BIOTECNOLOGIA DE LIGNOCELUL ÓSICOS PARA A … · 2008-04-25 · • EXTRA ÇÃ O POR SOLVENTE ... É insol úvel em álcalis São sol úveis em álcalis CELULOSE HEMICELULOSES. Lignina:

BIOTECNOLOGIA DE LIGNOCELULÓSICOS PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL E O

CONTEXTO DE BIORREFINARIA

Nei Pereira Jr.

Professor Titular

Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos

Departamento de Engenharia Bioquímica

Escola de Química/UFRJ

e-mail: [email protected]

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIROESCOLA DE QUÍMICA

LABORATORIOS DE DESENVOLVIMENTO DE BIOPROCESSOS

Seminário Fluminense deBIOCOMBUSTÍVEIS e BIOMASSAS

Niterói, 17/04/2008

outras

renováve is

0 ,5%

hidroe lé tr ica

2%

nuclear

7%

biomassa

11%

gás

na tura l

21%carvão

minera l 23%

petróleo

36%

80%fontes fósseis

Demanda mundial de energiaDemanda mundial de energia

Fonte: MAPA (2006)Fonte: MAPA (2006)

Taxa de crescimento de 2,3% a.a.Taxa de crescimento de 2,3% a.a.

eólicafotovoltáicatermosoloargeotérmicamaremotriz

ASPECTOS ASPECTOS

ECONÔMICOSECONÔMICOS

≅ US$ 114.93(16/04/2008)

A PROBLEMÁTICA DOS A PROBLEMÁTICA DOS

COMBUSTÍVEIS COMBUSTÍVEIS

FÓSSEIS FÓSSEIS

ESGOTAMENTOESGOTAMENTO

DO PETRÓLEODO PETRÓLEO

POLUIÇÃOPOLUIÇÃO

ATMOSFÉRICAATMOSFÉRICAAUMENTO DA AUMENTO DA

CONCENTRAÇÃOCONCENTRAÇÃO

DE CODE CO22

EFEITOEFEITO

ESTUFAESTUFA

AQUECIMENTOAQUECIMENTO

GLOBALGLOBAL

MUDANÇASMUDANÇAS

CLIMÁTICACLIMÁTICA

CONFLITOSCONFLITOS

GLOBAISGLOBAIS

50 YEARS AGO WORLD CONSUMPTION:

4 BILLION BARRELS/YEAR

NEW WELLS:


PETROELUMWORLD DEMAND

Source: Aleklett, Uppsala University (2005).

TODAY WORLD CONSUMPTION:


NEW WELLS:


PETROELUMWORLD DEMAND

Source: Aleklett, Uppsala University (2005).

PARADIGM SHIFT RETHINK OUR ENERGY MATRIX AND

FEEDSTOCK SOURCES

DIVERSIFY THE USE OF SUCH RESOURCES

SEARCH FOR ALTERNATIVE AND RENEWABLE RESOURCES LESS POLLUTANT

REDUCE OUR DEPENDENCY ON FOSSIL SOURCES

O que é Biomassa e por que O que é Biomassa e por que

utilizá-la em substituição às utilizá-la em substituição às

fontes fosseis ?fontes fosseis ?

BIOMASSA:BIOMASSA:

� MATÉRIA ORGÂNICAMATÉRIA ORGÂNICA oriunda de fontes oriunda de fontes VEGETAISVEGETAIS ouou ANIMAISANIMAIS;;

� Origem direta ou indireta do Origem direta ou indireta do PROCESSO DE FOTOSSÍNTESEPROCESSO DE FOTOSSÍNTESE;;

� SÃO RENOVÁVEISSÃO RENOVÁVEIS..

� Biomassa NaturalBiomassa Natural

� Biomassa AlimentíciaBiomassa Alimentícia

� Biomassa ResidualBiomassa Residual

� Biomassa de Cultivos EnergéticosBiomassa de Cultivos Energéticos

BIOMASSAS VEGETAISBIOMASSAS VEGETAIS

ÁGUAÁGUA

AMIDOAMIDO

CELULOSECELULOSE

AÇÚCARAÇÚCAR

COCO22

LUZLUZ

OO22

� Um dos maiores potenciais de biomassas do planeta;Um dos maiores potenciais de biomassas do planeta;

� Possui uma grande área de expansão de agricultura de energia;Possui uma grande área de expansão de agricultura de energia;

� Intensa radiação solar;Intensa radiação solar;

� Diversidade de clima;Diversidade de clima;

� Exuberância da biodiversidade;Exuberância da biodiversidade;

� Água em abundância;Água em abundância;

� Pioneirismo na produção de biocombustível em larga escala; Pioneirismo na produção de biocombustível em larga escala;

� Elevada geração de empregos;Elevada geração de empregos;

� Recepção de recursos de investimento do Mercado de Carbono.Recepção de recursos de investimento do Mercado de Carbono.

Vantagens do Brasil Vantagens do Brasil

no Uso de Biomassasno Uso de Biomassas

13,313,31.331,91.331,910.038,310.038,3MundoMundo

4,34,399,199,12.281,42.281,4Estados UnidosEstados Unidos

1,11,12,52,5235,2235,2Reino UnidoReino Unido

2,62,69,29,2351,1351,1AlemanhaAlemanha

7,07,018,618,6265,6265,6FrançaFrança

44,744,782,782,7185,1185,1BrasilBrasil

5,75,76,66,6115,6115,6AustráliaAustrália

10,810,86,26,257,657,6ArgentinaArgentina

ENERGIA ENERGIA

RENOVÁVELRENOVÁVEL

(%)(%)

ENERGIA ENERGIA

RENOVÁVEL RENOVÁVEL

(TEP)(TEP)

SUPRIMENTO SUPRIMENTO

PRIMÁRIO DE PRIMÁRIO DE

ENERGIA (TEP)ENERGIA (TEP)

PAÍSPAÍS

Fonte: Adaptado de MAPA (2005) e de EPE/MME (2006) – Fonte: Adaptado de MAPA (2005) e de EPE/MME (2006) – http://www.epe.gov.brhttp://www.epe.gov.br

Suprimento Mundial de EnergiaSuprimento Mundial de Energia

A matriz energética brasileira é uma das mais limpas do mundoA matriz energética brasileira é uma das mais limpas do mundo

80 hidrelétricas de grande porte e80 hidrelétricas de grande porte e

47 de pequeno porte47 de pequeno porte

Sugar Cane plantation in center-south region of Brazil

LAND OCUPATION AND AVAILABLE AREA WITHOUT IMPACT

Source: Cortez (2006)

Cultivares/OcupaçãoÁrea

(million ha)

Cane 6

Soya 20

Corn 13

Planted wood 6.6

Pasture 150

Available area without impact 100-150

Cultivated area 63

Brazil – total area 855

(9,5%)

� It would be possible to substitute, today, the world demand of gasoline (4x109 liters daily);

� It would be avoided net CO2 emissions of

1.8x109 to 2.7x109 ton/year.

Vegetal BiomassVegetal Biomass

SUGARY LIGNOCELLULOSICSTARCHY

STARCH CELLULOSE HEMICELLULOSESUCROSE

XYLOSEXYLOSE MANNOSEMANNOSE

ARABINOSEARABINOSE

FRUCTOSEFRUCTOSE

GALACTOSEGALACTOSE

XYLOSEXYLOSEXYLOSEXYLOSE

CCRRR STAGLUCOSEGLUCOSE

CARBOHYDRATESCARBOHYDRATES

==

SUGARSSUGARS

==

SACCHARIDESSACCHARIDES

RECEPÇÃO/EXTRAÇÃO/

PREPARO

FERMENTAÇÃO

PRODUÇÃO DE AÇÚCAR

VINHAÇA

MELAÇO

SETOR SUCRO-ALCOOLEIRO E A PRODUÇÃO DE ETANOL NO BRASIL

CALDO

Fontes: Fairbanks (2005); MAPA (2007); Gazeta Mercantil (mar 2007); World Ethanol & Biofuel Report (jan 2007) e MAPA (2008)

Brasil

USA

0

4

8

12

16

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

Pro

du

çã o d

e E

tan

ol

(bilh

õ es

lit

ros

) 54%

36%

2006

1818,1

17,3

Produção Brasileira e Norte-Americana de Etanol

Brasil: 363 Destilarias anexas e autônomas + 86 em construção

USA: 101 Destilarias autônomas + 30 novas Unidades (Biorrefinaria)

Produção 2007:(em bilhões de litros)

Brasil: 21,90USA: 24,55

MP AÇUCARADAS

MP AMILÁCEAS

MP LIGNOCELULÓSICAS

PRÉ-TRATAMENTO PRÉ-TRATAMENTO PRÉ-TRATAMENTO:EXTRAÇÃO/HIDRÓLISE

DA HEMICELULOSE

FERMENTAÇÃO

• BATELADA

• BATELADA ALIMENTADA

• CONTÍNUA

RECUPERAÇÃO DO PRODUTO

• DESTILAÇÃO

• EXTRAÇÃO POR SOLVENTE

• ADSORÇÃO

HIDRÓLISE DA CELULOSE

HIDRÓLISE DO AMIDO

SACAROSEGLICOSEFRUTOSE

GLICOSE

RESÍDUOalimentação animal

produção de energia

RESÍDUOalimentação animal

produção de energia

XILOSEARABINOSEGLICOSEGALACTOSEMANOSE

GLICOSE

LIGNINAprodução de energia

co2

ETANOL

VINHOTO

TECNOLOGIAS PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL DE BIOMASSAS

Tecnologias maduras Tecnologia emergente

COMPLEXIDADE TECNOLÓGICA

RESIDUAL BIOMASS RESIDUAL BIOMASS

OF OF

LIGNOCELLULOSIC LIGNOCELLULOSIC

COMPOSITIONCOMPOSITION

Benefits of Lignocellulose Conversion Technologies through Biological and/or Chemical

Routes

� Abundant and cheap renewable resources;

� Their generation does not compete with the use of land for food production;

� No necessity of expanding the agricultural land for feedstock production;

� Opportunity for industrial development based on the concept of BIOREFINERY;

� Reduction in gas emissions that cause the so called ‘green house effect’;

� Cleaner technologies;

�Macroeconomic benefits for rural communities and for Society as a whole;

� They are within the perspective of Sustainable Development.

BIOMASSAS RESIDUAIS DE COMPOSIÇÃO LIGNOCELULÓSICA

PLATAFORMA SUCRO-QUÍMICA

• Hidrólise (química/enzimática)

• Conversão da lignina

PLATAFORMA TERMO-QUÍMICA

• Pirólise (bio-óleo)

• Gaseificação BTL

Intermediários gasosos ou líquidos

Intermediários glicídicos ou

derivados de lignina

Biocombustíveis(Etanol e DMF)

Produtos químicos

Bioenergia

BIORREFINARIA é um termo relativamente novo que se refere ao uso de

matérias-primas renováveis e de seus resíduos (denominados de forma geral de BIOMASSAS), de maneira mais integral e diversificada, para a produção, por ROTA QUÍMICA ou BIOTECNOLÓGICA de uma variedade de valiosas substâncias e energia, com mínima geração de resíduos e emissões.

~ 112.0TOTAL

18.0NovozymesCellulase Cost-Reduction for Corn-derived Lignocellulosics

18.0Genencor Int.Cellulase Cost-Reduction for Corn-derived Lignocellulosics

2.4NCGA-National Corn Growers Association

Separation of Corn fiber and Conversion to Fuels and Chemicals Phase II: Pilot-Scale Operation

5.6Broin & AssociatesA Second Generation Dry Mill Biorefinery

17.7Abengoa S.A.

Advanced Biorefinering of Distillers’Grain and Corn Stover Blends: Pre-commercialization of a Biomass-Derived Process Technology

6.0Cargill, IncA New Biorefinery Platform Intermediate

26.0Cargill-Dow LLCMaking Industrial Biorefining Happen

18.2E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc.

Integrated Corn-Based Biorefinery

Valor(milhões de US$)

ContratadoProjeto

SUGAR PLATAFORM BIOREFINERIES

Fonte: http:www.eere.energy.gov/biomass (2006)

Investimentos do US Department of Energy, no período 2002-2005, para implementação de

Biorrefinarias no País

O Complexo Lignocelulósico

Composição básica:

� Celulose (40-60%)

� Hemicelulose (20-40%)

� Lignina (10-25%)

��

��

CeluloseCelulose::

homopolissacarídeo de unidades de homopolissacarídeo de unidades de ββ-(1-(1��4)-D-glucopiranose4)-D-glucopiranose

Celobiose

ligações de hidrogênio intramoleculares

ligações de hidrogênio intermoleculares

HemicelulosesHemiceluloses

• Segundo mais abundante componente dos materiais Segundo mais abundante componente dos materiais lignocelulósicos;lignocelulósicos;

• Natureza heteropolissacarídica, composta de açúcares de 5 e 6 Natureza heteropolissacarídica, composta de açúcares de 5 e 6 átomos de carbono, podendo estar presentes: átomos de carbono, podendo estar presentes: xilosexilose, , glicoseglicose, , manosemanose, , arabinosearabinose e e galactosegalactose, bem como ácidos orgânicos , bem como ácidos orgânicos (urônicos e acético);(urônicos e acético);

• Conforme a composição e predominância de monossacarídeos Conforme a composição e predominância de monossacarídeos recebem diferentes denominações (recebem diferentes denominações (xilanasxilanas, , mananasmananas, , arabinanasarabinanas,, galactanas galactanas, , arabino-xilanasarabino-xilanas, , galacto-mananasgalacto-mananas, , galacto-arabino-xilanasgalacto-arabino-xilanas););

• Matriz suporte para as microfibrilas de celulose;Matriz suporte para as microfibrilas de celulose;

• São decompostas por um amplo espectro de microrganismos, São decompostas por um amplo espectro de microrganismos, em particular fungos filamentosos e actinomicetos.em particular fungos filamentosos e actinomicetos.

Estruturas de Xilanas de Estruturas de Xilanas de

angiosperma (A) e gimnosperma (B)angiosperma (A) e gimnosperma (B)

(A)(A)

(B)(B)

α-4-O-Me-GlcA

α-4-O-Me-GlcAα-4-O-Me-GlcA

αα -Araf-Araf αα -Araf-Araf

XILOSE

XILOSE

GRUPAMENTOACETIL

ARABINOSE

ÁCIDO α-4-O-METILGLUCURÔNICO

Principais Diferenças entre Celulose e Principais Diferenças entre Celulose e

HemicelulosesHemiceluloses

Consistem em várias unidades de Consistem em várias unidades de

pentosespentoses e e hexoseshexoses ligadas entre si ligadas entre si

(Natureza Heteropolissacarídica)(Natureza Heteropolissacarídica)

Consiste em unidades de Consiste em unidades de glicoseglicose

ligadas entre si ligadas entre si

(Natureza Homopolissacarídica)(Natureza Homopolissacarídica)

Baixo grau de polimerização (50 a Baixo grau de polimerização (50 a

300)300)Alto grau de polimerização Alto grau de polimerização

(10.00 a 15.000)(10.00 a 15.000)

Não formam arranjo fibrosoNão formam arranjo fibrosoForma arranjo fibrosoForma arranjo fibroso

Apresentam somente regiões Apresentam somente regiões amorfasamorfasApresenta regiões Apresenta regiões cristalinascristalinas e e amorfasamorfas

São atacadas São atacadas rapidamenterapidamente por ácido por ácido

inorgânico diluído a quenteinorgânico diluído a quenteÉ atacada É atacada lentamentelentamente por ácido por ácido

inorgânico diluído a quenteinorgânico diluído a quente

São solúveis em álcalisSão solúveis em álcalisÉ insolúvel em álcalisÉ insolúvel em álcalis

HEMICELULOSESHEMICELULOSESCELULOSECELULOSE

Lignina: Macromolécula constituída de Lignina: Macromolécula constituída de

Álcoois AromáticosÁlcoois Aromáticos

O

OCH3

H2CO

CO

CHCH

CH

O

H2COH

H2COH

O

CH

CH

CH2OH

O

CH3O OCH3

HC HC

HC

CH2OHO

CH2

H3CO OCH3

OH

OHC

CH2OH

CHO

OCH3

OCH3

O

H2COH

CO

CH

H3CO

O CH

CH

CH2OH

CH3O OCH3

O

CH

CH2OH

CHO

OCH3

H3CO

HC

CH2OH

CH

CH3OOH

OCH3 O

CH COOHHOCH

CO

HC

CH2OH

O

O

CH

CO

CH2OH

CH3OO CH

HC

CH2OH

O

CH3O OCH3

OH

OCH3

CH

HC

CH2OH

OCH3

O CH

HC

O

CH CHOHOCH2

CH3O

CH2O

COHCHOCH2

O

OCH3CH3O

HOHC

HC

HOH2C

OCH3

O CH

HC

OCH3

CH2OH

O

OCH3

HC O

HC

HOH2C

OH

CH

CH

CHO

OOCH3CH3O

HC

HC

H2C

OCH2

CH

CHO

OCH3CH2O

O CH

CH

CH2OH

O

OCH3CH3O

OH

CH3O

HC O

HC

HOH2C

CH

HC

CH2OH

OCH3

HC

HC

CH2OH

CH3O OCH3

O-

CH

CH2OH

HC

OH

OCH3

�1

CH2

HC

CH3O OCH3

O-

CH

CH2

OH

OCH3

CH2H2C

O

�5

Álcool trans coniferílico Álcool cumárico

Álcool sinapílico

n.d.n.d.n.d.n.d.4,04,04,04,0n.d.n.d.4,04,04,04,0ProteínasProteínas

1,01,00,40,414,814,84,84,84,44,49,69,64,34,3CinzasCinzas

20,020,021,021,017,617,618,418,49,99,914,514,515,115,1LigninaLignina

Não-carboidrato (%)Não-carboidrato (%)

4,04,00,50,54,34,34,54,54,54,54,44,44,24,2ArabinoseArabinose

14,014,04,64,64,64,624,324,314,814,819,219,214,814,8XiloseXilose

n.d.n.d.n.d.n.d.0,10,11,11,10,40,44,44,40,80,8GalactoseGalactose

8,08,016,616,64,14,1n.d.n.d.1,81,80,80,80,30,3ManoseManose

40,040,064,464,420,020,038,138,141,041,036,636,639,039,0GlicoseGlicose

Carboidratos (%)Carboidratos (%)

Resíduos Resíduos

urbanosurbanosJornalJornalSemente Semente

de de

algodãoalgodão

Bagaço Bagaço

de canade canaPalha Palha

de de

arrozarroz

Palha Palha

de trigode trigoSabugo Sabugo

de milhode milhoComponenteComponente

Composição em Carboidratos Composição em Carboidratos

(Glicídios) de Alguns Resíduos (Glicídios) de Alguns Resíduos

LignocelulósicosLignocelulósicos

Fonte: Lee (1997)Fonte: Lee (1997)

~ 70% carboidratos

� Os preços do barril de petróleo atingiram Os preços do barril de petróleo atingiram

patamares que inviabilizam o crescimento patamares que inviabilizam o crescimento

auto-sustentado da nações;auto-sustentado da nações;

� Crescente interesse por fontes alternativas Crescente interesse por fontes alternativas

de energia;de energia;

� Necessidade em se agregar valor às Necessidade em se agregar valor às

biomassas, cuja geração tende a crescer;biomassas, cuja geração tende a crescer;

� Possibilidade de se aumentar a produção de Possibilidade de se aumentar a produção de

etanol sem que haja a necessidade de maior etanol sem que haja a necessidade de maior

disponibilização de terras agricultáveis;disponibilização de terras agricultáveis;O preço do barril de petróleo ultrapassou US$ 78,44 (o equivalente a cerca de R$ 168,83) na Bolsa de Londres nesta segunda-feira, depois do anúncio de que a BP (British Petroleum) terá de fechar um dos maiores campos dos Estados Unidos devido a um vazamento em um oleoduto

Preço do barril de petróleo ultrapassa US$ 78

Importância do Bioetanol e da sua Produção a partir Importância do Bioetanol e da sua Produção a partir

de Resíduos Lignocelulósicosde Resíduos Lignocelulósicos

Excedente: 6 - 16 milhões de toneladas/anoExcedente: 6 - 16 milhões de toneladas/ano

Esquema de Geração de Energia do Bagaço de Esquema de Geração de Energia do Bagaço de

CanaCana

Bagaço

Cana de

Açúcar

Moendas

Caldeira

TURBO GERADORES

TURBINAS

Destilação do ÁlcoolProdução de Açúcar

Operação de Bombas;Centrifugas e outros,

Eletricidade excedente é comercializada

VAPOR

ELECTRICIDADE

VAPORDE BAIXA PRESSÃO

Operação das moendas

ENERGIA MECÂNICA

Fonte: Dedini (2005); MAPA (2005)Fonte: Dedini (2005); MAPA (2005)

RESÍDUOS SÓLIDOS DA CANA-DE-AÇÚCAR RESÍDUOS SÓLIDOS DA CANA-DE-AÇÚCAR

GERADOS NA SAFRA DE 2004/2005GERADOS NA SAFRA DE 2004/2005

BAGAÇOBAGAÇO

GERAÇÃO TOTAL = 130 milhões de toneladas GERAÇÃO TOTAL = 130 milhões de toneladas

(60 a 90% para produção de energia) (60 a 90% para produção de energia)

EXCEDENTE EXCEDENTE ≅≅ 6,6 (MAPA) - 16 milhões de toneladas (DEDINI)6,6 (MAPA) - 16 milhões de toneladas (DEDINI)

Fontes: Fontes: http://http://www.fapesp.gov.brwww.fapesp.gov.br// (2002); (2002); http://http://www.radiobras.gov.brwww.radiobras.gov.br// (2003) (2003)

PALHAPALHAGERAÇÃO TOTALGERAÇÃO TOTAL ≅≅ 76 milhões de toneladas 76 milhões de toneladas

� ainda queimada no próprio campo;ainda queimada no próprio campo;

� estimativa do potencial de lançamento anual na atmosfera de, aproximadamente, estimativa do potencial de lançamento anual na atmosfera de, aproximadamente,

30 milhões toneladas de C30 milhões toneladas de C; ; 94 milhões de toneladas de CO94 milhões de toneladas de CO22; ; 325 mil toneladas de 325 mil toneladas de

nitrogênionitrogênio; ; 65 mil toneladas de S65 mil toneladas de S; ; 89 89 µµ g particulados/mg particulados/m33 (máximo permitido pelo (máximo permitido pelo

CONAMA 50 CONAMA 50 µµ g/mg/m33).).

� Lei do Estado de SP nLei do Estado de SP noo 10.547 (02/05/2000) que dispõe sobre a eliminação 10.547 (02/05/2000) que dispõe sobre a eliminação

gradativa da queima da palha no campo, prevendo-se total eliminação desta prática gradativa da queima da palha no campo, prevendo-se total eliminação desta prática

em 2021.em 2021.

Potencial dos Resíduos do Setor Sucro-Alcooleiro Brasileiro para Potencial dos Resíduos do Setor Sucro-Alcooleiro Brasileiro para

a Produção de ETANOL (a Produção de ETANOL (cenário DEDINIcenário DEDINI- Otimista)- Otimista)

PALHA DE CANAPALHA DE CANA �� 76 milhões tons76 milhões tons (15% umidade) (15% umidade)

20,6% 20,6% XILOSEXILOSE

Eficiência de hidrólise de 98% Eficiência de hidrólise de 98%

Eficiência de fermentação de 80%Eficiência de fermentação de 80%

ρρ ETANOLETANOL = 0,8 g/cm = 0,8 g/cm33

6,65 bilhões de litros6,65 bilhões de litros

1,03 bilhão de litros1,03 bilhão de litros

Total Total HCELHCEL = 7,68 bilhões de litros = 7,68 bilhões de litros

Fração HemicelulósicaFração Hemicelulósica

Fração CelulósicaFração Celulósica

BAGAÇO DE CANA + PALHA DE CANABAGAÇO DE CANA + PALHA DE CANA

38,1% 38,1% GLICOSEGLICOSE; EH de 85%; EF de 90%; EH de 85%; EF de 90%


Total Total CELCEL = 13,51 bilhões de litros = 13,51 bilhões de litros

Etanol Etanol CEL+HCELCEL+HCEL = 21,2 bilhões litros = 21,2 bilhões litrosEtanolEtanol SAC SAC = 16,2 bilhões litros = 16,2 bilhões litros

BAGAÇO DE CANA BAGAÇO DE CANA (excedente) (excedente) �� 16 milhões tons16 milhões tons

(50% umidade)(50% umidade)

24,3% 24,3% XILOSEXILOSE

Eficiência de hidrólise de 98% Eficiência de hidrólise de 98%

Eficiência de fermentação de 85% Eficiência de fermentação de 85%


Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).

Safra 2004/2005Safra 2004/2005

duos do Setor Sucro-Alcooleiro Brasileiro para duos do Setor Sucro-Alcooleiro Brasileiro para - Otimista)- Otimista)- Otimista)

es tonses tonses tonses tons (15% umidade) (15% umidade)es tons (15% umidade) (15% umidade)

lise de 98% lise de 98% lise de 98% lise de 98% ncia de fermentação de 80%ncia de fermentancia de fermentancia de fermentaçãçãção de 80%o de 80%o de 80% = 0,8 g/cm = 0,8 g/cm = 0,8 g/cm = 0,8 g/cm3333

6,65 bilh6,65 bilh6,65 bilh6,65 bilh

1,03 bilhão de litros1,03 bilh1,03 bilh1,03 bilhããão de litroso de litroso de litros

Fração Celulóo Celul sicaFraFraFraçãFraFraçãção Celulçãção Celulo Celulóo Celulo Celulóóo Celulo Celulo Celulo Celulo Celulo Celulo Celul sicaóósicasica

BAGAÇO DE CANA + PALHA DE CANABAGABAGABAGAÇÇÇO DE CANA + PALHA DE CANAO DE CANA + PALHA DE CANAO DE CANA + PALHA DE CANA38,1% 38,1% 38,1% 38,1% GLICOSEGLICOSEGLICOSEGLICOSE; EH de 85%; EF de 90%; EH de 85%; EF de 90%; EH de 85%; EF de 90%; EH de 85%; EF de 90%

ETANOLETANOLETANOLETANOL = 0,8 g/cm = 0,8 g/cmETANOL = 0,8 g/cm = 0,8 g/cm3333

EtanolEtanolEtanolEtanol SAC SAC SAC SAC = 16,2 bilhõ = 16,2 bilh SAC = 16,2 bilh = 16,2 bilhõõões litrosõ

Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).Fonte: Dedini (2005); Lee (1998) & LADEBIO-EQ/UFRJ (2006).

É possível m

ais do que dobrar a

produ

çã o de etanol sem demanda de

área adicional para a pro

du

çã o de matéria

-prima

PRODUÇÃO PRODUÇÃO versusversus CONSUMO CONSUMO

DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCARDE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR

Fonte: MAPA (2005); Rossel (2005)Fonte: MAPA (2005); Rossel (2005)

5 0 .0 0 0

6 0 .0 0 0

7 0 .0 0 0

8 0 .0 0 0

9 0 .0 0 0

1 0 0 .0 0 0

2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4

ANO

10

3 t

on

PRODUÇÃO

CONSUMO

excedente bagaço ( 2 0 0 4 ) = 6 .6 0 4 .0 0 0 ton

PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR

EM COBERTURA DE SOLOSEM COBERTURA DE SOLOS

Dados para Criação de Cenário mais RealistaDados para Criação de Cenário mais Realista

Palha disponível: 40%Palha disponível: 40%

8,428,4221,2021,20Total (10Total (109 9 litros/ano)litros/ano)

4,754,7512,0312,03CeluloseCelulose

2,632,636,656,65HemiceluloseHemicelulosePALHA DE CANAPALHA DE CANA

0,610,611,491,49CeluloseCelulose

0,430,431,031,03HemiceluloseHemiceluloseBAGAÇO DE CANABAGAÇO DE CANA

Cenário Cenário

MAPA-RosselMAPA-Rossel

10109 9 L/anoL/ano

Cenário DEDINICenário DEDINI

10109 9 L/anoL/anoComponenteComponenteRESÍDUORESÍDUO

Cenários para a Produção de Etanol Cenários para a Produção de Etanol

de Resíduos do Setor Sucro-alcooleirode Resíduos do Setor Sucro-alcooleiro

EtanolEtanol de etanol de sacarose (safra 2004/2005)de etanol de sacarose (safra 2004/2005)

[16,2 bilhões litros][16,2 bilhões litros]

Maior contribuição Maior contribuição �� Palha Palha

� 50%� 130%

Produção brasileira de etanolProdução brasileira de etanol

LIGNINA

SOLÚVEL

MATERIAL

LIGNOCELULÓSICO

PRÉ-TRATAMENTO

(PRÉ-HIDRÓLISE/AUTO-HIDRÓLISE)

HEMICELULOSE

(PENTOSES +HEXOSES)

CELULOSE + LIGNINA

(CELULIGNINA)

OH-/solvents

(DESLIGNIFICAÇÃO)

CELULOSELIGNINA

H+

(HIDRÓLISE) GLICOSE

Fracionamento dos Componentes de Biomassas Fracionamento dos Componentes de Biomassas

Lignocelulósicas para a Produção de EtanolLignocelulósicas para a Produção de Etanol

� HIDRÓLISE ENZIMÁTICATENDÊNCIA

GLICOSE

Pré-tratamento do Material LignocelulósicoPré-tratamento do Material Lignocelulósico

Visa à desorganização do complexo lignocelulósico e, como conseqüência, aumento da Visa à desorganização do complexo lignocelulósico e, como conseqüência, aumento da

acessibilidade das enzimas às moléculas de celuloseacessibilidade das enzimas às moléculas de celulose

IMPRESCIN

D

ÍVEL

CeluligninaCelulignina

de Bagaço de Canade Bagaço de Cana

Fonte: LADEBIO- EQ/UFRJFonte: LADEBIO- EQ/UFRJ

Bagaço de CanaBagaço de Cana

((in naturain natura) )

PRÉ-TRATAMENTOPRÉ-TRATAMENTO

Microscopia Eletrônica de VarreduraMicroscopia Eletrônica de Varredura

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTOPRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO(para solubilização e hidrólise de Hemicelulose)(para solubilização e hidrólise de Hemicelulose)

� EXPLOSÃO COM VAPOREXPLOSÃO COM VAPOR (necessidade de posterior hidrólise)(necessidade de posterior hidrólise)

� EXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADAEXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADA (pré-tratamento associado à hidrólise) (pré-tratamento associado à hidrólise)

� HIDRÓLISE ÁCIDA DILUÍDAHIDRÓLISE ÁCIDA DILUÍDA (em condições brandas-mais usada) (em condições brandas-mais usada)

� TERMOHIDRÓLISETERMOHIDRÓLISE (necessidade de posterior hidrólise)(necessidade de posterior hidrólise)

DescompressãoDescompressão

rápidarápida

(auto-hidrólise)(auto-hidrólise)

MATERIALLIGNOCELULÓSICO

CONTENDOXILANAS

Compressão Compressão

com vapor d’águacom vapor d’água

Líquido extraível por explosão, Líquido extraível por explosão,

composto de:composto de:

• Xilose Xilose ~ 10%~ 10%

• Xilooligossacarídeos Xilooligossacarídeos

(GP 2 a 10) ~ 90%(GP 2 a 10) ~ 90%

• Ácidos urônicos e ácido acéticoÁcidos urônicos e ácido acético

Material úmido com o complexo Material úmido com o complexo

Lignocelulósico desorganizado e Lignocelulósico desorganizado e

com digestibilidade aumentadacom digestibilidade aumentada

Esquema Simplificado do Processo de Explosão com VaporEsquema Simplificado do Processo de Explosão com Vapor

Pré-tratamento Ácido de Materiais Pré-tratamento Ácido de Materiais


VARIÁVEISVARIÁVEIS

eficiência de hidrólise eficiência de hidrólise

concentrações de açúcares no hidrolisado concentrações de açúcares no hidrolisado

formação de inibidores formação de inibidores

Relação Sól:Líq

Concentração de ácido

Tempo de exposição

TemperaturaTipo de ácido

HH22SOSO44; HCl; ; HCl;

HNOHNO33 e H e H33POPO44 9898OO ≤≤ T T ≤≤ 260 260OOCC

0,5% 0,5% ≤≤ [Ácido] [Ácido] ≤≤ 10% 10%

1:20 1:20 ≤≤ S:L S:L ≤≤ 1:4 1:4seg seg << θθ << hs hs

GS=log {GS=log {θθ . exp [(T-100)/14.75] . exp [(T-100)/14.75]}} - pH - pH

Fonte: McMillan (2003)Fonte: McMillan (2003)

ácidoácido p p-hidroxibenzóico-hidroxibenzóico

ácidoácido mm-hidroxibenzóico-hidroxibenzóico

ácido vanílicoácido vanílico

ácido siríngicoácido siríngico

pp-hidroxibenzaldeído-hidroxibenzaldeído

vanilinavanilina

ácido cinâmico ácido cinâmico

siringaldeídosiringaldeído

álcool coniferílicoálcool coniferílico

álcool sinapílicoálcool sinapílico

LIGNINALIGNINA

Parajó Parajó et al.et al. (1998) (1998)

hidroxi-metil furfuralhidroxi-metil furfural furfuralfurfural

HEMICELULOSEHEMICELULOSECELULOSECELULOSE

CHOCHOHOH2C

Potentes inibidores da atividade metabólica, provenientes de Potentes inibidores da atividade metabólica, provenientes de

processos de hidrólise ácida de materiais lignocelulósicosprocessos de hidrólise ácida de materiais lignocelulósicos

ácido acéticoácido acético

acetaldeído acetaldeído ácidoááácáácidocidoácidoááácidoáácidocidoácidoááácidoáácidocidopppp hid-hidpp-hid-hidvanilv nilvanilvanilácidoááácidoáácidocidosiringsiringsiring

cido acéticocido accido acééététicoticocetaldeído t ldcetaldecetaldeíííd íídodo

CHO

Hidrólise Enzimática Hidrólise Enzimática

de Celulose de Celulose

1: ENDOGLUCANASE 2: EXOGLUCANASE 3: β-GLUCOSIDASE

Região amorfa

Região cristalina

Celodextrinas

1

Celobiose

2

Glicose

3

� CELULASES são inibidas por GLICOSE e CELOBIOSECELULASES são inibidas por GLICOSE e CELOBIOSE

Por que hidrolisar celulose

enzimaticamente?

�̀ Condições mais brandas de pressão, temperatura e pH;

‘� Alta especificidade;

‘� Eliminação de hidroximetilfurfural,dentre outras substâncias tóxicas (derivadas de lignina);

‘� Alto custo de produção das enzimas;

‘� Baixo consumo de energia;

‘� Baixo custo com materiais para a construção dos equipamentos, diferentemente de processos que empregam a hidrólise ácida.

P&D&I

Por quê a produção de celulases deve ser dedicada (in plant) para a produção industrial de etanol de biomassa lignocelulósica ?

��

� Cada biomassa lignocelulósica terá requisitos diferentes em termos de composição dos preparados enzimáticos;

� Diminuir-se-ia a dependência exógena por esses biocatalisadores;

� Racionalizar-se-ia a produção nacional de celulases;

� Estaria inserida no contexto de Biorrefinaria.

HEMICELULOSEHEMICELULOSE

PARCIALMENTEPARCIALMENTE

HIDROLISADAHIDROLISADA

GP: 2-10GP: 2-10

Concepção Atual Concepção Atual : Fracionamento e Hidrólise Separada dos Polissacarídeos: Fracionamento e Hidrólise Separada dos Polissacarídeos

HIDRÓLISEHIDRÓLISE

QUÍM. OU QUÍM. OU ENZ.ENZ.

CELULOSE CELULOSE

HIDROLISADA HIDROLISADA

C6C6

CONVERSÃOCONVERSÃO

QUÍMICAQUÍMICA

Poliálcoois Poliálcoois

Glicois Glicois

FurfuralFurfural

Metil etil cetonaMetil etil cetona

EtilenoEtileno

DioisDiois

Propileno etc Propileno etc

CONVERSÃOCONVERSÃO

BIOLOGICA BIOLOGICA

Combustíveis Combustíveis

SolventesSolventes

Acidos orgânicos Acidos orgânicos

PoliálcooisPoliálcoois

Biopolímeros Biopolímeros

Enzimas etcEnzimas etc

PRÉ-TRATAMENTOPRÉ-TRATAMENTO

• Mecânico;Mecânico;

• Explosão a vapor;Explosão a vapor;

• Hidrotérmico.Hidrotérmico.

CONVERSÃO QUÍMICACONVERSÃO QUÍMICA

Emulsificantes, Dispersantes, Sequestrantes,Emulsificantes, Dispersantes, Sequestrantes,

Surfactantes; Ligantes, Aromáticos etc.Surfactantes; Ligantes, Aromáticos etc.

MATERIAL MATERIAL

LIGNOCELULÓSICOLIGNOCELULÓSICO

HEMICELULOSE HEMICELULOSE

HIDROLISADA HIDROLISADA

C5 & C6C5 & C6

HIDRÓLISEHIDRÓLISE

QUÍM.QUÍM. OU ENZ. OU ENZ.

(combustível & energia)(combustível & energia)

LIGNINALIGNINA

CCCCLigninaLignina ~ 24 MJ/Kg ~ 24 MJ/Kg

CCCCbagaçobagaço ~ 7 MJ/Kg ~ 7 MJ/Kg

CClignina ~3,5 X CCbagaço

CELULIGNINACELULIGNINA

Estratégias para a Estratégias para a

Produção de Etanol de Produção de Etanol de

Materiais Materiais


PRÉ-TRATAMENTOHIDRÓLISE

HEMICELULOSE

HIDRÓLISEENZIMÁTICA

DE CELULOSE

PRODUÇÃODE CELULASES

FERMENTAÇÃOC6

DESTILAÇÃO

FERMENTAÇÃO C5

ETANOLETANOL

açúcares solúveisaçúcares solúveis

sólidos sólidos

(celulignina)(celulignina)

HIDRÓLISE E FERMENTAÇÃO SEPARADASHIDRÓLISE E FERMENTAÇÃO SEPARADAS

SHFSHF

No entanto, as enzimas do complexo celulásico No entanto, as enzimas do complexo celulásico

são inibidas pelos seus produtos finais de são inibidas pelos seus produtos finais de

hidrólisehidrólise

(CELOBIOSE e GLICOSE)(CELOBIOSE e GLICOSE)


HEMICELULOSE


DE CELULOSE


FERMENTAÇÃOC6

DESTILAÇÃO

FERMENTAÇÃO C5

ETANOLETANOL


sólidos sólidos


HIDRÓLISE E FERMENTAÇÃO SIMULTÂNEASHIDRÓLISE E FERMENTAÇÃO SIMULTÂNEAS

HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DA CELULOSE &

FERMENTAÇÃO C6

SSFSSF

Modelo deModelo de

Duas CorrentesDuas Correntes


HEMICELULOSE


DE CELULOSE


FERMENTAÇÃOC6

DESTILAÇÃO

ETANOLETANOL

sólidos sólidos


SACARIFICAÇÃO E COFERMENTAÇÃO SIMULTÂNEASSACARIFICAÇÃO E COFERMENTAÇÃO SIMULTÂNEAS

HIDRÓLISE ENZIMÁTICA DA CELULOSE

&FERMENTAÇÃO C6

&FERMENTAÇÃO C5açúcares solúveisaçúcares solúveis

SSCFSSCF

microrganismosrecombinantes

ModeloModelo

IntegradoIntegrado


HEMICELULOSE

DESTILAÇÃO

ETANOLETANOL

BIOPROCESSO CONSOLIDADOBIOPROCESSO CONSOLIDADO


PRODUÇÃO DE CELULASES&

HIDRÓLISE DA CELULOSE&

FERMENTAÇÃO C6&

FERMENTAÇÃO C5

CBPCBP

sólidos sólidos


microrganismosrecombinantes

ModeloModelo

ConsolidadoConsolidado

Fermentação de glicose e xilose Fermentação de glicose e xilose

por por Saccharomyces Saccharomyces geneticamente geneticamente

modificadamodificada

Fonte: Ho Fonte: Ho et al.et al. (2003) (2003)

Fermentação de Fermentação de hidrolisado bruto de hidrolisado bruto de

palha de trigopalha de trigo por uma linhagem de por uma linhagem de

Saccharomyces Saccharomyces 1400 geneticamente 1400 geneticamente

modificada (pLNH32)modificada (pLNH32)

Fermentação de glicose e xilose Fermentação de glicose e xilose

por uma linhagem naturalmente por uma linhagem naturalmente

ocorrente de ocorrente de Saccharomyces Saccharomyces

1400 em meio sintético1400 em meio sintético

Fermentação de glicose e xilose por Fermentação de glicose e xilose por

uma linhagem geneticamente uma linhagem geneticamente

modificada de modificada de Saccharomyces Saccharomyces

(pLNH33) em (pLNH33) em meio sintéticomeio sintético

XIL

GLI

ETOH

XIL

GLI

ETOH

XIL

GLI

ETOH

Professor Nancy HoProfessor Nancy Ho

Purdue UniversityPurdue University

Processo DHR: Dedini Hidrólise RápidaProcesso DHR: Dedini Hidrólise Rápida

Unidade DHR montada em PirassunungaUnidade DHR montada em Pirassununga

Usina São LuisUsina São Luis

Brasil: Dá sinais positivos para a valorização do bagaço de cana Brasil: Dá sinais positivos para a valorização do bagaço de cana

Investimentos: R$12 milhões Investimentos: R$12 milhões

(R$ 9 milhões DEDINI e R$ 3 milhões COPERSUCAR)(R$ 9 milhões DEDINI e R$ 3 milhões COPERSUCAR)

• Remoção inicial de lignina pelo Remoção inicial de lignina pelo

Processo Processo OrganosolvOrganosolv (etanol) (etanol)

• Processo de hidrólise em uma única etapaProcesso de hidrólise em uma única etapa

• [H[H22SOSO44] = 0,1%] = 0,1%

• Temperatura de hidrólise = 200Temperatura de hidrólise = 200ooC C

• Tempo de hidrólise = 15 minTempo de hidrólise = 15 min

• Eficiência de hidrólise = 65%Eficiência de hidrólise = 65%

• Capacidade = 5.000 litros de etanol/diaCapacidade = 5.000 litros de etanol/dia

O hidrolisado não é fermentado diretamente, O hidrolisado não é fermentado diretamente,

sendo misturado ao caldo de cana em uma sendo misturado ao caldo de cana em uma

proporção volumétrica de, proporção volumétrica de,

aproximadamente, 20%.aproximadamente, 20%.

no entanto,no entanto,

Ethanol Production Plant from Corn Processing Residues Ethanol Production Plant from Corn Processing Residues

(‘corn stover’ e ‘corncob’) in USA(‘corn stover’ e ‘corncob’) in USA

Simultaneous Saccharification and Co-FermentationSimultaneous Saccharification and Co-Fermentation Process Process

NREL-DOE/Golden-CO/USANREL-DOE/Golden-CO/USA

04 bioreactors of 9.000 L; 02 of 1.450 L and 02 of 160 L (ethanol concentration = 30-40 g/L)04 bioreactors of 9.000 L; 02 of 1.450 L and 02 of 160 L (ethanol concentration = 30-40 g/L)

Processing Capacity: 2 ton of lignocellulosic material/dayProcessing Capacity: 2 ton of lignocellulosic material/day

Ethanol Production Capacity = 750 L/dayEthanol Production Capacity = 750 L/day

Ethanol Production Plant from Lignocellulosic Residues Ethanol Production Plant from Lignocellulosic Residues

arising from Corn Industry (arising from Corn Industry (corn stover corn stover e e corncobscorncobs) in Canada ) in Canada

Partnership: IOGEN/Petro-Canada/ShellPartnership: IOGEN/Petro-Canada/Shell

(Investments of US$ 110 million)(Investments of US$ 110 million)

Press Release 21 April, 2004Press Release 21 April, 2004

CELLULOSE ETHANOL IS READY TO GOCELLULOSE ETHANOL IS READY TO GO

Iogen producing world’s first cellulose ethanol fuelIogen producing world’s first cellulose ethanol fuel

Prime Minister Paul Martin congratulates Prime Minister Paul Martin congratulates

Iogen on its success in the cellulose Iogen on its success in the cellulose

ethanol technology at an event at the ethanol technology at an event at the

Iogen demonstration plant April 21, 2004.Iogen demonstration plant April 21, 2004.

��

Prime Minister Paul Martin and Iogen Prime Minister Paul Martin and Iogen

President Brian Foody launch the world's first President Brian Foody launch the world's first

shipment of cellulose ethanol to the shipment of cellulose ethanol to the

commercial fuel market April 21, 2004.commercial fuel market April 21, 2004.

��

��

�

Processing capacity: 12,000-15,000 ton/yearProcessing capacity: 12,000-15,000 ton/year

Production capacity: 4 . 10Production capacity: 4 . 1066 liters/year liters/year

385385480,6480,6Total Total

7676151151Range FuelsRange Fuels

80806868Logem Biorefinery Partners Logem Biorefinery Partners

80809494Broin Companies of Sioux Broin Companies of Sioux

fallsfalls

404071,971,9Blue Fire EthanolBlue Fire Ethanol

333352,652,6ALICOALICO

7676 43,143,1Abengoa BioenergyAbengoa Bioenergy

Recursos DOE (US$ milhões)

Produção (106 L/ano)

Empresa

Plantas industriais em construção nos EUAPlantas industriais em construção nos EUA

para a produção de biocombustíveis e outras para a produção de biocombustíveis e outras

substâncias químicas de interesse comercialsubstâncias químicas de interesse comercial

utilizando utilizando BIOMASSAS RESIDUAISBIOMASSAS RESIDUAIS

Fonte: http:www.eere.energy.gov/biomass (2007) Fonte: http:www.eere.energy.gov/biomass (2007)

P-2

Utilidade Fria

Utilidade Quente

Água

Utilidade fria

Utilidade quente

CaO

BAGAÇO

VINHOTO

ETANOLCaSO4

Acid

Pre

treatm

en

tHEMICELLULOSE

HYDROLYSATE

SSF (Saccharomyces cerevisiae)

Alcohol Fermentation Pichia stipitis

Cellulase Production

CELLULIGNIN

Lignocellulosic Biomass Ethanol

UFRJ

Patent PI0505299-8 (11/2005)Patent PI0605017-4 (12/2006)

(PATENT nb. 1000)

26/10/2007

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50

t em po ( h)

Co

nc

en

tra

tio

n (

g/

L)

ce llobiose

glucose

et hanol

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

Tem po (h)

Xilo

se

, A

rab

ino

se

e G

lico

se

(g

/L)

0

10

20

30

40

50

Bio

ma

ssa

, E

tan

ol

e X

ilit

ol

(g

/L)

Xilose

Glicose

Arabinose

Xilit o l

Etanol

Biomassa

≅ 40 g/L EtOH

QP ≅ 1 g/L.h

Ethanol Production from Cane Bagasse

≅ 70 g/L EtOH

Simultaneous Saccharification and Fermentation of CELULOSE

Fermentation of the HEMICELLULOSE Hydrolysate

QP ≅ 1,8 g/L.h

PHE SSF

QP (ethanol from sucrose) = 5-8 g/L.h

UFRJ

Histórico do Desenvolvimento do Projeto de Histórico do Desenvolvimento do Projeto de

Produção de Etanol de Bagaço de Cana-de-Produção de Etanol de Bagaço de Cana-de-

AçúcarAçúcar

74

16 2

22 0

0

50

100

150

200

250

Eta

no

l/B

ag

ad

e c

an

a (

L/

ton

)

2004 200 5 20 06

Ano

HEMICELULOSE

HEMICELULOSE+

CELULOSE

290290Resíduos de milhoResíduos de milho

290290Palha de trigoPalha de trigo

280280Palha de arrozPalha de arroz

280280Palha de canaPalha de cana

280280Bagaço de canaBagaço de cana

L ETOH/L ETOH/

ton de BSton de BSResíduoResíduo

Taxas Máximas de Conversão de Taxas Máximas de Conversão de

Diferentes Resíduos em Etanol Diferentes Resíduos em Etanol

(considerando as eficiências de (considerando as eficiências de

hidrólise e fermentação)hidrólise e fermentação)

Fonte: Kim, S. & Dale, B.E. (2004). Fonte: Kim, S. & Dale, B.E. (2004).

Análise do Bioprocesso: Balanço EnergéticoAnálise do Bioprocesso: Balanço Energético

29,43 MJ/L29,43 MJ/L

Consumido na Consumido na

produçãoprodução

21,06 MJ/L21,06 MJ/L

FornecidoFornecido

1.000 ton de Bagaço: 220.000 L1.000 ton de Bagaço: 220.000 L SuperPro DesignSuperPro Design

(empresa (empresa InteligenInteligen))

ResíduoResíduo

(Lignina)(Lignina)

~ 25 MJ/L~ 25 MJ/Linput / output de

energia

1 : 0,72

Reaproveitamento térmico (NEV)Reaproveitamento térmico (NEV)

input / output de energia

1 : 4,75

Consumo pode alcançar Consumo pode alcançar

valores de apenasvalores de apenas 5 MJ/L 5 MJ/L

EtOHEtOH

CONSIDERAÇÕES FINAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS

A A GRANDE DISPONIBILIDADEGRANDE DISPONIBILIDADE dos dos RESÍDUOS AGROINDUSTRIAISRESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS aliada ao seu aliada ao seu

POTENCIALPOTENCIAL como como MATÉRIA-PRIMAMATÉRIA-PRIMA para a produção de uma variedade de para a produção de uma variedade de

substâncias químicas não podem ser subestimados e ditam que estes materiais de substâncias químicas não podem ser subestimados e ditam que estes materiais de

composição lignocelulósica devam ter um composição lignocelulósica devam ter um aproveitamento mais racionalaproveitamento mais racional;;

Neste tema, o Neste tema, o ETANOL ETANOL ainda é a substância química que tem tido a tecnologia de ainda é a substância química que tem tido a tecnologia de

produção mais pesquisada. No entanto, já se começa a ver intensivos esforços e produção mais pesquisada. No entanto, já se começa a ver intensivos esforços e

grandes investimentos no sentido de se diversificar o uso desses abundantes grandes investimentos no sentido de se diversificar o uso desses abundantes

resíduos, dentro do conceito, do que vem sendo denominado, de resíduos, dentro do conceito, do que vem sendo denominado, de BIORREFINARIABIORREFINARIA; ;

O pré-tratamento de emprego mais comum é a O pré-tratamento de emprego mais comum é a EXPLOSÃO COM VAPOR EXPLOSÃO COM VAPOR

CATALISADACATALISADA, que visa a solubilização e hidrólise da , que visa a solubilização e hidrólise da HEMICELULOSEHEMICELULOSE;;

Da Da HEMICELULOSEHEMICELULOSE, várias substâncias podem ser obtidas e o desenvolvimento dos , várias substâncias podem ser obtidas e o desenvolvimento dos

processos produtivos vem se mostrando cada vez mais competitivos. Destes, processos produtivos vem se mostrando cada vez mais competitivos. Destes,

destacam-se a produção de destacam-se a produção de XILITOLXILITOL e de e de ETANOLETANOL. No entanto, esforços devem ser . No entanto, esforços devem ser

envidados no sentido de se aumentar as taxas de produção de tais moléculas.envidados no sentido de se aumentar as taxas de produção de tais moléculas.

No que tange ao aproveitamento de No que tange ao aproveitamento de CELULOSECELULOSE, verifica-se uma forte uma , verifica-se uma forte uma

tendência à integração das etapas de tendência à integração das etapas de HIDRÓLISE ENZIMÁTICAHIDRÓLISE ENZIMÁTICA e e FERMENTAÇÃO FERMENTAÇÃO

para a produção de para a produção de ETANOLETANOL (Processo SSF). (Processo SSF).

A integração de etapas gera hidrolisados com uma variedade de açúcares A integração de etapas gera hidrolisados com uma variedade de açúcares

(principalmente (principalmente GLICOSEGLICOSE e e XILOSEXILOSE), que deverão ser prontamente consumidos ), que deverão ser prontamente consumidos

por por MICRORGANISMOS RECOMBINANTESMICRORGANISMOS RECOMBINANTES, tendo em vista a diversidade , tendo em vista a diversidade

metabólica que se pode conseguir com estes agentes biológicos (Processo metabólica que se pode conseguir com estes agentes biológicos (Processo

SSCF);SSCF);

As pesquisas sobre As pesquisas sobre CELULASESCELULASES têm se concentrado sobre o desenvolvimento de têm se concentrado sobre o desenvolvimento de

uma mistura de enzimas que atuem cooperativamente e com uma mistura de enzimas que atuem cooperativamente e com altas atividadesaltas atividades e no e no

desenvolvimento de desenvolvimento de processos deprocessos de produção mais econômicosprodução mais econômicos, a fim de se reduzir , a fim de se reduzir

o custo desses biocatalisadores;o custo desses biocatalisadores;

Pesquisas integradas e o desenvolvimento de Pesquisas integradas e o desenvolvimento de PROCESSOS BIOLÓGICOSPROCESSOS BIOLÓGICOS e e

QUÍMICOSQUÍMICOS a partir de resíduos lignocelulósicos têm avançado de forma célere e a partir de resíduos lignocelulósicos têm avançado de forma célere e

plantas comerciais para o aproveitamento de tais materiais estão por se tornar plantas comerciais para o aproveitamento de tais materiais estão por se tornar

uma realidade. uma realidade.

03 professores; 10 alunos de 03 professores; 10 alunos de DScDSc; 04 de ; 04 de MScMSc; 02 Técnicos; 03 Pós-Doc’s;; 02 Técnicos; 03 Pós-Doc’s;

06 alunos de IC; 04 estagiários e 01 técnico-administrativo (total=32).06 alunos de IC; 04 estagiários e 01 técnico-administrativo (total=32).

Equipe do LADEBIO/UFRJEquipe do LADEBIO/UFRJ

A dependência por petróleo permanece como o fator mais importante que afeta a distribuição mundial de riqueza, os conflitos globais, a saúde humana e a qualidade do meio ambiente.

O crescimento populacional e a associada demanda por combustíveis e bens de consumo têm intensificado Pesquisa e Desenvolvimento para a utilização, de forma mais diversificada, de matérias-primas renováveis, em substituição às fontes fósseis, em particular os abundantes RESÍDUOS AGRÍCOLAS e AGRO-INDUSTRIAIS.

Os avanços nesta área sinalizam que, seguramente, o aproveitamento de matérias-primas renováveis, incluindo os seus resíduos, reverterá essa dependência. É uma questão de tempo.

O Brasil encontra-se em posição bastante privilegiada para assumir a liderança no aproveitamento integral de ‘BIOMASSAS’. O momento nunca foi tão propício (preço do barril > US$ 100).

COLHEITA DE CANA NO BRASIL

Estimativa:

• Cana é cortada 65% à mão após queimada

• 15% é cortada mecanicamente após queimada

• 20% é cortada mecanicamente sem queimar

��

Documents

BIOTECNOLOGIA DE LIGNOCELUL ÓSICOS PARA A … · 2008-04-25 · • EXTRA ÇÃ O POR SOLVENTE ... É insol úvel em álcalis São sol úveis em álcalis CELULOSE HEMICELULOSES. Lignina: