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Title: Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar por processo hidrotérmico e organossolve no contexto da biorrefinaria lignocelulósica.
Authors: Meighan, Brittany Nicole
metadata.dc.contributor.advisor: Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Keywords: Lignocelulose
Cana-de-açúcar - derivados
Biomassa vegetal
Issue Date: 2016
metadata.dc.contributor.referee: Gurgel, Leandro Vinícius Alves
Pasquini, Daniel
Aquino, Sergio Francisco de
Citation: MEIGHAN, Brittany Nicole. Fracionamento de bagaço de cana-de-açúcar por processo hidrotérmico e organossolve no contexto da biorrefinaria lignocelulósica. 2016. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.
Abstract: Os avanços na busca por combustíveis renováveis tornaram-se essenciais devido a exaustão dos recursos de fontes não renováveis, o aumento dos preços dos combustíveis, bem como o aquecimento global. As fontes de energia renováveis servem como uma alternativa viável às fontes de energia tradicionais à base de petróleo, carvão mineral e gás natural, fornecendo energia limpa e sustentável. A produção de bioetanol de segunda geração (2G) a partir da biomassa lignocelulósica oferece uma grande solução para os desafios atuais, enquanto satisfaz o conceito de biorrefinaria. As principais tecnologias de conversão de biomassa lignocelulósica para bioetanol 2G envolvem o fracionamento do complexo lignocelulósico empregando pré-tratamentos para a remoção de hemiceluloses e lignina, visando a recuperação dos açúcares fermentescíveis contidos na celulose em uma etapa posterior de hidrólise enzimática. Neste estudo foi investigado o fracionamento em duas etapas (pré-tratamento hidrotérmico seguido de deslignificação organossolve com glicerol) do bagaço de cana. O pré-tratamento de deslignificação organossolve usando glicerol puro e residual da produção de biodiesel foi avaliado quanto à sua efetividade para a remoção de lignina visando a subsequente conversão enzimática da fração celulósica residual. As variáveis estudadas incluíram a temperatura (T), tempo (t), razão líquido-sólido (RLS) e o teor de glicerol (G), sendo que as mesmas foram otimizadas usando planejamento experimental Doehlert e 22. Os resultados mostraram que foi possível obter uma deslignificação de 64% do bagaço de cana (210,3°C, 40 min, RLS = 6,5:1 e 80% de G (v/v)) pré-tratado por autohidrólise (T = 175,8°C, t = 49 min e RLS = 5,3), uma conversão enzimática (CE) de 53,8% da fração sólida residual e uma viabilidade energética de 90% em um conceito de biorrefinaria. No entanto, sob condições ligeiramente mais brandas (196,8°C, 40 min, RLS = 6,5:1 e 80% de G), uma conversão enzimática de 55% foi alcançada, o que levou a um cálculo de viabilidade energética de 95%, apesar dessa condição ter removido menos lignina. A substituição do glicerol puro pelo glicerol impuro mostrou-se tecnicamente viável, e possibilitou que o glicerol impuro fosse diretamente usado no processo organossolve, o que diminuiu o custo operacional do pré-tratamento, sugerindo que esse processo poderia ser aplicado à uma planta de bioetanol 2G integrada. Os resultados obtidos neste trabalho proporcionam novas conclusões, direcionamentos para pesquisa e sugerem novas possíveis estratégias que poderiam ser usadas no conceito de biorrefinaria 2G.
metadata.dc.description.abstracten: Advances in low emission fuels are now essential due to depleting fossil fuel resources, the subsequent rise in fuel prices, as well as global warming. Renewable energy sources serve as a viable alternative to traditional petroleum, coal, and natural gas based energy sources, providing clean and sustainable energy. The production of 2G ethanol or bioethanol from lignocellulosic biomass offers a grand solution to the present challenges while still satisfying the biorefinery concept. The main conversion technologies to 2G ethanol involve the fractionation of the lignocellulosic complex via pretreatments for the removal of lignin and hemicellulose to later recover fermentable sugars from cellulose in the enzymatic hydrolysis step. In this study, the 2 stage fractionation (hydrothermal pretreatment followed by glycerol organosolv delignification) of sugarcane bagasse was studied. The organosolv delignification pretreatment using pure and residual glycerol was evaluated for its effectiveness in lignin removal for subsequent enzymatic conversion of the cellulose fraction. The variables studied include reaction temperature, time, liquid-to-solid ratio and glycerol concentration. The results show that 64% delignification of bagasse is possible at 210.3oC, 40 min, LSR 6.5:1, and 80% (v/v) glycerol after being pretreated by autohydrolysis (T = 175.8°C, t = 49 min and LSR = 5.3), achieving 53.8% enzymatic convertibility of the pretreated solid, and 90% energetic viability in a biorefinery concept. However, under slightly milder conditions (196.8°C, 40 min, LSR 6.5:1 and 80% (v/v) glycerol), an enzymatic conversion of 55% was achieved, leading to a 95% energetic viability despite having removed less lignin. The substitution of pure glycerol with impure glycerol proved to be fundamentally feasible, widening the possibilities for its direct use in the organosolv process. The inclusion of impure glycerol as an organossolve agent can be implemented with low capital and pretreatment operating cost, suggesting that this process could be applied to a 2G bioethanol integrated production plant. The findings of this study provide new research directions and suggest new strategies in the 2G biorefinery concept.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/7087
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 23/09/2016 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 o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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