

c) Parte da DQO é transformada em biomassa.

Segundo Lamo (1991), é proposto um esquema básico da biodigestão

anaeróbica da vinhaça, mostrando todos os pontos principais que efluente vinhoto

deve passar para a obtenção de um biogás de boa qualidade, sem que os

nutrientes O vinhoto sejam retirados deste efluente, propiciando a reposição ao solo

de parte da matéria orgânica absorvida do mesmo pela gramínea cana-de-açúcar.

Os componentes deste esquema são: trocador de calor, efluente, nutrientes e

alcais, água do trocador de calor, reator anaeróbico, tanque de adequação, biogás e

gasômetro.

5.8 - Potencial dos bananais para a obtenção de etanol

A bananeira (Musa sp.) compreende plantas gigantes, herbáceas perenes,

pertencentes a Classe Monocotyledonae, Família Musaceae, Ordem Scitominae,

desenvolvendo-se em áreas tropicais e subtropicais úmidas. A distribuição

geográfica da cultura econômica da bananeira está compreendida entre as latitudes

de 25°N e 25°S, embora sejam encontradas até 34°N, em Israel, e a 30°S, em Natal,

na África. Os melhores limites térmicos para o bom desenvolvimento da cultura

estão entre 20° e 24°C, podendo desenvolver-se satisfatoriamente em locais cujos

21

limites de temperatura sejam 15° e 35°C. Precipitações pluviométricas entre 100 e

180 mm por mês são mais indicadas ao seu cultivo.

A bananeira possui raiz, caule ou rizoma (subterrâneo), pseudocaule, formado

por bainhas folheares sobrepostas, folhas (constituídas de bainhas e lâminas) e

cacho. Os tamanhos dos componentes estruturais da bananeira dependerão da

espécie, cultivar, condições edafoclimáticas (de solo e clima) e tratos comerciais.

Levantamentos efetuados demonstram que a planta contém 5-

hidroxitriptamina (de propriedades vaso constritivas e inseticidas), ácido caprílico (de

ação fungicida e pesticida), canferol (de propriedades antibacterianas), açúcares,

ácido gálico, serotonina e compostos com ação anti-hiperglicemiante. O

pseudocolmo contém compostos poli fenólicos, entre eles taninos, leucodelfinidina e

leucocianidina, além de mucilagens, dopamina, noradrenalina, desoxixantimidina,

nitrato de potássio e de magnésio, elevada quantidade de matéria mineral,

aminofenóis (com ação vasoconstritora), fibras, carboidratos, clorofila, cálcio,

fósforo, α-tocoferol, ácido ascórbico, 3-caroteno, niacina e sílica. Essa composição

demonstra que o pseudocolmo apresenta vários compostos e propriedades naturais

que podem promover a saúde da pele. Esta condição é reforçada pelas

características da seiva que apresenta pH ácido e possui aminoácidos e ferro, com

grande ação na formação de colágeno; possui cerca de 7,6 % de proteínas,

proantocianidinas, pigmentos polifenólicos, potássio, arabinoxilanas, pectina, ácido

urônico, além de ser um potente anestésico local.

De acordo com a FAO, o órgão das Nações Unidas para agricultura e

alimentação, a Índia é a maior produtora mundial de banana, com mais de 16,8

milhões toneladas anuais, cerca de 20% do total produzido no planeta. O Brasil é o

segundo colocado,com sete milhões de toneladas, seguido da China, com 6,5

milhões. Completam os cinco primeiros Equador e Filipinas.

A produção brasileira de banana está distribuída por todo o território nacional,

sendo a região Nordeste a maior produtora (34%), seguida das Regiões Norte

(26%), Sudeste (24%), Sul (10%) e Centro-Oeste (6%). A área plantada no Brasil é

de cerca de 520.000 ha.

Os resíduos agrícolas produzidos pelo processamento comercial do cultivo

das plantas são normalmente considerados como tendo um baixo valor comercial e

representam quase sempre um problema para a sua eliminação.Como na maioria

22

das espécies, cada pseudocaule só tem capacidade de produzir um cacho de

bananas , este deve ser descartado ou acabará morrendo .

Geralmente os bananicultores, após o corte do cacho, cortam e amontoam os

restos de pseudocaule junto às touceiras. Estes vão ser mantidos nesse local até

sua completa decomposição sendo utilizados como adubo enriquecendo o solo com

nutrientes.

Hoje, a maioria das usinas de processamento, aproveitam parte do bagaço da

bananeira para geração de energia em geradores específicos. Mas como é rico em

celulose e hemiceluloses , sua queima o torna um poluidor em potencial.

Alguns produtores ainda usam a bananeira como fonte de renda a partir da

produção de artesanatos da fibra do pseudocaule e folhas.

No entanto, esse material, na maioria dos casos, pode representar uma

abundante, barata e facilmente disponível fonte renovável de biomassa lenho -

celulósica aplicável em diferentes áreas. O desenvolvimento de novas aplicações

para estes resíduos podem constituir uma fonte adicional de rendimento para os

produtores de banana e para a economia regional.

COMPOSTO %

Celulose 49,35

Hemicelulose 21,66

Lignina 7,58

Açúcares totais 0,63

Cinzas 11,22

Outros 9,56

Tabela 1-Balanço Composicional da Biomassa de Bananeira

O tronco da bananeira tem composição química similar à maioria dos

representantes da biomassa vegetal . Sua combustão mesmo não sendo tão limpa ,

não representa perigo quanto a sua toxicidade.

Uma opção para o descarte correto do pseudocaule é o reaproveitamento do

mesmo para a obtenção de etanol.

H2SO4 3%

Saccharomycies

23

Cortou-se a bananeira (musácea) e transportou-se ao local do

processamento. Triturou-se inicialmente utilizando um triturador forrageiro e após em

liquidificador para oferecer uma menor granulometria ao substrato, fazendo com que

aumente a área de contato do mesmo, facilitando o processo de hidrólise.

Pesou-se 1042 g de substrato in natura em balança semi-analítica. Transferiu-

se para um balão volumétrico e adicionou-se 200 mL de solução de ácido sulfúrico a

3%, previamente preparada. Ajustou-se a temperatura para 89°C, com auxílio de um

termopar em manta de aquecimento. Eventualmente, agitou-se o substrato através

de espátula plástica. Manteve-se a condição por cerca de 24 horas. O ácido age

com catalisador da reação , hidrolisando o substrato conforme a reação abaixo:

C6H10O5 + H2O C6H12O22

Celulose + água Glicose

Neutralizou-se o substrato com NaOH (hidróxido de sódio) até pH 6. Nesta

reação há formação de Na2SO4(Sulfato de sódio) que não influencia na próxima

etapa de conversão. A próxima etapa é fermentação onde se adicionou-se o fungo

Saccharomyces cerevisiae, à biomassa, sendo este em torno de cinco gramas.

Este fungo é o responsável pela conversão da glicose gerada em etanol. Para a

ocorrência deste processo é necessário, manter o substrato em torno de 30-38°C

para evitar a morte do fungo e permitir ação total do mesmo. Para tanto reduziu-se a

temperatura do termopar para 36°C. Sob aeração constante, manteve-se a condição

por 24 horas pois o fungo responsável pela conversão da glicose gerada em etanol ,

sendo aeróbio , ele necessita de O2 para digerir o substrato. . Crê-se que a

fermentação está concluída. De forma global representa-se a equação da

fermentação alcoólica pela equação de Gay-Lussac, onde um mol de glicose 180g

produz dois moles de etanol 92g e dois moles de dióxido de carbono 88g e 57 KCal

de energia.

C6H12O6 2H3C ― CH2 ―OH + 2CO2 + Energia

Glicose Etanol Gás carbônico

24

Filtrou-se o mosto em filtro de pano que reteve melhor quantidade de sólidos.

Para uma melhor filtração passou-se o filtrado em uma peneira de Mohs de baixa

granulometria. Logo houve a formação de duas frações. A fração sólida é o resíduo,

ou seja, a lignina (polímero tridimensional amorfo que tem função de dar rigidez a

parede estrutural das plantas) que é a chamada fibra da bananeira. Este resíduo

pode ser seco para ser utilizado com combustível de caldeira ou descartado em

qualquer local, pois sua decomposição enriquece o solo, servindo como adubo.

O resíduo líquido é o mais importante, pois dele se extrai o etanol. Este

resíduo é chamado de mosto processado. O filtrado obtido foi então injetado em

cromatográfo gasoso , indicando um percentual de 6,33 % de etanol na mistura.O

filtrado foi encaminhado a uma destilação fracionada. Nesta usa-se uma coluna de

fracionamento que separa os líquidos voláteis por ordem de ponto de ebulição. O

etanol tem ponto de ebulição de 78 ºC. Logo se manteve esta temperatura na manta

e obteve-se um líquido incolor e aroma agradável. Fez-se o teste da chama que

queimou com coloração azulada provando que este líquido é etanol.

De posse de um bom resultado em pequena escala resolveu-se transferir os

testes para o bioreator construído. Manteve-se as mesmas condições do processo

em pequena escala aumentando apenas o peso processado. Após o processamneto

da biomassa repetiu-se o teste cromatográfico , indicando apenas 1, 01% de etanol

no filtrado.

Foi possível a observação de oxidação as paredes do reator provocada pela

exposição ao ácido, além do vazamento de óleo do rotor do agitador pelo eixo.Estes

fatores podem ter contribuído para um ataque ao fungo impedindo a sua conversão

Com base numa abordagem de pesquisa adequada com respeito a

desenvolvimento de processos de produção de etanol celulósico incorpora as

seguintes ações:

Aplicação de tecnologias de pré-tratamento promissoras para preparar o

bagaço de cana para hidrólise de celulose, tendo-se em conta o sistema integrado

de produção de bioetanol (preparação de bagaço, pré-tratamento, hidrólise,

fermentação e destilação). Em princípio, os processos de pré-tratamento com vapor

(“Steam Treatment”) em presença de catalisador, água quente (“Hot Water”) e ácido

sulfúrico diluído (“Dilute Sulfuric Acid”) emergem como alternativas tecnológicas

promissoras para a instalação de unidades de hidrólise anexas às plantas sucro-

25

alcooleiras. Separadamente, tendo-se em conta o know-how tecnológico

desenvolvido localmente, parece pertinente avaliar a possibilidade de se utilizar o

processo de hidrólise com ácido diluído integrado ao pré- tratamento (e.g. Steam

Explosion), na etapa subseqüente de hidrólise química dacelulose, como alternativa

tecnológica à hidrólise enzimática;

Monitoramento das reações de transformação, produção, separação e

recuperação de hemiceluloses, lignina e celulose para cada tecnologia de pré-

tratamento desenvolvida através da caracterização (identificação e quantificação)

dos sólidos e hidrolisados;

Desenvolvimento e simulação de balanços de matéria e energia para cada

processo;

Desenvolvimento de processos de produção “in-house” de enzimas e hidrólise

(ácida e enzimática) das polpas pré-tratadas, com avaliação da fermentabilidade das

pentoses e hexoses dos hidrolisados para as alternativas tecnológicas mais

promissoras de pré – tratamento em sistemas SHF e SSF/SSCF utilizando

microrganismos convencionais e engenheirados;

Determinação e comparação de eco-eficiências entre as diferentes

alternativas de prétratamento investigadas, ao longo do ciclo de vida do sistema

integrado de produção enzima-carboidratos-bioetanol com vistas ao

desenvolvimento de soluções “feitas sob medida” para cada configuração de

processo especificamente adequada a determinado arranjo produtivo.

26

6. METODOLOGIA

6.1 Construção do bioreator com agitação mecânica e aeração.

6.2 Obtenção da matéria prima.

6.3 Trituração do pseudocaule em um triturador forrageiro.

6.4 Hidrólise ácida da biomassa por 24 horas em reator fechado com auxílio de

ácido sulfúrico a 3% , sendo empregado cerca de 50 ml de ácido para cada kg de

biomassa processada

6.5 Fermentação do mosto por 48 horas com auxílio do fungo Sacharomycces

Cerevisiae , sendo que serão empregadas cerca de 5 gramas do mesmo para cada

quilograma de biomassa.

6.6 Filtração do mosto em filtro adequado

6.7 Destilação Fracionada do filtrado obtido, para a separação do etanol.

6.8 Injeção da amostra obtida para caracterização da amostra.

6.9 Registro dos dados obtidos em caderno de campo.

27

7 CRONOGRAMA

Data

Formação

dos

grupos

Escolha do

assunto do

projeto

Separação e

coleta de

materiais

Entrega do

Ante-

projeto

Desenvolvimento

do projeto

Testes e

análises

Discussão

de

resultados

Entrega do

relatório

09/03/2011 X X X

16/03/2011 X

23/03/2011 X

30/03/2011 X

06/04/2011 X X

13/04/2011 X

20/04/2011 X

27/04/2011 X

04/05/2011 X X

11/05/2011 X

18/05/2011 X

25/05/2011 X

01/06/2011 X

08/06/2011 X

15/06/2011 X

22/06/2011 X

29/06/2011 X

28

8 RECURSOS

Quanto aos recursos utilizados para a montagem do reator constituíram

sucatas da Oxiteno, que somam em torno de três mil reais. Quanto à mão de obra

foram empregados os construtores do reator e os executores da montagem para os

testes. Para o processo, foram gastos cerca de 5 reais com fermento e energia

elétrica. O ácido sulfúrico utilizado constitui resíduo de processo. Desta forma,

gastou-se em média, 3 mil reais para o prosseguimento do projeto.

9 CONCLUSÃO

Através da realização deste constatou-se que o emprego de ácido sulfúrico

como catalisador de hidrólise aumentou o rendimento do processo de obtenção de

etanol do pseudocaule da bananeira. Desta forma os objetivos do trabalho foram

alcançados.

O processo foi empregado alterando-se variáveis com a finalidade de

aumentar o rendimento do mesmo, sendo que os melhores resultados foram obtidos

com hidrólise a 3% de H2SO4 com duração de 24 horas a temperatura constante de

89°C, seguido de fermentação com o fungo Sacharomyces Cerevisiae , com

substrato de bananeira prata. Crê-se que o insucesso, ou baixo rendimento, de

algumas formulações ocorreu devido a problemas com vazamento de óleo do eixo

do reator, agitação insuficiente, má distribuição de temperatura, excesso de água,

entre outros fatores.

Foi possível observar um rendimento de 6,33 % de etanol para cada kg de

biomassa processada , mostrando a superioridade do processo via hidrólise ácida a

hidrólise enzimática , efetuada no primeiro processamento. Com este resultado é

possível quantificar o etanol puro, que pode ser obtido do pseudocaule. Cada

tonelada de biomassa pode gerar até 64 litros de etanol, considerando que um

pseudocaule adulto tem 30 kg, 6 pseudocaules geram um litro de etanol.

Outro aspecto positivo do processo é que o resíduo sólido gerado, já está

neutralizado e pode ser seco, para posterior utilização, como alimentação de

caldeiras ou até mesmo para a fabricação de peças anti-atrito , entre outros.

29

O processo utilizado não é viável devido à dificuldade de processamento e o

baixo rendimento obtido, e alta geração de efluente líquido em batelada, além da

insuficiência do substrato devido a dificuldade de produção de bananeira em clima

frio. Porém, mesmo com o baixo rendimento , é possível a demonstração de que o

uso do pseudocaule pode vir a ser uma alternativa para a obtenção de etanol em

países que possuam este resíduo em abundancia, iniciando assim mais um ciclo de

transformação de lixo em uma fonte de energia mais limpa e renovável.

10 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

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Paulo: Ática, 2005.

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Compacta. São Paulo: Ática, 2004.

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Paulo:Moderna, 2ª edição ,2005.

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