FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA
CURSO DE TECNOLOGIA DE BIOCOMBUSTIVEIS
OSMAR GONALVES SILVA
PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO
BAGAO DE CANA-DE-ACAR
ARAATUBA
2010
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA
CURSO DE TECNOLOGIA DE BIOCOMBUSTVEIS
OSMAR GONALVES SILVA
PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO
BAGAO DE CANA-DE-ACAR
Trabalho de Graduao apresentado
Faculdade de Tecnologia de Araatuba,
do Centro Estadual de Educao de
Tecnologia Paula Souza, como requisito
parcial para a concluso do curso de
Tecnologia em Biocombustveis sob a
orientao da Profa. Ms. Marcia Maria
de Souza Moretti.
ARAATUBA
2010
Silva, Osmar Gonalves Produo de etanol com a utilizao do bagao de cana-de-acar / Osmar Gonalves
Silva. -- Araatuba, SP: Fatec, 2010. 45f. : il.
Trabalho (Graduao) Apresentado ao Curso de Tecnologia de Biocombustveis, Faculdade de Tecnologia de Araatuba, 2010.
Orientadora: Prof Ms. Marcia Maria de Souza Moretti.
1. Etanol celulsico 2. Hidrlise lignocelulsica 3. Bagao de cana-de-acar. II. Ttulo. CDD 333.9539
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE ARAATUBA
CURSO DE TECNOLOGIA EM BIOCOMBUSTVEIS
OSMAR GONALVES SILVA
PRODUO DE ETANOL COM A UTILIZAO DO
BAGAO DE CANA DE ACAR
Trabalho de graduao apresentado a
Faculdade de Tecnologia de Araatuba
do Centro Estadual de Educao
Tecnolgica Paula Souza, como requisito
parcial para concluso do curso de
Tecnologia em Biocombustveis
examinado pela banca composta pelos
seguintes professores:
Orientadora Prof. Ms. Marcia Maria de
Souza Moretti - Fatec - Araatuba
Prof. Ms. Diego Henrique Santos -
Unesp Botucatu
Prof. Ms. Thiago Okubo Procpio Pinto
- Unesp - So Jose do Rio Preto
ARAATUBA
2010
Dedico este trabalho a minha me
(Odete Marques Silva) que sempre me demonstrou amor incondicional, in
memoriam.
Agradecimentos
Agradeo imensamente professora e orientadora Mrcia Maria de Souza
Moretti pela fundamental ajuda no levantamento bibliogrfico e desenvolvimento deste
trabalho.
A minha esposa Odete Boshi pela pacincia e compreenso, alm de ter
suportado comigo todas as dificuldades.
Aos professores e amigos da Fatec Araatuba, pelo aprendizado carinho e
amizade.
A todos os funcionrios da Fatec Araatuba, que indiretamente colaboraram com
este trabalho, em especial a Carol e a Sueli Russo.
A todos meus colegas de sala pela bela amizade formada principalmente
Greice e a Vera.
Aos professores mestres que fizeram parte da banca examinadora: Diego
Henrique Santos - Unesp Botucatu e Thiago Okubo Procpio Pinto - Unesp - So Jose
do Rio Preto.
Porque Deus amou o mundo de tal maneira que deu seu nico Filho, para que todo
aquele que nele crer no morra, mas tenha a vida eterna. Joo 3:16.
Resumo
A utilizao do bagao de cana-de-acar para a produo de etanol o foco
deste trabalho. Existem muitas publicaes sobre a produo de etanol a partir de fibras
lignocelulsicas, como o bagao de cana. Entretanto, as plantas industriais atuais,
apresentam dificuldades tcnicas e econmicas durante a converso da biomassa em
acares fermentescveis e, portanto, tecnologias tm sido desenvolvidas a fim de
superar estes entraves. Entre elas destacam-se vrios pr-tratamentos, tais como: fsicos,
qumicos, mecnicos e fsico-qumicos que visam desorganizao da estrutura qumica
do bagao, facilitando assim o processo subseqente de hidrlise. Atualmente h uma
grande busca de processos para a hidrlise do bagao a acares fermentescveis, que
sejam de baixo custo e ao mesmo tempo evitem formao de compostos txicos para a
fermentao alcolica subseqente. O uso de enzimas microbianas como celulases e
xilanases atende a essas exigncias, porm, ainda no uma tecnologia prontamente
aplicvel. Esta pesquisa bibliogrfica procurou investigar os principais processos de
pr-tratamentos da biomassa seguida de uma hidrlise cida e enzimtica.
Palavras chave: Bagao. Pr-tratamento. Hidrlise. Etanol.
Abstract
The use of sugar cane bagasse for ethanol production is the focus of this work.
There are many publications on ethanol productions from lignocelulsicas fibres, such
as sugarcane bagasse. However, existing industrial plants, the occurrence of economic
and technical difficulties during the conversion of biomass into fermentable sugars and
therefore technologies have been developed in order to overcome these barriers. Among
them stand out various pretreatments, such as physical, chemical, mechanical and
physical chemical aimed to disorganization of the chemical structure of bagasse, thus
facilitating the subsequent process of hydrolysis. Currently there is a wide search
process for the hydrolysis of bagasse to fermentable sugars, which are low-cost and at
the same time avoid formation of toxic compounds for subsequent alcoholic
fermentation. The use of microbial enzymes as cellulases and xilanaces meets these
requirements, however, is not yet readily applicable technology. This bibliographic
search sought to investigate the main processes of pre-treatment biomass followed by
acid enzymatic hydrolysis.
Keywords: Bagasse. Pre-treatment. Hydrolysis. Ethanol.
Lista de Figura
Figura 1 Deposio do bagao 15
Figura 2 Arranjo tpico da parede celular vegetal 16
Figura 3 Representao da cadeia linear da celulose, formada por varias unidades
consecutivas de celobiose 17
Figura 4 Monossacardeos constituintes das hemiceluloses 18
Figura 5 Representao esquemtica de uma xilana de gramnea 19
Figura 6 Extrutura molecular da lignina 20
Figura 7 Representao esquemtica de um corte transversal da fibra do material
lignocelulsico 21
Figura 8 Representao esquemtica da ao do pr-tratamento sobre o material
lignocelulsico 22
Figura 9 Esquema do processo de produo de etanol por meio da hidrlise da
biomassa 27
Figura 10 Representao esquemtica de um sistema celulolitico dos stios de
maiores atividades das enzimas celuloticas so mostradas 30
Figura 11 Representao esquemtica do sistema hemicelulose como um
exemplo, a degradao da arabinoxilana 32
Figura 12 Esquema simplificado do SHF 33
Figura 13 Esquema simplificado do SSF 34
Figura 14 Esquema simplificado do SSCF 34
Figura 15 Esquema simplificado do CBP 35
Figura 16 Planta instalada na Usina de So Luis,Pirassununga, SP 37
Figura 17 Diagrama de Blocos do processo DHR 38
Sumrio
INTRODUO 10
2. REVISO BIBLIOGRFICA 12
2.1.1. Biomassa 12
2.1.2. Bagao de cana uma alternativa para produo de etanol 14
2.2. BAGAO DE CANA-DE-ACAR 15
2.2.1. Celulose 17
2.2.2. Hemicelulose 18
2.2.3. Lignina 19
2.3. PR-TRATAMENTO 22
2.3.1. Pr-Tratamento mecnico 22
2.3.2. Pr-Tratamento-fisico 23
2.3.2.1. Exploso de vapor 23
2.3.2.2. Termo-hidrlise 23
2.3.3. Pr- Tratamento qumico 24
2.3.3.1. Tratamento com cidos concentrados ou diludos 24
2.3.4. Pr-Tratamento biolgico 24
2.3.5. Pr-Tratamento-organosolvente 24
2.3.6. Pr-tratamento combinados 25
2.3.6.1. Afex (Amnia Fiber, Freezer Explosion) 25
2.2.6. 2 Exploso de CO2 25
2.4. HIDRLISES DE MATERIAIS LIGNOCELULSICOS 27
2.4.1. Hidrlise acida 27
2.4.2. Hidrlise enzimtica 29
2.5. PROCESSOS COMBINADOS 33
2.6. PROCESSOS EM DESENVOLVIMENTO 36
2.6.1. Dedine Hidrlise Rpida 36
2.6.2. Projeto etanol celulsico 38
CONSIDERAES FINAIS 40
REFERNCIAS 41
10
INTRODUO
A cana-de-acar cultivada em todas as regies geogrficas do Brasil. O seu cultivo
continua crescendo em reas prximas s usinas e em dezenas de novos empreendimentos que
esto sendo instalado nas ltimas safras, em reas do oeste de So Paulo, Minas Gerais,
Gois, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso, norte e nordeste brasileiro. A tecnologia aplicada
no setor agrcola canavieiro notvel e inclui vrios fatores como: desenvolvimento de
variedades para ambientes e manejos especficos, mtodos de preparo e conservao do solo,
desenvolvimento de plantio e colheita mecanizada e aplicao de tcnicas gerenciais
especficas na produo (DINARO-MIRANDA et al., 2008).
O incremento de novas tecnologias empregadas no setor agrcola desencadeou um
aumento na obteno de produtos e subprodutos. Atualmente, pesquisas em laboratrio esto
voltadas para utilizao de um destes subprodutos, o bagao da cana-de-acar (gerado em
grande quantidade pela agroindstria brasileira) como alternativa econmica para produo de
biocombustvel em um processo que envolve vrias etapas, tais como, pr-tratamento,
hidrlise e fermentao alcolica.
Um dos desafios da produo de etanol a partir de biomassa lignocelulsica consiste
em determinar o melhor processo para obteno dos monossacardeos. O processo de
hidrlise escolhido deve ser economicamente vivel, em termos de custo global, rendimento
glicosdico e fermentabilidade do hidrolisado.
No Brasil, o bagao de cana um dos subprodutos disponveis em maior quantidade.
Estima-se que, a cada tonelada de cana moda, obtm-se 280 Kg de bagao, sendo que a cada
ano sejam produzidos de 5 a 12 milhes de toneladas desse material correspondendo a cerca
de 30% do total da cana moda. O bagao de cana uma abundante fonte de material
lignocelulsico, sendo uma alternativa significante para o aumento da produo de etanol.
Apresenta tambm as seguintes caractersticas: facilidade de obteno e transporte, alta
concentrao de carboidratos e baixo custo de colheita e armazenagem (PANDEY et al.,
2000).
Diversos processos tm sido explorados nos ltimos anos, com o objetivo de hidrolisar
os polissacardeos celulose e hemicelulose em glicose e xilose respectivamente. A maioria dos
mtodos utilizados tende ao uso de enzimas microbianas ou cido sulfrico em concentraes
variadas (BALAT et al., 2008). Contudo, antes do material ser hidrolisado, o mesmo deve ser
11
submetido a uma etapa de pr-tratamento. O alvo da tecnologia de pr-tratamento remover
barreiras estruturais e composicionais dos materiais lignocelulsicos, promovendo uma
melhora na percentagem de hidrlise e aumento dos rendimentos de acares fermentescveis
a partir da celulose e hemicelulose (MOSIER et al., 2005).
O presente estudo teve por objetivo investigar a utilizao do bagao de cana-de-
acar para a produo de etanol.
12
2 REVISO BIBLIOGRFICA
2.1. Biomassa
Os fatores fundamentais para a alternativa da cana-de-acar como matria prima para
a produo de bicombustveis se deve ao rendimento energtico e a proximidade da realidade
brasileira, j que o Brasil o lder de comrcio e de tecnologia nesse tipo de cultura. O
rendimento energtico obtido atravs do processamento da cana-de-acar um dos maiores,
isso pode ser ressaltado em diversos estudos de balano de energia. A tabela 1 comprova a
relao de energias que so geradas e consumidas durante o processo de produo dos
biocombustveis relativo sua matria prima (milho e cana-de-acar), sendo que a relao de
energia total para cana-de-acar em mdia superior de oito a nove vezes (BERNARDO
NETO, 2009).
Tabela 1: Fluxo comparativo de energia na produo de etanol GJ/ha.ano
Processo Milho Cana-de-acar
Consumo de energia na produo 18,9 13,9
Energia da biomassa 149,5 297,1
Relao energtica agrcola 7,9 21,3
Consumo de energia na produo de etanol 47,9 3,4
Energia contida no etanol 67,1 132,5
Relao de energia total 1,21 8,32
Fonte: (LEAL, 2006)
Segundo pesquisa da Companhia Nacional de Desenvolvimento (CONAB) a rea de
cana-de-acar colhida destinada atividade sucroalcooleira est estimada em 8.167,5 mil
hectares, distribudas em todos estados produtores. A produtividade mdia brasileira esta
estimada em 79.769 Kg/hectares, 2,2% menor que a safra 2009/10 que foi de 81.585
Kg/hectares. A previso feita para a produtividade mdia da safra e no para um
determinado momento, portanto, o comportamento climtico que ir determinar o
comportamento da produtividade at o perodo final de colheita (CONAB, 2010).
A previso total da cana que ser moda na safra 2010/11 de 651.514,3 mil toneladas
com incremento de 7,8% em comparao safra 2009/10, haver 47.007,7 mil toneladas a
13
mais para moagem desta safra. Podero ocorrer variaes maior ou menor conforme o
comportamento climtico (CONAB, 2010).
A produo de etanol a partir da cana-de-acar iniciou no Brasil em 1970 com a
introduo do PROALCOOL. Em 1990 os produtores deste setor precisaram se reorganizar
em virtude de dificuldade com a demanda de lcool no pas. O acrscimo da adio de lcool
anidro na gasolina trouxe novas oportunidades de negcio para os produtores rurais e
industriais, e junto com as novas oportunidades tambm a necessidade do aumento da
produo para atender a demanda. A tabela 2 mostra a composio bsica da cana-de-acar.
Tabela 2: Composio bsica da cana-de-acar
Componentes Teor (% massa)
Slidos totais 24 a 27
Slidos solveis 10 a 16
Fibras (base seca) 11 a 16
gua 73 a 76
Fonte: (MANTELATOO, 2005)
Aps 30 anos desde o seu incio o setor comemora o elevado aumento da produo,
atingindo em 2005 a quantia de 410 milhes de toneladas no mundo todo (esta estimativa
considera as vrias matrias primas utilizadas na produo de etanol) (WALTER, 2008). A
evoluo da produo brasileira de cana-de-acar, desde 1987, pode ser observada na tabela
3. Os dados abaixo tm como fonte o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica e refletem
o histrico de produo de cana-de-acar para todos os fins, no apenas para processamento
industrial nas usinas.
14
Tabela 3: Produtividade brasileira de cana-de-acar de 1987 a 2008
Fonte: (MAPA, 2008).
2.1.2. Bagao de cana-de-acar como alternativa para produo de etanol
Devido ao grande aumento na produo, resta pouca perspectiva da mesma continuar
crescendo no mesmo ritmo. Uma das alternativas das indstrias para continuar aumentando a
produo deste combustvel utilizar os subprodutos formados como fonte de energia. Dentre
estes subprodutos o bagao de cana-de-acar certamente ocupa uma posio de grande
destaque nas atividades agrcolas brasileiras. A produo anual de bagao atinge enormes
cifras, levando ao reconhecimento que o bagao de cana-de-acar tambm pode ser utilizado
na produo de combustvel. O bagao abastece as caldeiras das usinas na gerao direta de
energia por combusto ou gaseificao. Muito se tem investido em tecnologias para o
aproveitamento total da cana-de-acar, para tambm utilizar o bagao na produo de
15
combustvel. A utilizao deste bagao excedente poderia suprir o abastecimento da usina
sucroalcooleira, proporcionando vantagens socioambientais e elevao do rendimento
econmico do processo (GMES, et al., 2006).
2.2. BAGAO DE CANA-DE-ACAR
Em vista da disponibilidade de combustveis fsseis, tal como o petrleo, tem
incentivado o desenvolvimento e produo de bioetanol a partir de fontes alternativas como
resduos agrcolas. A necessidade de um aumento significativo na produo de etanol, sem
aumentar a explorao das terras cultivveis, nos leva constatao de um novo padro de
produo de energia apartir da biomassa, em especial de resduos lignocelulsicos
(BENEDETTI et al., 2009). A figura 1 mostra o bagao, subproduto da indstria
sucroalcooleira.
Figura 1: Deposio do bagao
Fonte: (BERNARDO NETO, 2009)
Grande parte do bagao produzido utilizado pelas prprias usinas no aquecimento de
caldeiras e gerao de energia eltrica. Hoje, o bagao de cana tem sido alvo de vrios estudos
visando seu potencial energtico no que diz respeito produo de biocombustvel, porm,
seu uso no est restrito a esse fim. Devido grande quantidade produzida e a suas
caractersticas fsicas e qumicas, esse material encontra um vasto campo de utilizao, dentre
eles, na produo de rao animal, na indstria qumica, na fabricao de papel, papelo e
16
aglomerados, como material alternativo na construo civil, na produo de biomassa
microbiana e mais recentemente, na produo de lcool via bagao e palha de cana. O bagao
um subproduto obtido em grandes quantidades aps moagem da cana para a extrao do
caldo, em um processo que ocorre nos ternos das moendas das empresas produtoras de acar
e etanol. A utilizao deste subproduto na produo de etanol celulsico proporcionar um
aumento significativo na produo nacional de biocombustveis (RODRIGUES; CAMARGO,
2008).
A constituio qumica do bagao depende de diversos fatores entre eles: o tipo de
solo, tipo de cana, as tcnicas de colheita e o manuseio empregado (RODRIGUES;
CAMARGO, 2008). A figura 2 mostra o arranjo tpico da parede celular do vegetal. O bagao
um material ligninocelulsico que consiste de feixes de fibras e outras estruturas
elementares como, vasos parnquima e clulas epiteliais. Sua composio mdia de 50% de
umidade, 2% de Brix (slidos solveis em gua) 46% de fibra (32 50% de celulose, 19
25% de hemicelulose e 23-32% de lignina) e 2% de cinzas (HAMELINK et al., 2005;
PANDEY et al., 2000).
Figura 2: Arranjo tpico da parede celular vegetal
Fonte: MURPHI e MCCARTHY, 2009
A Tabela 4 mostra a composio mdia caracterstica do bagao de cana em que a fibra
a matria insolvel em gua contida na cana-de-acar e o Brix o teor de slidos solveis
em gua.
17
Tabela 4: Composio mdia do bagao de cana-de-acar
Composio Qumica
Carbono 39,7 - 49%
Oxignio 40 46%
Hidrognio 5,5 7,4%
Nitrognio e cinzas 0 0,3%
Propriedades Fsico-Qumicas
Umidade 50%
Fibra 46%
Brix 2%
Impurezas minerais 2%
Composio mdia da fibra do bagao
Celulose 26,6% - 54,3%
Hemicelulose 14,3 24,4%
Lignina 22,7 29,7% Fonte: (Rosa e Garcia, 2009).
2.2.1. Celulose
A celulose um homopolissacardeo linear que consiste em unidades de glicose unidas
por ligaes glicosdicas do tipo (14) cujo tamanho determinado pelo grau de
polimerizao (DP) que varia de 100 a 2000 DP. A figura 3 representa a cadeia linear da
celulose, formada de vrias unidades consecutivas de celobiose. As cadeias de celulose
formam as fibrilas elementares, caracterizadas por duas regies distintas, a cristalina, de
configurao mais ordenada formada por cadeias de celulose unidas por ligaes de
hidrognio e fora de Van der Waals, e a amorfa, menos ordenada e mais susceptvel a
hidrlise (GOMEZ, 1985).
Figura 3: Representao da cadeia linear da celulose, formada de varias unidades consecutivas de
celobiose. Fonte: (TIMAR-BALZSY, 1998)
18
As longas cadeias de glicose, combinadas a formar microfibrilas com dimetro entre
4-10 nm em eletromicrofibrilas tornam a celulose resistente. O conjunto de microfibrilas, aos
quais so organizadas em lamelas para formar a estrutura fibrosa das vrias camadas da
parede celular vegetal. As microfibrilas de celulose so revestidas com hemicelulose e
embebidas em lignina, formando os materiais lignocelulsicos (CARLILE et al., 2002).
2.2.2 Hemicelulose
A hemicelulose tem como principal elemento a xilose um heteropolissardeo
formado por pentoses (xilose, ramnose e pentose), hexoses (glicose, manose e galactose) e
cidos urnicos (acidos-4-O-metil-glucurnico e galacturnico) (figura 4). A xilose constitui
o maior componente da hemicelulose, fazendo parte de um complexo de carboidratos
polimricos incluindo xilana (principal componente da hemicelulose, cuja estrutura
corresponde a um polmero de D-xilose unidas por ligaes -1,4) (BALAT et al., 2008).
Figura 4: Monossacardeos constituintes das hemiceluloses. D-glicose (1), D-galactose (2), L-arabinose
(3), D-xilose (4), D-manose (5), 4-O-metil-D-glucurnico (6), L-ramnose (7). Fonte: (MARTINS, 2005).
Este tipo de xilana tambm oferece acetilaces ao longo da molcula. A arabinoxilana
ligada a estrutura da xilana via ligao -1,2 ou -1,3, ambas como resduos simples ou
cadeias laterais curtas. Estas cadeias laterais tambm podem conter xilose ligadas por ligaes
-1,2 a arabinose e galactose, que podem ser unidas por ligaes -1,5 a arabinose ou -1,4 a
xilose. Os resduos acetil so conectados a O-2 ou O-3 na xilose da estrutura de xilana, mas o
grau de acetilao difere grandemente entre as xilanas de diferentes origens. O cido
glucuronico e o 4-O-metil-ter so conectados a estrutura da xilana via ligao -1,2,
enquanto os resduos aromticos (ferruloil e pcoumaril) foram descritos como sendo
conectados somente a O-5 de resduos arabinose terminais. O cido ferrlico tambm pode
19
estar ligado s fraes de hemicelulose e pectina e estes polissacardeos so capazes de fazer
ligaces-cruzadas uns com outros, assim como, com compostos aromticos polimricos da
lignina. A figura 5 uma representao esquemtica da hemicelulose. Esta estrutura de
ligaes-cruzadas resulta em um aumento na rigidez da parede celular (VRIES; VISSER,
2001).
Figura 5: Representao esquemtica de uma xilana de gramnea. (1) 1,4-D-xilopiranose; (2) L-arabinose; (3)
cido 4-O-D-metil--D-glucurnico; (4) grupo acetil Fonte: (PITARELO, 2007).
2.2.3. Lignina
A lignina, um dos principais componentes presente no bagao de cana-de-acar um
polmero derivado de grupos fenilpropanides, repetidos de forma irregular, que tm sua
origem na polimerizao desidrogenada do lcool coniferlico. Os polmeros fenilpropanides
que constituem a lignina so altamente condensados e muito resistentes degradao. A
lignina o mais importante componente no-carboidratado da biomassa lignocelulsica. Ela
depositada na rede de carboidratos da parede celular secundria das plantas, durante o seu
crescimento. As ligninas so formadas a partir de trs precursores bsicos, que so os lcoois
p-cumarlico, coniferlico e sinaplico. Este heteropolmero amorfo constitudo de unidades
de fenilpropano (cido coniferlico ou ferrulico, cido sinaplico e cido pcumarlico)
conectadas por diferentes ligaes (HENDRIKS; ZEEMAN, 2009). A figura 6 representa a
extrututa molcular da lignina.
20
Figura 6: Extrutura molecular da lignina Fonte: (ROSA; GARCIA)
A lignina ocorre na parede celular de plantas superiores em diferentes composies:
madeiras duras de 25 a 35%, madeiras macias de 18 a 25% e gramneas de 10 a 30% sendo
neste ltimo caso responsvel, em parte, pela resistncia mecnica do bagao, bem como no
suporte para disperso dos metablicos exercidos pelas clulas.
O bagao fortemente recalcitrante, devido forte ligao existente entre a celulose
hemicelulose e lignina. Para utiliz-lo na produo de etanol, necessrio submeter o material
a vrias etapas de processamento: pr-tratamento, hidrlise, fermentao e destilao. Os
processos de pr-tratamento de materiais lignocelulsico podem ser trmicos, qumicos,
fsicos, biolgicos ou uma combinao de todos esses, o que depender do grau de separao
requerido e do fim proposto. A presente pesquisa investigou os pr-tratamentos e a hidrlise
cida e enzimtica, pois nas etapas de fermentao e destilao o subproduto (bagao de cana-
de-acar) seguiria os mesmos processos na produo de etanol convencional. A figura 7
representa um corte transversal da fibra de material lignocelulsico. (FERRAZ et al., 1994;
CARRASCO, 1992).
21
Figura 7: Representao esquemtica de um corte
transversal da fibra de material lignocelulsico
Fonte: (ROSA e GARCIA, 2009).
22
2.3. PR-TRATAMENTO
O pr-tratamento necessrio devido forte ligao existente entre a celulose,
hemicelulose e lignina, e o objetivo deste processo remover a lignina e a hemicelulose,
reduzir a cristalinidade da celulose e aumentar a porosidade do material. O pr-tratamento
deve atender aos seguintes requerimentos:
melhorar a formao de acares ou a capacidade de futura formao de
acares pela hidrlise;
evitar a degradao ou perda de carboidratos;
evitar a formao de co-produtos que sejam inibitrios para hidrlise
subseqente;
ter baixo custo.
O pr-tratamento desorganiza a extrutura da biomassa celulsica, beneficiando o
trabalho das enzimas e cidos que atuam na converso de carboidratos em acares. A figura
8 representa a ao do pr-tratamento sobre o material lignocelulsico.
Figura 8: Representao esquemtica da ao do pr-tratamento sobre o material lignocelulsico
Fonte: (MOISER et al., 2005)
2.3.1. Pr-Tratamento mecnico
De forma geral, a primeira etapa do processo consiste no pr-tratamento mecnico da
matria-prima, que visa limpeza e desorganizao do material, a fim de causar a destruio
da sua estrutura celular e torn-la mais acessveis aos posteriores tratamentos qumicos,
23
fsicos ou biolgicos. Neste processo a cana lavada, picada, desfibrada e moda. A lavagem
da cana visa retirada de terra, areia e outros materiais estranhos. Aps a lavagem a cana
passa pelo picador, as facas do picador tem a funo de cortar a cana em pequenos pedaos,
facilitando o trabalho do esmagamento. No desfibramento se rompe a maior quantidade
possvel de clulas da cana e a moagem divide o colmo da cana em duas fraes: o caldo (rico
em acares) e o bagao (rico em fibras) (ROSA; GARCIA, 2009).
2.3.2. Pr-Tratamento fsico
2.3.2.1. Exploso de vapor
A exploso a vapor um dos principais pr-tratamentos utilizados para hidrlises de
materiais lignocelulsicos. Nesse processo, a biomassa preparada triturada submetida a
vapor de alta presso e alta temperatura de 160 a 240C por at 20 minutos. Em seguida a
presso retirada, ocasionando uma mudana brusca na temperatura com finalidade de causar
a ruptura nas ligaes da lignina hemicelulose e celulose. Pode-se adicionar SO2 para
aumentar o efeito do tratamento com recuperao de hemicelulose (TENGBORD et al.,
2001).
2.3.2.2 Termo-Hidrlise
Este processo similar ao processo de exploso a vapor, a diferena que, o processo
de exploso realizado com vapor, enquanto que no termo-hidrolse utiliza-se gua quente
pressurizada. Com uma maior injeo de gua, a solubilizao maior que a exploso a
vapor, A desvantagem deste processo esta relacionado com o grande consumo de gua, que
produzem hidrolisados (BERNARDO NETO, 2009).
24
2.3.3. Pr-tratamento qumico
2.3.3.1. Tratamento com cidos concentrados ou diluidos.
O pr-tratamento qumico visa solubilidade da hemicelulose e lignina em ordem para
expor a celulose converso por componentes cidos ou alcalinos. No Brasil, os reagentes
cidos mais utilizados so cidos sulfricos (H2SO4), clordricos (HCL) e ntricos
(concentrados ou diludos). O pr-tratamento com cido sulfrico pode alcanar elevadas
taxas de reao e, com isso atingir o objetivo de melhorar a hidrlise da celulose (SUN;
CHENG, 2002). Esses processos podem ser diferenciados de acordo com as temperaturas
aplicadas. As temperaturas superiores a 160C so consideradas altas temperaturas, e quando
se usam temperaturas menores, so classificados como, baixas temperaturas. Neste tratamento
faz-se necessrio a correo do pH antes do processo de hidrlise e fermentao e o custo
maior que o sistema de exploso a vapor (HAMELINCK et al., 2005).
2.3.4. Pr-tratamento biolgico
O pr-tratamento biolgico resulta em parcial deslignificao da lignocelulose usando
microrganismos semelhantes a fungos e bactrias para degradar a lignina. Durante o processo
estes microrganismos secretam enzimas extracelulases com peroxidases e lacases que ajudam
a remover uma quantidade considervel de lignina da biomassa. O pr-tratamento biolgico
tambm pode ser usado combinado com outros processos. Este pr-tratamento bem menos
severo no requerendo cidos, altas temperaturas e nem grandes tempos (36 horas)
(HAMELINCK et al.,2005).
2.3.5. Pr-tratamento organosolvente
Consiste na mistura aquosa de solvente orgnico com catalisador cido (HCL ou
H2SO4), essa mistura tem a funo de quebrar a estrutura da lignina e hemicelulose. Os
solventes orgnicos mais usados so: metanol, etanol, acetona, etileno, glicerol, entre outros.
Para reduzir os custos esses solventes devem ser drenados do reator, evaporados, condensados
25
e reciclados. Essa remoo se faz necessria, pois os mesmos podem ser inibitrios ao
crescimento dos microorganismos na posterior fermentao (HAMELINCK et al., 2005).
2.3.6. Pr-tratamentos combinados
2.3.6.1 Afex (Amnia Fiber, Freezer Explosion)
A caracterstica deste processo a realizao com reator a altas temperaturas (160 a
180C) e presso, neste reator h introduo da biomassa e do reagente, (soluo de amnia 5
a 15C). Transcorrido o tempo de reao (alguns minutos), ocorre o resfriamento e a
descompresso rpida da soluo. Se a realizao deste processo for com biomassa com alto
teor de lignina, o processo no ter bom desempenho (BERNARDO NETO, 2009).
Os pontos negativos deste processo esto relacionados com o custo da amnia e a
degradao dos acares. O custo da amnia determinar o custo do processo, assim a
viabilidade econmica do processo estar ligada diretamente na recuperao da amnia.
A degradao dos acares reduz a eficincia das etapas posteriores (MOISER et al.,
2005).
2.3.6.2. Exploso de CO2
O processo com CO2 parecido com o AFEX, diferena o fluido usado na reao.
Neste processo usa-se CO2 ocorrendo formao de cidos, ocasionando a hidrlise da
hemicelulose. A vantagem deste processo o custo inferior ao AFEX, mas o rendimento
inferior a exploso a vapor (HENDRIKS; ZEEMAN, 2009). A tabela 5 destaca os principais
processos para pr-tratamento da biomassa para hidrlise.
26
Tabela 5: Processos de pr-tratamento da biomassa para hidrlise
Fonte: Elaborado com base em (HAMELINCK et al., 2005)
27
2.4. HIDRLISES DE MATERIAIS LIGNOCELULSICOS
Desde o sculo XIX vem sendo estudado a produo de etanol pela hidrlise e
fermentao de materiais lignocelulsicos. Mas num perodo compreendido de 20 anos tem se
procurado utilizar esta tecnologia para a produo de combustveis. Com o xito desta
tecnologia, o etanol celulsico poder ser reproduzido em quase todas as regies do mundo,
podendo aproveitar grande quantidade de resduos orgnicos de diversas fontes (BNDES;
CGEE, 2008), (Banco Nacional do Desenvolvimento Econmico e Social; Centro de Gesto e
Estudos Estratgicos).
Os processos para a produo de combustvel com a utilizao de resduos
lignocelulsicos envolvem a hidrlise dos polissacardeos e fermentao para a produo do
bioetanol. Para realizar esse processo de hidrlise so necessrias tecnologias complexas e
multifsicas, com a utilizao de rotas cidas ou enzimticas para a separao dos acares e
remoo da lignina. Uma configurao genrica apresentada na figura 9 (BNDES; CGEE,
2008).
Figura 9: Esquema do processo de produo de etanol por meio da hidrlise da biomassa
Fonte: adaptado de Hamelinck et al., (2005).
2.4.1. Hidrlise cida
A hidrlise cida (tanto concentrada quanto diluda) ocorre em dois estgios, devido s
diferenas entre a hemicelulose e a celulose. O primeiro envolve a hidrlise da hemicelulose,
conduzida conforme as condies do pr-tratamento. No segundo estgio, temperaturas mais
altas so aplicadas, buscando otimizar a hidrlise da frao celulsica. O processo com cido
diludo utiliza altas temperaturas e presses, com tempos de reao de segundos a alguns
minutos, o que facilita o uso de processos contnuos. J os processos com cido concentrado
28
so conduzidos em condies mais brandas, com tempos de reao tipicamente mais longos
(DIPARDO, 2000).
A hidrlise cida da biomassa lignocelulsica produz principalmente xilose a partir da
xilana, mantendo as fraes celulose e lignina praticamente inalteradas. A xilana mais
susceptvel a hidrlise por tratamentos cidos leves, devido as suas estruturas amorfas. J a
celulose necessita de condies de hidrlises mais severas, considerando-se sua natureza
cristalina (RAHMAN et al., 2007).
A hidrlise da celulose catalisada por cido uma reao complexa e heterognea,
envolvendo fatores fsicos e qumicos seguindo o mecanismo de clivagem das ligaes
glicosdicas - 1,4. Durante a hidrlise cida, a xilose rapidamente degradada a furfural e
outros co-produtos de condensao, os quais so inibitrios a microrganismos (RAO et al.,
2006). De forma geral, as reaes na hidrlise cida podem ser representadas por:
1 etapa de hidrlise.
( C5H8O4)n + n H2O n C5H10O5
pentosonas pentoses
C5H10O5 C5H4O2 + 3H2O
pentoses furfural
2 etapa de hidrlise
(C6H10O5)N + n H2O n C6H12O6
celulose hexoses
Apesar da complexidade das reaes o fator ponderante no processo de hidrlise no
a cintica da reao, mas sim, a dificuldade em atingir a regio de reao na molcula de
celulose pelos catalisadores. A forte ligao da celulose com a hemicelulose e a lignina se
caracteriza como um dos fatores que controlam esse acesso (RAO et al., 2006).
Outro fator a presena de pontes de hidrognio entre grupos hidroxlicos de
diferentes unidades de glicose na estrutura macromolecular da celulose. As principais
dificuldades relacionadas hidrlise cida so (OLIVRIO; HILTST, 2005):
a lignina restringe o acesso celulose e precisa ser removida anteriormente;
as condies de remoo da lignina so severas e demoradas;
29
o reagente utilizado na hidrlise cida pode atacar os acares formados, sendo
estes degradados, reduzindo o rendimento da reao.
A hidrlise cida, alm de formar compostos inibidores para subseqente fermentao,
tambm apresenta outros problemas, tais como, condies de manuseio severas (pH e
temperatura), e o alto custo de manuteno devido os problemas de corroso (MARTIN., et al
2007).
2.4.2. Hidrlise Enzimtica
Por vrias dcadas as enzimas so utilizadas como catalisadores na produo de etanol
para hidrlise do amido. No entanto, para se usar as enzimas na produo de etanol apartir da
utilizao de celulose, o processo de produo se tornara complexo. A celulose protegida
por outros materiais resistentes ao ataque qumico como a lignina e a hemicelulose. A quebra
desses polmeros so as dificuldades maiores no processo da hidrlise (ROSA; GARCIA,
2009).
Outro desafio que se impe obteno do etanol a partir da celulose o da
fermentao de pentoses. De fato, enquanto a fermentao das hexoses processa-se
rotineiramente, ainda no esta dominada a tecnologia de fermentao das pentoses em escala
industrial. As hemiceluloses so ricas em pentoses como xiloses e arabinoses. O
Saccharomyces cereviseae, microorganismo usualmente empregado na produo de lcool a
partir da sacarose, muito pouco eficiente na converso de pentoses. A presena de pentoses
de fato inibe a fermentao das hexoses. Uma perspectiva a utilizao de outras espcies de
fungos, melhor adaptados s pentoses (HINMAN et al. 1989).
O processo enzimtico conduzido em condies brandas (pH 4,8 e temperatura entre
45 e 50 C), o custo utilidade relativamente baixo (SUN; CHENG, 2002), alm de, permitir
maiores rendimentos, possibilitar a fermentao simultnea sacarificao (processo SSF
simultneos saccharification and fermentation) e apresentar baixo custo de manuteno (no
h problema de corroso). A hidrlise enzimtica uma reao heterognea catalisada pelas
celulases, sendo distinguida por um substrato insolvel (celulose) e um catalisador solvel
(enzimas). A completa hidrlise da celulose requer a ao combinada de mltiplas enzimas
(celulases) com diferentes especificidades ao substrato (KOVCS et al., 2009).
30
As endo-(1,4)--D-glucanases (EC 3.2.1.4) (endoglucanase, carboximetilcelulase ou
endocelulase) hidrolisam ligaes internas (-1,4), preferencialmente nas regies amorfas que
so mais suscetveis, reduzindo o grau de polimerizao deste substrato, produzindo terminais
reduzidos e no-reduzidos. Sua atuao expe as microfibrilas ao ataque subseqente de
outras enzimas, alm de aumentar o nmero de oligossacardeos com terminaes
susceptveis ao ataque das exoglucanases (ARO et al., 2005).
As exo-endo-(1,4)--D-glucanases (EC 3.2.1.91) (celobiohidrolase, exocelulase,
celulase microcristalina ou avicelase) tem ao de exoglucanase ao remover monmeros
(glicose) ou dimros (celobiose) das pores terminais das cadeias (ARO et al., 2005).
As -glucosidades (EC 3.2.1.21) (celobiose) por sua vez, hidrolisam celobioses e, em
alguns casos, outros oligossacardeos curtos a glicose (ARO et al., 2005).
A hidrlise necessria para a converso de polissacardeos da lignocelulose a
acares fermentescveis. A figura 10 mostra uma representao esquemtica de um sistema
celuloltico.
Figura 10: Representao esquemtica de um sistema celuloltico. Os stios de maiores
atividades das enzimas celuloliticas so mostrados. Fonte: (adaptado de ARO et aL.,2005).
Considerando as caractersticas estruturais da celulose, verifica-se que o modo de ao
das enzimas influencia a taxa de reao. A susceptibilidade da celulose ao ataque enzimtico
determinada pela acessibilidade dos stios de ligao a celulose, o que determina a
subseqente adsoro da enzima no substrato slido. A representao abaixo descreve um
plano hipottico para a degradao da celulose.
Etapa 1
31
Celulose nativa (endoglucanase) Celulose ativa
Etapa 2
Celulose ativa (exoglucanase) Celobiose
Etapa 3
Celobiose (-glcosidase) glicose
A adsoro das enzimas celulases e a concepo do complexo enzima/substrato so
apreciadas como os passos cruciais na hidrlise enzimtica de celulose. A adsoro de
celulase na celulose insolvel j foi descrita como reversvel irreversvel e semi-reversvel,
no se tendo chegado a um acordo quanto questo (GAN et al., 2003).
Tem-se conhecimento da inibio das enzimas celulases por celobiose e glicose e o
padro desta inibio tem sido motivo de muitas pesquisas. Com isso, muitos autores se
alternam com os conceitos de padro de competitividade, alguns opinam que a inibio
competitiva dominante, enquanto, outros reportam que a inibio no-competitiva
observada (GAN et al.,2003).
Na hidrlise enzimtica existe uma resistncia de transferncia de massa, entre as
molculas de enzima e uma da camada estagnada de filme lquido, que cerca as partculas
slidas de celulose, sendo que esta resistncia determina a reao global. Considerando uma
reao em reator em batelada com agitao, no incio da hidrolise, a taxa de reao
determinada pelos trs eventos em seqncia (GAN et al., 2003).
A taxa de transferncia de massa da enzima;
A taxa de adsoro da enzima na superfcie do substrato;
A taxa de catlise da celulose.
Depois da primeira fase da hidrlise, a taxa de reao comea a depender da
penetrao da enzima ao interior do substrato slido e em conseqncia desta dependncia a
catlise se torna mais lenta.
Apos a celulose, a hemicelulose um dos mais abundantes polissacardeos da
natureza, sendo sua maior frao constituda por xilana. A completa degradao da
hemicelulose requer ao sinergtica de uma variedade de enzimas hidrolticas, entre as quais
se destacam as do complexo xilanolitico (ARO et al, 2005).
32
As endo-1,4--D-xylanases (EC 3.2.1.8) atacam internamente a estrutura
polissacaridica, hidrolisando as ligaes -1,4 da molcula de xilana, resultando em um
decrscimo no grau de polimerizao do substrato;
As -xilosidases (EC 3.2.1.37) hidrolisam xilooligossacaridios curtos a xilose;
As -L-arabinofuranosidases (EC 3.2.1.55) hidrolisam os grupos -Larabinofuranosil
terminais;
As -glucoronidases (EC 3.2.1.1) so requeridas para a hidrlise das ligaes -1,2
glicosdicas entre xilose e acido glicuronico ou sua ligao 4-O-metilester;
As acetil xilana esterases (EC 3.1.1.72) hidrolisam as ligaes entre xilose e acido
actico e acido ferrulico;
As ferruloil esterases (EC 3.1.1.73) (acido ferrulico esterases, cinnamoil esterases,
cido cinnamico hidrolases, p-coumaroil esterases, hidroxicinnamoil esterases), apresentam
um papel chave proporcionando um aumento na acessibilidade das enzimas hidroliticas sobre
as fibras de hemicelulose devido a remoo do acido ferrulico das cadeias laterais e ligaes
cruzadas. A ferruloil esterase quebra as ligaes ester entre os cidos hidroxicinnamicos
esterificados em arabinoxilana e certas pectinas presentes na parede celular da planta (ARO et
al, 2005). Figura 11 representao esquemtica do sistema hemicelulose.
Figura 11: Representao esquemtica do sistema hemicelulose, como um
exemplo, a degradao da arabinoxilana (adaptado de ARO et al, 2005).
Pode-se considerar que a reao de hidrlise de grande complexidade, envolvendo a
sinergia de vrias enzimas. Assim muitos estudos ainda devero ser realizados a fim de se
encontrar a melhor rota tecnolgica (HINMAN et al. 1989).
33
2.5. PROCESSOS COMBINADOS
Nos processos combinados a hidrlise enzimtica integrada a diferentes rotas.
Nesses processos o pr-tratamento da biomassa tambm se faz necessrio para tornar a
celulose mais acessvel s enzimas, para posterior hidrlise da hemicelulose. A seguir as
principais combinaes em desenvolvimento dos processos de hidrlise (HAMELINCK, et
al.,2005).
SHF Hidrlise e Fermentao Separados: a hidrlise da celulose e hemicelulose e
a subseqente fermentao da glicose e pentoses, respectivamente, so realizadas em reatores
diferentes. Nesse processo as etapas de hidrlise e fermentao so conduzidas em suas
condies timas, porm, apresenta a desvantagem do acmulo de acares intermedirios da
hidrlise, causando inibio s enzimas, e reduo na converso final de glicose, devido
adsoro de parte do acar no slido residual da hidrlise (Figura 12) (CASTRO; PEREIRA,
2010).
Figura 12: Esquema simplificado do SHF
Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).
SSF Sacarificao e Fermentao Simultnea: como o nome indica, a hidrlise da
celulose e a fermentao da glicose so realizadas no mesmo reator, no entanto, a fermentao
das pentoses continua se processando em reator separado. O processo SSF contribui com
menor custo de investimento a planta (projeto), visto que nele so agrupadas duas etapas em
um mesmo recipiente reacional. Nessa forma de conduo, as enzimas so menos passveis de
inibio pelos produtos de hidrlise, pois a glicose liberada concomitantemente fermentada.
A manuteno de uma baixa concentrao de glicose no meio tambm favorece o equilbrio
34
das demais reaes de hidrlise, no sentido de formao de mais produto, alm de reduzir
riscos de contaminao no sistema (Figura 13) (CASTRO; PEREIRA, 2010).
Figura 13: Esquema simplificado do SSF
Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).
SSCF Sacarificao e Cofermentao Simultnea: representa um aumento da
integrao em relao SSF, j que a fermentao das pentoses e da glicose ocorre no mesmo
reator. Este processo consolida a hidrlise da celulose e xilana, produzindo glicose e xilose,
respectivamente, com a fermentao direta. Isto reduz o nmero de reatores envolvido e evita
problemas de inibio do produto associado com as enzimas: a presena de glicose e xilose
inibem a hidrlise, figura 14 (HAMELINCK et al., 2005).
Figura 14: Esquema simplificado do SSCF
Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).
CBP Bio Processamento Consolidado: o mximo de integrao atingido com
essa rota, na qual todas as operaes de carter biolgico, inclusive a produo de enzimas
so realizados simultaneamente. No bio processamento consolidado todas as enzimas
requeridas so produzidas por um nico reator. A aplicao do CBP no implica nenhum
capital ou custo operando na produo de enzimas, figura 15 (HAMELINK et al., 2005).
35
Figura 15: Esquema simplificado do CBP
Fonte: (HAMELINCK, et al.,2005).
36
2.6. PROCESSOS EM DESENVOLVIMENTO
2.6.1 Dedini Hidrlise Rpida
A empresa metalrgica brasileira (Dedini) desenvolveu uma tecnologia de hidrlise
com utilizao de cido e solvente. Por ser um tradicional fabricante de equipamentos
sucroalcooleiros (atualmente o maior do mundo em equipamentos para acar e lcool), seu
interesse decorre neste setor. A aplicao da hidrlise ao bagao de cana excedente
possibilitaria ampliar de forma substancial a produo de lcool, interesse de todos os
produtores sucroalcooleiros e, por conseguinte, as vendas de equipamentos Dedini (DHR,
2008).
O processo desenvolvido pela empresa recebeu o nome DHR (Dedini Hidrlise
Rpida). O mesmo visa obteno de lcool a partir do bagao de cana, apresentando
caractersticas diferentes dos processos primordiais, pois no processo utilizado pela empresa
brasileira utiliza-se solvente orgnico e no cido (DHR, 2008).
A metalrgica iniciou e comprovou a viabilidade do projeto com a capacidade de gerar
100 litros de lcool/dia, posteriormente esta planta foi instalada no Centro de Tecnologia
Coopersucar (CTC). Com a viabilidade do projeto, um novo acordo foi assinado e em 2002
foi aprovado um projeto em conjunto Dedini-Copersucar-Fapesp (Fundao de Apoio a
Pesquisa do Estado de So Paulo), para implantar uma unidade Industrial de 5000 litros de
lcool/dia, para executar a etapa de hidrlise. Esta planta esta hoje instalada e integrada na
Usina de So Luis, Pirassununga, SP, do grupo Dedini, a qual utiliza as etapas de fermentao
e destilao existentes (Figura 16) (DHR, 2008).
37
Figura: 16 Planta instalada na Usina de So Luis,
Pirassununga, SP. Fonte: (DHR, 2008)
O processo DHR alimenta um reator com bagao pela parte superior, recebendo pela
parte de baixo uma mistura aquecida de gua, cido sulfrico e um solvente de lignina, o
etanol. Os fluxos se encontram na parte mdia do reator, de onde retirada e imediatamente
resfriada (flash) com uma soluo levemente cida com alto teor de acares. Essa soluo ,
na seqncia, neutralizada com cal. Essa presso dissolve a lignina e permite recuperar os
acares em mais ou menos 15 minutos, antes de se iniciar a degradao, com alto
rendimento. O rendimento de sacarificao chega a 88%, mas, segundo dados da literatura
podero elevar-se a 92%. O etanol com a lignina retirado, sendo este ltimo, retido em filtro
prensa, com possvel uso como combustvel nas caldeiras da usina.
Em termos econmicos (considerando o uso do bagao e a palha da cana-de-acar), o
resultado bastante significativo, pois, no sistema atual de obteno de etanol, cada hectare
cultivado oferece, em mdia, 80 toneladas de cana limpa para o processo. Cada tonelada
permite a obteno de 80 litros de etanol hidratado. Portanto, so obtidos 6,4 mil litros por
hectare. Com o uso intensivo do DHR, aproveitando bagao e palha, possvel obter mais 5,6
mil litros de lcool por hectare cultivado, que gera 96 toneladas de cana integral. Sendo assim,
as usinas podero praticamente dobrar a produo sem ampliar sequer um metro quadrado de
rea plantada. Alm disso, ser possvel direcionar mais caldo de cana para a fabricao de
acar, sem reduzir a oferta de lcool (DHR, 2008).
A figura 17 mostra um diagrama de blocos do processo DHR. Aps a implantao e a
completa viabilidade do processo (DHR) e sua integrao nas usinas, as empresas associadas
38
Dedini, Coopersucar e FAPESP, estaro disponibilizando ao mercado toda a tecnologia
empregada (OLIVERIO e SOARES, 2008).
Figura 17: Diagrama de Blocos do processo DHR
Fonte: DHR, 2008
2.6.2 Projeto Etanol Celulsico
Em 2007 o Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) iniciou o projeto de
desenvolvimento de etanol celulsico, com o objetivo de utilizar resduos vegetais da cana, o
bagao e a palha. O projeto inovador pretende ser inteiramente interligado com os processos
de produo de etanol j existentes no Brasil, considerando que no pas atualmente operam
mais de 400 usinas no setor. O projeto j tem sua patente requerida junto aos rgos
competentes do governo, com esse processo a utilizao da biomassa pode ser direcionada
para gerao de etanol ou para gerao de energia eltrica dependendo das condies da usina
(CTC, 2010).
O CTC atua em parceria com a maior produtora mundial de enzimas, a Novozymes.
Espera-se que com o amadurecimento das pesquisas a produo de etanol aumente
significativamente, com a vantagem de no aumentar a rea plantada e aumentando a auto-
suficincia energtica. A tabela mostra os cenrios projetados para hidrlise de bagao. O
aumento estimado da produo com a evoluo do projeto cerca de 40% em relao ao
processo existente, sem necessidade de avanar ainda mais as reas plantada (CTC, 2010).
39
Tabela 6: Cenrios projetados para hidrlise de bagao.
Destilaria autnoma Etanol proveniente da hidrlise
Excedente de bagao: 140
Kg/t de cana
(1)60% das hexoses, 0%
das pentoses: 232m3/dia
(4) 85% das hexoses, 0%
das pentoses: 326 m3/dia
Excedente equivalente de
palha: aproximadamente
140 Kg/ t de cana
(2) 80% das hexoses, 0%
das pentoses: 317 m3/dia
(5) 95% das hexoses, 85%
das pentoses: 502 m3/dia
lcool proveniente dos
acares: 1.037 m3/dia
(3) 80% das hexoses, 85%
das pentoses: 444m3/dia
Hidrlise cida Hidrlise enzimtica
Fonte: (ROSSEL, 2006).
40
CONSIDERAES FINAIS
O bagao da cana-de-acar um resduo com alta concentrao de carboidratos,
disponvel em grande quantidade e de baixo custo ao setor sucroalcoleiro. Com essas
qualidades esse subproduto pode se confirmar como uma fonte alternativa para aumentar a
produo de etanol, sem aumentar a ocupao de terras usadas na plantao da cana-de-
acar.
A forte ligao existente entre a celulose, hemicelulose e lignina, dificulta a
degradao das estruturas internas da biomassa lignocelulsica e, conseqentemente, reduz a
eficincia das hidrlises cida e enzimtica. Em resumo, esta recalcitrncia aumenta o custo
de produo de etanol a partir de bagao de cana. Com isso, faz-se necessrio a aplicao de
pr-tratamentos ao bagao, alm do aperfeioamento da rota tecnolgica para os processos de
hidrlise, a fim de se encontrar viabilidade tcnica e econmica.
41
REFERNCIAS
ARO N, N.; PAKULA, T.; PENTTILA, M. Transcriptiond regulation of plant cell wall
degration by filamentous fungi. FEMS Microbiology Reviews, Oxford, v. 29, p. 719-739,
2005.
BALAT, M.; BALAT, H.; Z, C. Progress in bioethanol processing. Progress in Energy and
Combustion Science, v. 34, n. 25, p. 551-553, 2008.
BNDS, CGEE. Banco Nacional do Desenvolvimento Econmico e Social; Centro de Gesto e
Estudos Estratgicos (Coord.). Bioetanol de cana-de-acar:energia para o desenvolvimento
sustentvel. Rio de Janeiro: BNDES, 2008
BENEDETTI, O. I. S.; CHAVES, R. Q.; MAGALHES, A. M. Analise preliminar da
produo de etanol a partir da celulose. Esprito Santo do Pinhal: Engenharia Ambiental,
2009.
BERNARDO NETO, O. Integrao das principais tecnologias de obteno de etanol
atravs do processamento de celulose (2 gerao) nas atuais usinas de processamento de
cana-de-acar (1gerao). Dissertao (Mestrado). Escola Politcnica da Universidade de
So Paulo. So Paulo, 2009. 137p.
MAPA. Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento. Setor sucoalcooleiro -
produo de cana, acar e lcool. Braslia, DF, 2008. 3 p.
CARLILE, M. J.; WATKINSON, S. C.; GOODAY, G. W. The fungi. 2.ed. London: Ed
Elsevier Academic Press, 2002. 588 p.
CARRASCO, F. Thermo-mechano-chemical pretreatment El Wood in process development
unit. Wood Science and Technologgi, v, 26, p. 413-426, 1992.
CASTRO, A. M. de; PEREIRA JR., Nei. Produo, propriedades e aplicao de celuloses
na hidrolise de resduos agroindustriais. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de
Janeiro, 2009.
CENTRO DE TECNOLOGIA CANAVIEIRA. Relatrio de realizaes 2005-2010.
Piracicaba: CTC, 2010. p. 27.
42
COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO. Avaliao da safra agrcola de cana-
de-acar. Brasilia, 2010. Disponivel em:< www.conab.gov.br/>. Acesso em: 30 set. 2010.
DEDINI. DHR Dedini Hidrlise Rpida. Dedini Indstrias de Base. Disponvel em:
Acesso em: mar. 2008.
DINARO-MIRANDA, L. L.; VASCONCELOS, A. C. M. de; LANDELL, M. G. de A. Cana-
de-acar. Campinas: Instituto Agronmico, 2008.
FENGEL, D.; WEGENER G. WOOD: Chemistry, ultrastruture, reactions. Berlim, 1984. 613
p. Disponvel em: . Acesso em 16 jul. 2009.
FERRAZ, A. et al. The use of white-rot decaying as apretreatment for organosolv
delignification of Eucalyptus grandis wood. Wokshop on Applications of Biotechnology in
Bioenergy Systems, Ottawa, Canad.1994.
GMES, F., et al. Study of the hydrolysis of sugar cane bagasse using phosphoric acid.
Jounal of Food Engineering, v. 74, p. 78-88, 2006.
GOMEZ, C. H. R. J. Sacarificao da hemicelulose do bagaco de cana-de-accar e sua
fermentao por Pachysolen tannophillus. Campinas: Universidade Estadual de Campinas,
1985.
GAN, Q., ALLEN, S. J., TAYLOR, G. Kinetic dynamics in heterogeneous enzymatic
hydrolysis of cellulose: an overview, an experimental study and mathematical modeling.
Process Biochemistry, v. 38, p.1003-1018, 2003.
HAMELINCK, C. N. et al. Etanol from lignocellulosic biomass: technoeconomic
performance in short, middle and long term. Biomass and Bioenergy, v. 28, p. 384-410,
2005. Disponvel em:.
Acesso em: 15 de jul. 2010.
HENDRIKS, A. T. W. M.; ZEEMAN, G. Pretreatments to enhace the digestibility of
lignocellulosic biomass. Bioresouce Technology, n. 100 p. 10-18, 2009.
HINMAN, N.D., WRIGHT, J.D. HOAGLAND, W., WYMAN, C.E. (1989). Xylose
fermentation, an economic analysis. Applied Biochemistry Biotechnology 20/21: 391-401.
43
KOVCS, K.; SZAKACS, G.; ZACCHI, G. Comparative enzymatic hydrolysis of pretreated
spruce by supernatants, whole fermentation broths and washed mycelia of Trichoderma reesei
and Trichoderma atroviride. Bioresour. Technol., v. 100, p. 1350-1357, 2009.
MANTELATOO, P. E. Estudo da Cintica de cristalizao de solues impuras de
sacarose de cana-de-acar por resfriamento. 2005. Dissertao (mestrado) Universidade Federal de So Carlos, So Carlos, 2005.
MARTIN, C. et al. A study of theree strategies for improving the fermentability of sugarcane
bagasse hydrolysates for fuel ethanol production. Internacional sugar Jounal, Glamorgan, v.
109, n. 1267, p 33-39, 2007.
MARTINS, L. F. Caracterizao do complexo celulsico de Penicillium echinulatum.
Dissertao (Mestrado). Universidade Federal do Paran, Laboratrio de Qumica de
Fitobiomassas, Curitiba, 2005.
MOSIER, N. et al. Features of promising technologies for pretreatment of lignicellulosic
biomass. Bioresourse Technol, v. 96, p. 673-686, 2005.
MURPHI, J.D., MCCARTHI, K. Ethanol production from energy crops and wastes for use as
transport fuel in Irland. Applied Energy, n. 82, p. 148-166, 2009.
OLIVRIO, J. L.; SOARES, P. A. Produo de lcool a partir do bagao: o processo
DHR. Disponvelem:
Acesso em: 26 nov. 2008.
PANDEY, A. et al. Biotechnological potential of agro-industrial residues: sugarcane bagasse.
Bioresource Technology, v. 74, p. 69-80, 2000.
PITARELO, A. P. Avaliao da susceptibilidade do bagao e da palha de cana-de-acar
bioconverso via pr-tratamento a vapor e hidrlise enzimtica. Dissertao
(Mestrado), Universidade Federal do Paran, Departamento de Qumica, Curitiba PR, 2007.
RAHMAN, S.H.A. et al. Optimization studies on acid hydrolysis of oil palm empty fruit
bunch fiber for production of xylose. Bioresour. Technol., v. 98, p. 554- 559, 2007.
RAO, R. S. et al. Xylitol production from corn fiber and sugarcane bagasse hydrolysates by
Candida tropicalis. Bioresour. Technol., v. 97, p. 1974- 1978, 2006.
44
RODRIGUES, C. P.; CAMARGO, J. A. Bagao de cana-de-acar como potencial para
co-gerao de energia eltrica e etanol celulsico. So Joaquim da Barra: Colgio Iara
Coimbra, 2008.
ROSA, S. S. da; GARCIA, J. L. F. O etanol de segunda gerao: limites e oportunidades.
Revista do BNDES, n. 32, p. 119-150, dez. 2009.
ROSSELL, C. E. Fermentao do hidrolisado. III Workshop Tecnolgico sobre Hidrlise
para Produo de Etanol, So Paulo, dez. 2006.
SUN, Y.; CHENG, J. Hidrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review.
Bioresource Technology, v. 83, p.1-11, 2002.
TENGBORG, C.; GALBE, M.; ZACCHI, G. Resuce inhibition of enzimatic hydrolysis of
steam pretreated soflwood. Enzyme and Microbial technology, v. 28, p. 835-844, 2001.
TMAR-BALZSY, A.; EASTOP, D. Chemical Principles of textile Consevation.
Butterworth Heinemann, Oxford, UK: Butterworth-Heimann, 1998.
VRIES, R. P.; VISSER, J. Aspergillus enzymes involved in degradation of plant cellwall
polysaccharides. Microbiol. Mol. Biol. Rev. ,p. 497-522, 2001
WALTER, A. Gaseificao da biomassa. Apresentao em PowerPoint, mar. 2008
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