f ermentaÇÃo de h idrolisado l ignocelulÓsico para a produÇÃo de etanol de 2 ª geraÇÃo 1ª...

1

FERMENTAÇÃO DE HIDROLISADO LIGNOCELULÓSICO PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL DE 2ª GERAÇÃO

1ª Apresentação - Introdução

Camilla Rodrigues Mendonça - 93313

2

Há mais de 4000 anos os egípcios produziam pão e bebidas alcoólicas a partir de cereais e frutas.

Leewenhoek – século 17- primeira citação sobre levedura.

Bechner - Século 17- somente líquidos açucarados sofrem fermentação alcoólica, por um processo semelhante à combustão.

Lavoisier – 1789 – estudo quantitativo da fermentação alcoólica, encontrando etanol, gás carbônico e ácido acético.

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- HISTÓRICO MUNDO

3

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- HISTÓRICO MUNDO

Pasteur- 1863 - demonstração da natureza microbiológica da fermentação alcoólica como um processo anaeróbio. Os organismos vivos responsáveis pela transformação receberam o nome de leveduras.

Segundo ele:  100 g de sacarose 105,4 g de açúcar

invertido 51,1 g de etanol + 49,4 g de CO2 + 3,2 g de glicerol + 0,7 g de ácido succínico + 1 g de outras substâncias.

 Buchner – 1897 – extratos de leveduras são capazes de conduzir a fermentação alcoólica sem a presença de células vivas.

4

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- HISTÓRICO BRASIL

Modernização pró - alcool 1975

Aumento do consumo - (carros flex, adição de álcool anidro a gasolina, exportações, etc...)

Busca para se melhorar a produtividade

6

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- AMBIENTAL

7

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- AMBIENTAL

Boletim nacional de energia ministério de minas energia

8

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- ESTIMATIVA DE GANHO AMBIENTAL

Estima-se que no ano 2014 haverá no Estado de SP cerca de 7 milhões de hectares de cana plantada. Dessa área, cerca de 5,9 milhões de hectares serão em áreas mecanizáveis. Os restantes 1,1 milhões de hectares estarão em áreas não-mecanizáveis, com declividade acima de 12%. Sem o Protocolo e atendendo à Lei 11.241 de 2002, teríamos no ano 2014 ainda 3,83 milhões de hectares sendo queimados. Com o Protocolo, toda a área mecanizável será colhida crua, sem queima. Da área total, haverá queima em apenas 440 mil hectares, ou menos.

A redução da quantidade de água utilizada no processamento industrial da cana, estabelecendo como meta o uso de 0,7 – 1 m3 de água por tonelada de cana-de-açúcar processada (Resolução SMA – 88, de 19/12/08), é outra ação do Protocolo que, em conjunto com os outros instrumentos da Secretaria do Meio Ambiente, visa melhorar a eficiência dos processos industriais, poupando um recurso ambiental cada vez mais escasso.

Outro ponto positivo desencadeado pelo Protocolo Agroambiental é o compromisso das signatárias em proteger e favorecer a recuperação de suas áreas de mata ciliar. Nas áreas canavieiras das usinas e propriedades de fornecedores de todo o Estado de São Paulo estão declarados mais de 250 mil hectares de matas ciliares, algo nunca antes assumido por nenhum setor agropecuário no Brasil.

Secretaria do meio ambiente do Estado de São Paulo

9

ETANOL COMO COMBUSTÍVEL- RENOVÁVEIS

10

Lignocelulósicos 45%

Sólidos insolúveis 2-3%

Sólidos solúveis 2-3%

Umidade 50%

Celulose % 46,6

Hemicelulose% 25,2

Lignina% 20,7

MATÉRIAS PRIMAS – SACARÍNEOS (CANA)

Celulose 45,1%

Hemicelulose 25,6%

Lignina 12,7%

Outras matérias orgânicas

4,3%

Cinza 8,0%

Umidade 9,7%

Bagaço Resíduos da colheita - palha

11

MATÉRIAS PRIMAS – SACARÍNEOS (CANA)

Composição da celulose :

Fibra (8-18%) : lignina Biomassa

hemicelulose lignocelulósica

Caldo (86-92%) : água (75-82%)

sólidos solúveis (18-25%)

12

13

MATÉRIAS PRIMAS – LIGNOCELULÓSICOS

Vantagens do uso do bagaço :

* O bagaço já vem processado das moendas * Esta disponível em grandes quantidades * Tem custo mínimo * Esta pronto para uso no local, evitando aumento de

custos com transporte * Aumentos significativos da produção de etanol sem

aumentar a área plantada- Uso da palha da cana, aumentando a quantidade de

matéria prima

14

MATÉRIAS PRIMAS – PENTOSE E GLICOSE

A produção de etanol em grandes quantidades, atualmente, é mais viável através de processos fermentativos.

Os micro-organismos que conduzem a fermentação alcoólica utilizam como substrato (fonte de carbono) carboidratos, porém poucos são os carboidratos (açúcares mais simples) já prontos para serem utilizados pelos agentes (micro-organismos) responsáveis pela fermentação alcoólica.

1-   Carboidratos que podem ser fermentados diretamente: Glicose: polpa de frutas, hidrolisadosFrutose: polpa de frutas, hidrolisadosSacarose: cana de açúcar, beterraba, colmo de sorgo sacarino. 2-     Indiretamente fermentescíveisAmido: mandioca, batata doce, milho, grãos de cereais, mesocarpo do babaçu, batata inglesa, tubérculos em geral.Celulose: madeira, bagaço de cana, resíduos agrícolas

MATÉRIAS PRIMAS – PENTOSE E GLICOSE

15

Uma definição mais geral seria:

Carboidratos são polihidroxialdeídos, polihidroxicetonas, polihidroxiálcoois, polihidroxiácidos e seus derivados simples e polímeros destes compostos.

Classificação quanto à reação de hidrólise (reação com água em presença de catalisador adequado)

Monossacarídios – compostos que não podem ser hidrolisados a compostos mais simples. Exemplos de monossacarídios: glicose, frutose, galactose.

(pentoses) (hexoses)

16

O PROCESSO DE PRODUÇÃO

17

O PROCESSO DE PRODUÇÃO

Fermentação processo que transforma os açucares em álcool

Hidrolise (sacarificação) processo de incorporação de água a hemicelulose, transformando-as em açucares

Destilação processo que separa o álcool dos demais componentes do mosto(principalmente da água)

Etanol produzido a partir de material lignocelulósico

18

DIFERENÇA ENTRE PROCESSOS

19

Os mecanismos de reações biológicas para obtenção de energia para as células, sob condições anaeróbias, foram denominados de fermentação por Pasteur por volta de 1860, que definiu fermentação como vida na ausência de ar.

Já que muitos processos microbiológicos industriais, tais como fabricação de vinho eram anaeróbios, o termo fermentação também foi atribuído a eles.

Posteriormente, todos os processos de conversão microbianos passaram a ser denominados de fermentação, sejam eles aeróbios ou anaeróbios.

O PROCESSO FERMENTATIVO

20

O PROCESSO FERMENTATIVO

CATABOLISMO

ANABOLISMO

ENERGIAADPNAD+ NADP+

FAD

ATPNADHNADPHFADH2

ProteínasPolissacarídeosAc. NucléicosOutros

NutrientesCO2, H20, NH3, etanol e outros

Nutrientes

21

CONDUÇÃO DA FERMENTAÇÃO

Os micro-organismos que conduzem a fermentação alcoólica utilizam como substrato (fonte de carbono) carboidratos, porém poucos são os carboidratos (açúcares mais simples) já prontos para serem utilizados pelos agentes (micro-organismos) responsáveis pela fermentação alcoólica.

22

AGENTES DE FERMENTAÇÃO

Do ponto de vista econômico, as leveduras são os

microrganismos mais importantes da fermentação

alcoólica.

As espécies mais usadas na produção industrial de

álcool e aguardentes são Saccharomyces cerevisiae

e Saccharomyces uvarum, das quais foram

selecionadas várias linhagens (fermenta açúcares

de 6 carbonos)

Quando o mosto tem pentoses é necessário a

presença de outras espécies, tais como Candida

utilis.

23

PRÓXIMOS PASSOS

• Analisar de forma detalhada detalhes do processo de fermentação, plantas industriais e equipamentos de produção

• Estudar as Influências do processo

• Análises dos produtos secundários