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Title: Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar por pré-tratamentos hidrotérmico e oxidativo avançado para produção de etanol de segunda geração e biogás.
Authors: Bittencourt, Gustavo Amaro
metadata.dc.contributor.advisor: Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Baêta, Bruno Eduardo Lobo
Keywords: Bagaço de cana.
Etanol
Pré-tratamento oxidativo avançado
Pré- tratamento hidrotérmico
Biogás
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Silva, Deusanilde de Jesus
Brandão, Rogélio Lopes
Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Citation: BITTENCOURT, Gustavo Amaro. Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar por pré-tratamentos hidrotérmico e oxidativo avançado para produção de etanol de segunda geração e biogás. 2019. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: A produção de etanol a partir de biomassa lignocelulósica é uma alternativa viável para os desafios e problemas ambientais ocasionados pelo uso excessivo de combustíveis fósseis, além de satisfazer o conceito de biorrefinaria. O desenvolvimento de métodos de pré-tratamento econômicos que tornem a estrutura da biomassa lignocelulósica acessível à enzimas, para que por meio da hidrólise enzimática sejam liberados açúcares de 5 e 6 carbonos de forma eficiente é um dos temas recorrentes da produção de biocombustíveis a partir de materiais lignocelulósicos. A presente pesquisa avaliou a aplicação de um fracionamento em trêsetapas para o bagaço de cana-de-açúcar, pré-tratamento hidrotérmico seguido de extração alcalina e oxidativo avançado em meio alcalino, para a produção de etanol de segunda geração (E2G) e biogás. As condições do hidrotérmico utilizadas para se obter o bagaço pré-tratado foram de 183°C, ~41 min e razão líquido-sólido (RLS) de 3,94 mL g-1. Para investigar a deslignificação do bagaço de cana pré-tratado por hidrotérmico foi utilizado um planejamento Doehlert, cujas condições experimentais foram avaliadas por meio das variáveis independentes carga de peróxido de hidrogênio aplicada por grama de bagaço (g H2O2 g BC-1), RLS e tempo. Os efeitos das variáveis independentes nas respostas teor de celulose, deslignificação e conversão enzimática de celulose a glicose foram analisados no programa Statistica® 12. Elevados valores de deslignificação combinados com elevadas preservações de celulose na fração sólida e conversão enzimática foram obtidos a partir do uso de baixas cargas de peróxido de hidrogênio e quantidades de água. A condição otimizada encontrada foi de RLS de 9,7 mL g-1, 0,3 g H2O2 g BC-1 e tempo de 8 h, atingindo-se um rendimento de 77,9% e uma conversão enzimática de 88,9%. Na etapa de fermentação à etanol uma conversão de 89,4% foi alcançada, gerando a produção de 150,5 kg etanol ton BC-1. Além disso, as correntes residuais do processo passaram por um processo de digestão anaeróbia, produzindo um total de 0,273 Nm3 CH4 kg DQO-1. Isto demonstra o elevado potencial bioenergético da estratégia de fracionamento da biomassa adotada no presente estudo dentro do contexto de biorrefinaria lignocelulósica.
metadata.dc.description.abstracten: The production of ethanol from lignocellulose biomass is a viable alternative to the environmental challenges and problems caused by the excessive use of fossil fuels, meeting the biorefinery concept. The development of economical pretreatment methods that make the structure of lignocellulose biomass accessible to enzymes, so that C-5 and C-6 sugars are released efficiently by enzymatic hydrolysis, is one of the recurring themes in the biofuels production from lignocellulose materials. The present study evaluated the application of a three-step fractionation strategy for sugarcane bagasse (SB), that is, hydrothermal pretreatment followed by alkaline extraction and advanced oxidative pretreatment in alkaline medium, for the production of second-generation (2G) ethanol and biogas. The conditions used in the hydrothermal pretreatment to obtain the pretreated bagasse were 183°C, ~41 min and liquid-to-solid ratio (LSR) of 3.94 mL g-1. A Doehlert design was used to investigate the delignification of SB pretreated by hydrothermal pretreatment. The experimental conditions were evaluated by means of independent variables, that is applied hydrogen peroxide load per gram of SB (g H2O2 g SB-1), LSR and time. The effects of the independent variables on the responses cellulose content, delignification and enzymatic conversion of cellulose into glucose were analyzed by Statistica® software. High values of delignification combined with high values of cellulose preservation in the solid fraction and enzymatic conversion were obtained from the use of low values of applied hydrogen peroxide load and RLS. The optimized condition by the desirability tool of the Statistica® was LSR of 9.7 mL g-1, 0.3 g H2O2 g SB-1 and time of 8 h, leading to a yield of 77.9% and an enzymatic conversion of 88.9%. In the fermentation step of glucose into ethanol, a conversion of 89.4% was achieved, leading to a production of 150.5 kg ethanol ton SB-1. In addition, the residual liquid streams of the fractionation process were submitted to anaerobic digestion processes, yielding a total of 0.273 Nm3 CH4 kg COD-1. This demonstrates the high energy potential of the two-step fractionation strategy of biomass proposed in the present study in a lignocellulosic biorefinery context.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10889
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 29/03/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite a adaptação.
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