2 materia prima (1)

MATMATRIAS RIAS -- PRIMAS DA PRIMAS DA FERMENTAFERMENTAO ETANO ETANLICA.LICA.

Prof.ClProf.Clvis vis ParazziParazziUniversidade Federal de So CarlosUniversidade Federal de So Carlos

Centro de Cincias AgrCentro de Cincias Agrriasrias

Eficincia das CulturasEficincia das Culturas

LCOOIS COMBUSTLCOOIS COMBUSTVEISVEIS

R RO C=C O

R R C alquenos C

R OH R R Ocidos cetonas

carboxlicosC

R Haldedo

RX ROH RORhalogenetos lcool terde alquila

Os lcoois ocupam uma posio central na qumica orgnica. So obtidos e tambm podem dar origem a outras funes (alquenos, steres, ter, cidos, aldedos, etc

O

CR OR

ster

LCOOIS COMBUSTLCOOIS COMBUSTVEISVEIS

lcool composto orgnico em que um tomo de H, de um alcano substitudo por um grupo hidroxila, OH.

CH4 CH3OH (METANOL)

CH3CH3 CH3CH2OH (ETANOL)

Aplicaes combustveis e reagente qumico.

LCOOL ETLCOOL ETLICOLICO

O ETANOL CH3CH2OH

Propriedades Incolor inflamvel (CH3CH2OH + 3 O2 3 H2O + 2 CO2) Odor...... caracterstico. Ponto de fuso.....-111,8C Ponto de ebulio........... 78,32C. Densidade a 20C.......................0,7894Miscvel em gua e em outros compostos orgnicos.

VIAS DE OBTENVIAS DE OBTENO O

a) METANOL Obtido a partir da destilao da madeira.

(aquecimento da madeira a altas temperaturas e na ausncia de ar). lcool da madeira.

Hidrogenao cataltica do monxido de carbono temperaturas e presses elevadas, em torno de 300 - 400C e 200 - 300 atm.

CO + 2H2 CH3OH

VIAS DE OBTENVIAS DE OBTENO O

hETANOL Via Sinttica subprodutos do petrleo

Via fermentativaC6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 23,5 Cal.Glicose Etanol gs carbnico energia

etileno etanol

FbP

2 ATP

DHAP GAPNAD

NADH

2 ATP

PIRUVATO

ACETALDEDO

CO2

NADHNAD

GLICOSE TREALOSE

GLICEROL

AMINOCIDOS

CIDOS ORGNICOS

ETANOL ACETATO

PROTENAS

BIOMASSA

FERMENTAO ALCOLICA(LEVEDURAS)

Sacarose

Glicerol

Etanol

cidos orgnicos

MATMATRIAS RIAS -- PRIMASPRIMASa) AMILCEAS E FECULENTASf Amido cereais f Fculas razes e tubrculosb) CELULSICASf Lenhosas madeirasf Resduos sulfticos lixiviaf Bagao de cana e palhac) AUCARADAS

f Diretamente fermentecveis trioses, tetroses e hexoses (sucos de frutas, mel de abelha, etc.).f No diretamente fermentecveis sacarose,

maltose, rafinose ( cana, beterraba, sorgo)f Mistas melao

TRANSFORMATRANSFORMAESES(No Diretamente (No Diretamente FermentecFermentecveisveis))

a) SacaroseC12H22O11 + HOH C6H12O6 + C6H1206

(glicose) (frutose)

b) MaltoseCH12H22O11 + HOH C6H1206 + C6H1206

(glicose) (glicose)

c) MelibioseC12H22011 + HOH C6H1206 + C6H1206

(Glicose) (galactose)

d) RafinoseC18H32016 + HOH C6H1206 + C6H1206 + C6H1206

(galactose) (glicose) (frutose)

DISSACARDEOS

TRISSACARDEOS

TRANSFORMATRANSFORMAESES(Polissacar(Polissacardeos)deos)

e) Amido(C6H10O5)n + n HOH n C6H12O6 (cidos /enzimas)

(glicose)C6H1005 + n HOH C12H22O11 + 2 (C6H1005)n (malte)

(maltose) (dextrinas limites)f) Celulose

(C6H10O5)n + n HOH n C6H12O6 ( cidos/enzimas)(glicose)

g) Pentosanas(C5H8O4)n + n HOH n C5H10O5

(pentoses arabinose/xilose)h) Hemicelulose

(C6H10O5)n , (C5H8O4)m + n + m HOH n C6H12O6 + m C5H10O6(glicose) (arabinose)

+ m (C5H10O5) + n C6H12O6(xilose) (galactose)

POLISSACARDEOS

(amido)

A MOLCULA DE AMIDO

a. AMILOSE (cadeias simples)

PESO MOLECULAR PODE CHEGAR AT 500.000. HIDRLISE > ENZIMA -AMILASE AO ACASO

LIGAES ( 1-4) > GLICOSE.

b. AMILOPECTINA (cadeias ramificadas)

PESO MOLECULAR AT 1.000.000. HIDRLISE > ENZIMA -AMILASE> ligaes ( 1-4)

> ENZIMA AMILOGLICOSIDASE > ligaes ( 1-6)

(1-4) (1-6)

D - Glicose

ESTRUTURA DA MOLCULA DE AMIDO

AMILOSE

AMILOPECTINA

A MOLCULA DE CELULOSE

POLISSACARDEOFORMADO POR MOLCULAS DE D-GLICOSE,

COMPOSTA POR CADEIA LINEAR ( 1-4),

FUNO ESTRUTURAL.

HIDRLISEENZIMAS CELULASES >ligaes (1-4).

MATMATRIAS RIAS -- PRIMAS NO BRASILPRIMAS NO BRASIL

a) Comunsh Cana-de-acar

z caldo da cana e derivadosz melao (resduo)

b) OutrashMilhohSorgo Sacarino - (colmo e gros)h Resduos agrcolas - (bagao, colmos, palhas).

QUEBRANDO MOLCULAS PARA PRODUZIR LCOOL

ACAR

PRONTO PARAUSO

NO REQUERTRATAMENTOESPECIAIS

AMIDO

REQUER COZIMENTO E

HIDRLISE ENZIMTICA

CELULOSE

REQUER PR-TRATAMENTOS E

HIDRLISE QUMICA E/OU ENZIMTICA

LCOOL DE MILHOLCOOL DE MILHO

O custo do produto (lcool), y EUA U$ 1,10 a 1,40/galo (3,785L).y Brasil U$ 0.65 a 0,85/galo.

Ganhos de ordem ambiental (UNICA, 2005)(unidade de energia gerada por cada unidade de energia

fssil gasta na produo)y Alcooll de milho - so geradas 1,2 a 1,4 unidades de

energia.y Cana-de-acar so geradas de 8 a 10 unidades de

energia ( 700%).

Caractersticas Gerais do Milho

Um dos cereais mais cultivados no mundo.

Composio : carboidratos, protenas, vitaminas, sais minerais, leos, aucares, gorduras, celulose e calorias.

ProduProduo do o do lcool de Milholcool de Milho

XX EtapasEtapas

hh Recebimento, Controle e Limpeza Recebimento, Controle e Limpeza remoremoo de materiais estranhos (pedao de materiais estranhos (pedaos de sabugo, os de sabugo, partpartculas metculas metlicas, plicas, p););

hh MaceraMacerao ou Amolecimentoo ou Amolecimento

O milho limpo O milho limpo transportado para grandes tanque de maceratransportado para grandes tanque de macerao. o.

Durante a maceraDurante a macerao, os componentes solo, os componentes solveis so extraveis so extrados do dos do gro. gro.

O milho jO milho j amolecidos passam por moinhos de baixo atrito, so amolecidos passam por moinhos de baixo atrito, so quebrados, perdem a pelquebrados, perdem a pelcula e liberam o germe do endosperma.cula e liberam o germe do endosperma.


Tanque de macerao


hh SeparaSeparao do Go do GrmenrmenO germe, nesta etapa, contO germe, nesta etapa, contm de 40 a 50% de m de 40 a 50% de

leo, ele leo, ele mais leve do que o endosperma e a mais leve do que o endosperma e a pelpelcula, cula, separado pela forseparado pela fora centrifuga a centrifuga (hidrociclones).(hidrociclones).

O germe limpo que foi separado, O germe limpo que foi separado, secado e o secado e o leo cru removido atravleo cru removido atravs de prensas mecnicas s de prensas mecnicas e/ou extrae/ou extrao com solventes. o com solventes.

ProduProduo do o do lcool de Milholcool de MilhohhMoagem e Peneirao

Pelcula + Endosperma

Triturao e Filtragem

(Moinhos deImpacto)

Amido/Glten

Separadores de AmidoMistura

Remanescente

hh SeparaSeparao do Amidoo do AmidoA massa fluA massa fluda de da de gua de amido e glgua de amido e glten ten separada separada por centrifugapor centrifugao. o. A maior parte segue para produA maior parte segue para produo de xaropes de o de xaropes de milho e dextrosemilho e dextrose


O amido, com ainda 1 ou 2 % de proteO amido, com ainda 1 ou 2 % de protenas nas diludiludo e lavado (de 8 a 14 vezes), em do e lavado (de 8 a 14 vezes), em

hidrociclones athidrociclones at remoremoo total de proteo total de protenas,nas,chegandochegando--se assim a um amido de alta se assim a um amido de alta qualidade, tipicamente qualidade, tipicamente 99,5% puro99,5% puro..


hh O tratamento com outra enzima (O tratamento com outra enzima (glicoamilaseglicoamilase) continua o processo de ) continua o processo de converso.converso.

No processo, os refinadores podem parar a aNo processo, os refinadores podem parar a ao o cida ou enzimcida ou enzimtica, em tica, em pontos determinados, para obter as misturas certas de apontos determinados, para obter as misturas certas de acares com cares com dextrose e maltose para os xaropes atenderem a diferentes dextrose e maltose para os xaropes atenderem a diferentes finalidades.finalidades.

hh Converso do Amido

Amido

(suspenso H2O)

cido/enzima - amilase

Dextrose(Soluo com baixo

teor)converso

hh FermentaFermentaoo DEXTROSE DEXTROSE tt AACARESCARES

A dextrose , de todos os acares, um dos mais fermentveis.

Aps a converso do amido a dextrose enviada a fermentao onde convertida em lcool em processo tradicional de fermentao por leveduras ou outros bioprodutos obtidos por fermentao bacteriolgica.

Aps fermentao, o caldo resultante destilados para recuperar lcool ou concentrado por separao com membrana para produzir outros bioprodutos.

O dixido de carbono da fermentao recuperado para venda e os nutrientes restantes aps a fermentao so utilizados como componentes de ingredientes para nutrio animal.


BAGABAGAO O INTEGRALINTEGRAL FIBRA

FIBRA MEDULAMEDULA

CELULOSE %CELULOSE % 46,646,6 47,747,7 41,241,2

HEMICELULOSE %HEMICELULOSE % 25,225,2 25,025,0 26,026,0

LIGNINA %LIGNINA % 20,720,7 19,519,5 21,721,7

LIGNOCELULLIGNOCELULSICOSSICOS 45%45%

SSLIDOS INSOLLIDOS INSOLVEISVEIS 22--3%3%

SSLIDOS SOLLIDOS SOLVEISVEIS 22--3%3%

UMIDADEUMIDADE 50%50%

hhCOMPOSICOMPOSIO DO BAGAO DO BAGAO DE CANAO DE CANA

ProduProduo do o do lcool de Bagalcool de Bagaoo

Fonte: Russel, 2007.

COMPOSIO QUMICA DOS RESDUOS DA COLHEITA DE CANA

CELULOSECELULOSE 45,1%45,1%

HEMICELULOSEHEMICELULOSE 25,6%25,6%

LIGNINALIGNINA 12,7%12,7%

OUTRAS MATOUTRAS MATRIAS RIAS ORGNICASORGNICAS 4,3%

4,3%

CINZACINZA 8,0%8,0%

UMIDADEUMIDADE 9,7%9,7%

PALHA DE CANA


Palha de Cana

Produo de Etanol.

HIDROLISE DE MATERIAL LIGNOCELULSICOS

REQUERIMENTOS PARA AS MATERIAS PRIMAS BAIXO CUSTO

DISPONIBILIDADE

NO BRASIL A MATERIA PRIMA MAIS APROPRIADA O BAGAO DE CANA

(FUTURAMENTE A PALHA)

NO REQUER PREPARO DEMASIADOESTA DISPONIVEL EM GRANDES VOLUMES

ESTANDO DISPONIVEL NO LOCAL NO ENVOLE CUSTOS ADICIONAIS DE

TRANSPORTE

SEU CUSTO COMPARATIVAMENTE MENOR

COMPOSIO DO

BAGAO DE CANAHEMICELULOSE

CELULOSE

LIGNINA

Produo de Etanol

PROCESSOS DE HIDRLISE

Hidrlise Qumica

Hidrlise Enzimtica

Pr-tratamentos

Solventeorgnico

cidoconcentrado

cidodiludo

TECNOLOGIADHR

Produo de Etanol de Bagao ou Palha

Converso de Ligno-celulsicos em Etanol

Fonte: Russel, 2007. (CDM) -converso direta pelo microorganismo(SFS) - sacarificao e fermentao simultnea.

REATOR

TQ. PREPARO DE HIDROSSOLVENTE

COLUNA RECUP. DE ETANOL

FERMENTAO

BALES DE FLASH

CONDENSADORESETANOL

BAGAO

H2SO4

TANQUES LIGNINA

Produo de Etanol PROCESSO DHR

INTEGRAO DHR

DESTILARIA DE LCOOLOU USINA DE ACAR COM DESTILARIA ANEXA

(PROCESSO TRADICIONAL OTIMIZADO ENERGETICAMENTE)

DHR

LCOOL

CANA

PALHA

EFLUENTE

BIOGS

PALHA ENERGIAVINHAA

ENERGIA EXCEDENTE

BAGAO+ PALHA

HIDROLISADO

LIGNINA

ENERGIA

ACAR

BIODIGESTO CALDEIRA +TURBOGERADOR


HidrHidrlise de Bagalise de BagaooFONTE: FONTE: DidiniDidini S/A IndS/A Indstrias (Qustrias (Qumica e derivados, 2006)mica e derivados, 2006)

FASES/ FASES/ RENDIMENTOSRENDIMENTOS

HexosesHexoses PentosesPentoses HexosesHexoses PentosesPentoses HexosesHexoses PentosesPentoses

SacarificaSacarificao (%)o (%) 8282 8282 8282 8282 9090 9090

FermentaFermentao (%)o (%) 9090 -- 9090 6262 9090 8282

DestilaDestilao (%)o (%) 9999 -- 9999 9898 9999 9898

lcool (L/t)lcool (L/t) 109109 -- 109109 4141 120120 6060

lcool Total (L/t)lcool Total (L/t) 109109 150150 180180

CaracterCaractersticassticas Sorgo SacarinoSorgo Sacarino CanaCana--dede--aacarcar

Ciclo vegetativoCiclo vegetativo 120 a 130 dias120 a 130 dias 12 e 18 meses12 e 18 meses

Rendimento (t/ha)Rendimento (t/ha) 48,048,0 65,065,0

Umidade %Umidade % 67,967,9 68,768,7

AAcares Redutores (%)cares Redutores (%) 5,65,6 3,03,0

AAcares Redutores totais (ART/ t)cares Redutores totais (ART/ t) 96,396,3 105,0105,0

lcool a 100lcool a 100 GL (L/t)GL (L/t) 62,462,4 67,967,9

Fonte: TEIXEIRA Fonte: TEIXEIRA etet al., 1997 (al., 1997 (CiencCienc. . TecnolTecnol. . AlimAlim., v.17,n.3, 1997) ., v.17,n.3, 1997)

MATRIA-PRIMA PARA A PRODUO DE LCOOL(Caractersticas)

MELAOVariabilidade de composio do melao em Usinas de acar

Valores observados SO PAULO (1) ALAGOAS (2) ELEMENTO

Mdio Mnimo Mximo Mdio Mnimo Mximo gua, % 17,3 8,2 26,8 Slidos Totais, % 82,7 73,2 91,8 Brix, % 80,0 65,0 88,0 78,61 76,77 83,30 Pureza % 65,0 56,0 76,0 46,54 40,41 55,67 Sacarose, % 52,0 47,0 64,0 Glicose, % 12,0 6,0 20,0 Frutose, % 9,0 5,0 17,0 Acares redutores, % 6,0 4,0 12,0 16,20 14,45 18,03 Acares totais, % 65,6 52,1 72,1 54,73 51,11 61,09 Gomas, ppm - 0,0 2000 Subst. Red. Infermentescveis, % 0,3 0,1 0,5 Matria nitrogenada, ppm - 100 300 Acidez sulfrica, % 0,30 0,18 1,2 PH 6,3 5,0 6,8 Cinzas, % 5 3,5 7

P2O5 0,05 0,01 0,15 0,07 0,02 0,14 K20 2,1 1,23 2,68 3,51 2,93 4,52 CaO 0,36 0,14 0,73 1,36 0,93 2,03 MgO 0,12 0,03 0,6 1,03 0,60 1,31 SiO2 0,58 0,56 0,62 Fe2O3 0,32 0,28 0,56 SO3 1,17 1 1,19 Cl 0,18 0,14 0,28 Na2O 0,12 0,11 0,19

Vitaminas A, B1 e B2 Varivel

Fonte: Sntese de publicaes da Copersucar - (1) e (2) - Vasconcelos, 1985

AAcar: 12car: 12--18%18% Fibra: 12Fibra: 12--14% 14% -- sem computar os ressem computar os resduos de colheitaduos de colheita.. Cera 0,1Cera 0,1--0,3%0,3% Cinza: 2Cinza: 2--3%3%

ProduProduo do o do lcool da Canalcool da Cana--dede--AAcarcar

CANA-DE-ACAR

RECEPO/PREPARO EXTRAO

GERAO DEVAPOR e

ELETRICIDADE

PROCESSOLCOOL

PROCESSOACAR

MELAOBAGAO

CALDO

ACAR

LCOOL

VINHAA

CANA CALDO

h PRODUO DE ACAR E LCOOL.

Converso da Sacarose dada CanaCana

Usina de aUsina de acarcarAAcar:car: 120 kg/TC120 kg/TC

Ethanol do melaEthanol do melao:o: 7 l/TC7 l/TC

AAcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)car / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)AAcar:car: 67 kg/TC67 kg/TC

Etanol:Etanol: 42 l/TC42 l/TC

Etanol (Destilaria Autnoma)Etanol (Destilaria Autnoma)Etanol:Etanol: 85 l/TC85 l/TC

ENERGIA RENOVENERGIA RENOVVELVEL

a) BCTRIAS RECOMBINANTESEtanol hidrolisado de bagao, palhas, etc. Escherichia coli (Applied and Environmental Microbiology, 1989)

b) ETANOL PARA PRODUO DE HIDROGNIOHidrognio gerar eletricidade motor eltrico veculos(IFGW, 2006).

c) BIODIESEL (Converso de leos ou gorduras em steres)leo + Metanol steres Metlicos + Glicerolleo + Etanol - steres Etlicos + Glicerol.

F I M

Clvis ParazziE-mail: [email protected]

MATRIAS - PRIMAS DA FERMENTAO ETANLICA.Eficincia das CulturasLCOOIS COMBUSTVEISLCOOIS COMBUSTVEISLCOOL ETLICOVIAS DE OBTENO VIAS DE OBTENO MATRIAS - PRIMASTRANSFORMAES(No Diretamente Fermentecveis)TRANSFORMAES(Polissacardeos)MATRIAS - PRIMAS NO BRASILLCOOL DE MILHOCaractersticas Gerais do MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo do lcool de MilhoProduo de EtanolProduo de Etanol de Bagao ou PalhaHidrlise de BagaoFONTE: Didini S/A Indstrias (Qumica e derivados, 2006)Converso da Sacarose da CanaENERGIA RENOVVEL

2 materia prima (1)

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