Maximizando o etanol de segunda geração a partir de biomassa

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.17765/2176-9168.2024v17n.Especial.e12577%20

Palabras clave:

Bagaço de cana-de-açúcar; Biocombustível; Bioetanol; Pré-tratamento Físico; Pré-tratamento físico-químico.

Resumen

Nos últimos anos, tem sido observado um crescente interesse em âmbito nacional pela produção de etanol combustível, em razão de sua característica renovável. A conversão de biomassa em etanol emergiu como uma alternativa globalmente estudada e promissora, com ênfase em sua aplicação na geração de energia elétrica e na fabricação de biocombustíveis líquidos. O etanol de segunda geração é derivado de biomassa lignocelulósica, obtido por meio de processos químicos avançados ou biotecnologia, através da conversão da celulose em açúcares fermentáveis. O objetivo deste trabalho foi avaliar pré-tratamentos físico químicos para hidrolisar o bagaço de cana-de-açúcar e posterior fermentação alcoólica na produção de etanol de segunda geração. Amostras de bagaço de cana foram lavadas, secas em estufa, suspensas em sol. ácida (1 e 0,1 M) e água destilada e submetidas a banho de ultrassom e micro-ondas, ambas com tempo de exposição variando de 10 a 30 minutos. Em seguida, os materiais foram filtrados, lavados, levados à fermentação, que foi conduzida até 1 °Brix. A destilação foi realizada após a fermentação em destilador simples. As amostras antes da fermentação foram avaliadas quanto aos açúcares redutores e redutores totais e hidroximetilfurfural; e após a fermentação pelo teor alcoólico. Os tratamentos foram conduzidos em 4 repetições. Os resultados mostraram que os pré-tratamentos com micro-ondas e água ou solução ácida 0,1M produziram mostos com maiores teores de açúcares, resultando em destilados mais alcoólicos. Entretanto, o ultrassom não foi eficaz na liberação de açúcares, inviabilizando a fermentação alcoólica. Estes achados ressaltam a importância da escolha adequada do método de pré-tratamento na produção eficiente de etanol de segunda geração a partir de biomassa lignocelulósica.

Biografía del autor/a

Maíra Rodrigues Uliana, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

Doutora em Agronomia pela Faculdade de Ciências Agronômicas (UNESP). Docente do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste, Presidente Prudente (SP), Brasil.

Lavínia Quélrili Cunha Soares, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste, Presidente Prudente (SP), Brasil.

Mylena Aparecida Ferreira da Silva, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste, Presidente Prudente (SP), Brasil.

Hálim Felipe Plínio Souza, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste, Presidente Prudente (SP), Brasil.

Sérgio Marques Costa, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

Doutor em Agronomia pela Faculdade de Ciências Agronômicas (UNESP). Docente do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste, Presidente Prudente (SP), Brasil.

Alba Regina Azevedo Arana, Universidade do Oeste Paulista / UNOESTE

 Doutora em Geografia pela Universidade de São Paulo (USP). Docente do Programa de Pós-Graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional da Universidade do Oeste Paulista, Unoeste Presidente Prudente (SP), Brasil.

Citas

ADEWUYI, Y. G. Sonochemistry: environmental science and engineering applications. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 40, n. 22, p. 4681-4715, 2001. https://doi.org/10.1021/ie010096l

AFEDZI, A. E. K.; Parakulsuksatid, P. Recent advances in process modifications of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of lignocellulosic biomass for bioethanol production. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, p. 102961, 2023. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2023.102961

ARAÚJO, D. F. C.; SOBRINHO, F. L. A. O futuro dos biocombustíveis: Análise do cenário atual e perspectivas para o setor no Brasil. Geopauta, v. 7, p. e12766-e12766, 2023. https://doi.org/10.22481/rg.v7.e2023.e12766

BADIEI, M.; ASIM, N.; JAHIM, J. M.; SOPIAN, K. Comparison of Chemical Pretreatment Methods for Cellulosic Biomass. APCBEE Procedia, v. 9, p. 170-174, 2014. https://doi.org/10.1016/j.apcbee.2014.01.030

BAIG, K. S.; WU, J.; TURCOTTE, G. Future prospects of delignification pretreatments for the lignocellulosic materials to produce second generation bioethanol. International Journal of Energy Research, v. 43, n. 4, p. 1411-1427, 2019. https://doi.org/10.1002/er.4292

BALAT, M.; BALAT, H.; ÖZ, C. Progress in bioethanol processing. Progress in Energy and Combustion Science, v. 34, n. 5, p. 551-573, 2008. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2007.11.001

BINOD, P.; SATYANAGALAKSHMI, K.; SINDHU, R.; JANU, K. U.; SUKUMARAN, R. K.; PANDEY, A. Short duration microwave assisted pretreatment enhances the enzymatic saccharification and fermentable sugar yield from sugarcane bagasse. Renewable Energy, v. 36, n. 2, p. 466-470, 2010. https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.06.007

BIZERRA, A. M. C.; QUEIROZ, J. L. A. DE; COUTINHO, D. A. M. O impacto ambiental dos combustíveis fósseis e dos biocombustíveis: as concepções de estudantes do ensino médio sobre o tema. Revista Brasileira de Educação Ambiental, v. 13, n. 3, p. 299-315, 2018.

CAMARGOS, C. H. M.; SILVA, R. A. P.; CSORDAS, Y.; SILVA, L. L.; REZENDE, C. A. Experimentally designed corn biomass fractionation to obtain lignin nanoparticles and fermentable sugars, Industrial Crops and Products, v. 140, p. 111649, 2019. https://doi.org.10.1016/j.indcrop.2019.111649

DUQUE, A.; ÁLVAREZ, C.; DOMÉNECH, P.; MANZANARES, P.; MORENO, A. D. Advanced bioethanol production: From novel raw materials to integrated biorefineries. Processes, v. 9, n. 2, p. 206, 2021. https://doi.org/10.3390/pr9020206

FAZZI, L. R.; SIMÕES, A. F.; ALMEIDA, P. S.; OLIVEIRA, B. D. A regulação de biocombustíveis no Brasil e nos EUA no contexto da mitigação das mudanças climáticas e do correlato Acordo de Paris. Revista Gestão & Sustentabilidade Ambiental, v. 9, p. 104-119, 2020. https://doi.org/10.19177/rgsa.v9e02020104-119

FERREIRA, J. Etanol de segunda geração: definição e perspectivas. Revista Conexão Eletrônica, v. 12, p. 11, 2015.

GALBE, M.; ZACCHI, G. Pretreatment of Lignocellulosic Materials for Efficient Bioethanol Production. In: OLSSON, L. (Ed.). Biofuels. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2007. v. 108, p. 41-65. https://doi.org/10.1007/10_2007_070

GOGATE, P. R.; PANDIT, A. B. A review of imperative technologies for wastewater treatment I: oxidation technologies at ambient conditions. Advances in Environmental Research, v. 8, n. 3-4, p. 501-551, 2014. https://doi.org/10.1016/S1093-0191(03)00032-7

INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz. Métodos físico-químicos para análises de alimentos. 4ª ed. (1ª Edição digital), 2008. 1020 p.

KUMAR, P.; BARRETT, D. M.; DELWICHE, M. J.; STROEVE, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 48, n. 8, 2011. https://doi.org/10.1021/ie801542g

KUSTER MORO, M.; SPOSINA, R.; SILVA, A. S.; FUJIMOTO, M. D.; BON, E.P.S; MELO JR., P. A.; Secchi, A. R. Pré-tratamento da biomassa de cana-de-açúcar por extrusão com dupla-rosca. In: Simpósio Nacional de Bioprocessos e Simpósio de Hidrólise Enzimática de Biomassa. Anais..., 5 set. 2015.

LARA-SERRANO, M.; SA?EZ ANGULO, F.; NEGRO, M. J.; MORALES-DELA ROSA, S.; CAMPOS-MARTIN, J. M.; FIERRO, J. L. Second-generation bioethanol production combining simultaneous fermentation and saccharification of IL-pretreated barley straw. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, v. 6, n. 5, p. 7086-7095, 2018. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00953

LEI, H.; CYBULSKA, I.; JULSON, J. Hydrothermal Pretreatment of Lignocellulosic Biomass and Kinetics. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, v. 3, n. 4, p. 250-259, 2013. http://dx.doi.org/10.4236/jsbs.2013.34034

MATSAKAS, L.; RAGHAVENDRAN, V.; YAKIMENKO, O.; PERSSON, G.; OLSSON, E.; ROVA, U.; CHRISTAKOPOULOS, P. Lignin-first biomass fractionation using a hybrid organosolv–steam explosion pretreatmet technology improves the saccharification and fermentability of spruce biomass. Bioresource technology, v. 273, p. 521-528, 2019. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.11.055

MOHAPATRA, S.; MISHRA, C.; BEHERA, S. S.; THATOI, H. Application of pretreatment, fermentation and molecular techniques for enhancing bioethanol production from grass biomass – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 78, p. 1007-1032, 2017. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.026

NELSON, N. A photometric adaptation of Somogyi method for determination of glucose. Journal of Biologic Chemistry, v. 153, n. 2, p. 375-380, 1960. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)71980-7

OLIVEIRA, L. R. M. Estudo de alternativas de pré-tratamento e hidrólise do bagaço e palha de cana-de-açúcar para obtenção de etanol a partir de celulose, Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, 123p., 2012.

PRADHAN, D.; TSEGAYE, B.; MATHEW, S.; JAISWAL, S.; JAISWAL, A. Ultrasound-Assisted Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Bioethanol Production, pp.365-387, 2023. In: Konur, O. (ed.) Bioethanol Fuel Production Processes, 1 ed., CRC Press: Boca Raton, 2023. https://doi.org/10.1201/9781003226536-24

SANSEVERINO, A. M. Microondas em síntese orgânica. Quimica Nova, v. 25, n. 4, p. 660–667, 2002. https://doi.org/10.1590/S0100-40422002000400022

SATARI, B.; KARIMI, K.; KUMAR, R. Cellulose solvent-based pretreatment for enhanced second-generation biofuel production: a review. Sustainable energy & fuels, v. 3, n. 1, p. 11-62, 2019. https://doi.org/10.1039/C8SE00287H

TAYYAB, M.; NOMAN, A.; ISLAM, W.; WAHEED, S.; ARAFAT, Y.; ALI, F.; LIN, W. Bioethanol production from lignocellulosic biomass by environment-friendly pretreatment methods: a review. Applied Ecology & Environmental Research, v. 16, n. 1, 2018. http://dx.doi.org/10.15666/aeer/1601_225249

WANG, X. FANG, G.; HU, C.; DU, T. Application of ultrasonic waves in activation of microcrystalline cellulose. Journal of applied polymer science, v. 109, n. 5, p. 2762-2767, 2008. https://doi.org/10.1002/app.27975

ZHANG, S.; KESHWANI, D. R.; XU, Y.; HANNA, M. A. Alkali combined extrusion pretreatment of corn stover to enhance enzyme saccharification, Industrial Crops and Products, v. 37, p. 352-357, 2012. https://doi.org/10.1016/J.INDCROP.2011.12.001

ZHANG, Y.; CAI, D.; YONG, Q.; YU, S. Microwave-assisted acid pretreatment of alkali lignin: Effect on characteristics and pyrolysis behavior. Bioresource Technology, v. 256, p. 90-96, 2018. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.12.022

ZHAO, X.; CHENG, K.; LIU, D. Organosolv pretreatment of lignocellulosic biomass for enzymatic hydrolysis. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 101, n. 20, p. 8277-8294, 2017. https://doi.org/10.1007/s00253-009-1883-1

ZLOTORZYNSKI, A. The Application of Microwave Radiation to Analytical and Environmental Chemistry. Critical Reviews in Analytical Chemistry, v. 25, n. 1, p. 43-76, 1995. https://doi.org/10.1080/10408349508050557

Publicado

2024-12-17

Cómo citar

Uliana, M. R., Soares, L. Q. C., Silva, M. A. F. da, Souza, H. F. P., Costa, S. M., & Arana, A. R. A. (2024). Maximizando o etanol de segunda geração a partir de biomassa . Revista Em Agronegócio E Meio Ambiente, 17, e12577. https://doi.org/10.17765/2176-9168.2024v17n.Especial.e12577