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jaime@ctc.com.br
Título da Apresentação
Autor
Escolha uma restrição e apague as outrasUso Exclusivo do(a) CTC ou Associada ou ÁreaUso Exclusivo das Associadas ao CTCDivulgação Livre
Workshop de Hidrólise de Bagaço e Palha de Cana par a Produção de Etanol
Projeto PPPP Fapesp
Jaime Finguerut
jaime@ctc.com.br
IPT SP 14/12/06
jaime@ctc.com.br
CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO• TERMO DE REFERÊNCIA• (1) Caracterização do material lignocelulósico. • Os materiais lignocelulósicos têm em sua composição basicamente
celulose, hemicelulose e lignina, na proporção aproximada de 40 a 50%, 20 a 30% e 25 a 30% respectivamente, variando em função do tipo de material. Esses compostos formam uma estrutura complexa e compacta, cujas características também dependerão do tipo de material a ser processado (bagaço ou palha de cana e diferentes variedades de cana, entre outros).
• Nesta área do desenvolvimento 2 perguntas chave precisam ser respondidas:
• Existem vantagens significativas entre as características da palha e do bagaço, com vistas ao seu processamento para produção de etanol?
• Existem interferentes importantes, na composição do bagaço e da palha da cana, para o processo de hidrólise?
Natural Polymers and Agrofibers Composites R.M. Rowell, J.S. Han and J.S. Rowell (São Carlos, Brazil,2000)
Table 1. Chemical composition of some common fibers
Sugar Cane Bagasse and Trash
Cellulose Lignin Pentosan Ash Silica
32-48 19-24 27-32 1.5-5 0.7-3.5
BAGASSE AND TRASH COMPOSITION
50%MOISTURE
2-3%DISSOLVED SOLIDS
2-3%SUSPENDED SOLIDS
45%LIGNOCELLULOSICS
Hydrolysis
Kg Kg litreshydrolisis fermentation
celLulose 200 glucose 209 ethanol 123hemicelLulose 158
lignin 100 xilose
proteins 17 arabinose 126 ethanol 63ashes 25water 500 total 186
ETHANOL YIELD BAGASSE AND TRASH
C.E.V. ROSSEL
Celulose
Hemicelulose
Lignina
Extrato
Cinzas
Água
210
135
110
20
25
500
233
153
150
99
Conversão celulose : glicose: 1,111 kg/kg
Hemicelulose: xilose: 1,136 kg/kg
glicose : etanol: 0,6475 l/kg
xilose : etanol: 0,6475 l/kg
Kg Kg l
CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO
• No slide anterior vemos que o sucesso da produção de álcool de celulósicos depende de:– Disponibilidade e custo do material
– Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de pré-tratamento
– Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de hidrólise
– Características do material que possam simplificar o processo de fermentação
CARACTERIZAÇÃO
• Vantagens significativas do bagaço– Já está na Usina
– Seu custo já está “apropriado” nos produtos
– Já foi tratado fisicamente para permitir a extração do caldo (prepraro e moagem)
– Parte do bagaço é material de armazenamento: células ocas formadas só por parede celular
• Desvantagens e interferentes:– Hoje sobra muito pouco: balanço energético
– Digestibilidade enzimática integral relativamente baixa. Lignina e hemicelulose (steam explosion)
– Compete em uso com a bioeletricidade que é a tecnologia existente e atrai os investimentos
– Contém sólidos não fibra (terra, areia, cinzas, extrativos)
– Origina muita xilose (açúcar não fermentável)
CARACTERIZAÇÃO
TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY
TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY
Study of sugar cane bagasse characteristics: particle shape and size, free-settling velocity, and drag coefficient. Brazilian Chemical Engineering Journal
Silvia Nebra e Juan Harold Sosa-Arnao FEM UNICAMP 2006
• Vantagens significativas da palha– Pode dobrar a quantidade correspondente de bagaço– Teremos de parar de queimar cana– Pelo menos parte da palha tem de ser retirada para controlar
pragas como a cigarrinha– Comparando com outras gramíneas (corn stover), teria
digestibilidade enzimática muito maior, possívelmente por conter menos lignina (menos aromáticos p-CA) (DannyAkin ARS Georgia USA)
– Pode queimar o bagaço e hidrolisar a palha ou vice-versa– Palha já chega com baixa umidade
CARACTERIZAÇÃO
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
SUGAR CANE BURNING PHASING OUT
DRY LEAVES
TOPS
GREEN LEAVES
STALK
SUGARCANE TRASH YIELDAverage
Variety Cut Stalks (t/ha)
Trash (DM) (t/ha)
Trash % to Stalks
1º C* 120,0 17,8 15% 3º C 91,5 15,0 16% SP79-1011 5º C 84,2 13,7 16% 1º C* 135,8 14,6 11% 3º C 100,5 12,6 13% SP80-1842 5º C 91,6 10,5 11% 1º C* 134,3 17,2 13% 3º C 99,8 14,9 15% RB72454 5º C 78,2 13,6 17%
Average 104,0 14,4 14%
R 2 = 0 ,2 8 0 9
R 2 = 0 ,8 1 7 4
R 2 = 0 ,2 0 1 4
9 %
1 1 %
1 3 %
1 5 %
1 7 %
1 9 %
2 1 %
6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0
S P 7 9 - 1 0 1 1
R B 7 2 4 5 4
S P 8 0 - 1 8 4 2
C a n e y ie ld ( t / h a )
D r y t r a s h % s t a lk s
Thick trash layer
Items Alternative1
Alternative2
Alternative3
Deliver trash to mill 9.61 23.23 2.74Loss of agricultural productivity 2.41 - -Opportunity cost of trash in field 5.59 5.37 6.50Trash separation from cane - 2.79 3.69Trash processing 0.89 0.85 1.14Difference of industrial results - -1.13 -0.37
Trash total cost 18.49 31.12 13.70
Alternative 1 – baling
Alternative 2 – no cleaning during harvesting, low density transportation
Alternative 3 –partial cleaning
COST OF SUGAR CANE TRASH
1 dry ton of trash ≈ 18 GJ
GEF/UNDP/MCT Project BRA/96/G31 Biomass power generation: Sugar canebagasse and trash
U$/dry ton
• Desvantagens e interferentes:– Não está disponível hoje.
– Apesar dos custos atrativos precisa desenvolver o sistema de coleta, transporte, etc.
– Precisa pré-tratamento físico. Baixa densidade.
– Possivelmente precisará outras enzimas
– Também gera muita xilose
– Também compete com bioeletricidade
CARACTERIZAÇÃO
• Futuro:– Variedades mais apropriadas. Cana-de-álcool,
cana-energia?
– Fotossíntese para álcool?
– Termoquímicos: BTL (biomass-to-liquids) ou gaseificação + fermentação serão viáveis?
CARACTERIZAÇÃO
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