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Título da Apresentação

Autor

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Workshop de Hidrólise de Bagaço e Palha de Cana par a Produção de Etanol

Projeto PPPP Fapesp

Jaime Finguerut

jaime@ctc.com.br

IPT SP 14/12/06

jaime@ctc.com.br

CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO• TERMO DE REFERÊNCIA• (1) Caracterização do material lignocelulósico. • Os materiais lignocelulósicos têm em sua composição basicamente

celulose, hemicelulose e lignina, na proporção aproximada de 40 a 50%, 20 a 30% e 25 a 30% respectivamente, variando em função do tipo de material. Esses compostos formam uma estrutura complexa e compacta, cujas características também dependerão do tipo de material a ser processado (bagaço ou palha de cana e diferentes variedades de cana, entre outros).

• Nesta área do desenvolvimento 2 perguntas chave precisam ser respondidas:

• Existem vantagens significativas entre as características da palha e do bagaço, com vistas ao seu processamento para produção de etanol?

• Existem interferentes importantes, na composição do bagaço e da palha da cana, para o processo de hidrólise?

Natural Polymers and Agrofibers Composites R.M. Rowell, J.S. Han and J.S. Rowell (São Carlos, Brazil,2000)

Table 1. Chemical composition of some common fibers

Sugar Cane Bagasse and Trash

Cellulose Lignin Pentosan Ash Silica

32-48 19-24 27-32 1.5-5 0.7-3.5

BAGASSE AND TRASH COMPOSITION

50%MOISTURE

2-3%DISSOLVED SOLIDS

2-3%SUSPENDED SOLIDS

45%LIGNOCELLULOSICS

Hydrolysis

Kg Kg litreshydrolisis fermentation

celLulose 200 glucose 209 ethanol 123hemicelLulose 158

lignin 100 xilose

proteins 17 arabinose 126 ethanol 63ashes 25water 500 total 186

ETHANOL YIELD BAGASSE AND TRASH

C.E.V. ROSSEL

Celulose

Hemicelulose

Lignina

Extrato

Cinzas

Água

210

135

110

20

25

500

233

153

150

99

Conversão celulose : glicose: 1,111 kg/kg

Hemicelulose: xilose: 1,136 kg/kg

glicose : etanol: 0,6475 l/kg

xilose : etanol: 0,6475 l/kg

Kg Kg l

CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL LIGNOCELULÓSICO

• No slide anterior vemos que o sucesso da produção de álcool de celulósicos depende de:– Disponibilidade e custo do material

– Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de pré-tratamento

– Características do material que possam simplificar (ou mesmo eliminar) o processo de hidrólise

– Características do material que possam simplificar o processo de fermentação

CARACTERIZAÇÃO

• Vantagens significativas do bagaço– Já está na Usina

– Seu custo já está “apropriado” nos produtos

– Já foi tratado fisicamente para permitir a extração do caldo (prepraro e moagem)

– Parte do bagaço é material de armazenamento: células ocas formadas só por parede celular

• Desvantagens e interferentes:– Hoje sobra muito pouco: balanço energético

– Digestibilidade enzimática integral relativamente baixa. Lignina e hemicelulose (steam explosion)

– Compete em uso com a bioeletricidade que é a tecnologia existente e atrai os investimentos

– Contém sólidos não fibra (terra, areia, cinzas, extrativos)

– Origina muita xilose (açúcar não fermentável)

CARACTERIZAÇÃO

TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY

TASKS AND CHALLENGES: ENZYMATIC TISSUES DIGESTIBILITY

Study of sugar cane bagasse characteristics: particle shape and size, free-settling velocity, and drag coefficient. Brazilian Chemical Engineering Journal

Silvia Nebra e Juan Harold Sosa-Arnao FEM UNICAMP 2006

• Vantagens significativas da palha– Pode dobrar a quantidade correspondente de bagaço– Teremos de parar de queimar cana– Pelo menos parte da palha tem de ser retirada para controlar

pragas como a cigarrinha– Comparando com outras gramíneas (corn stover), teria

digestibilidade enzimática muito maior, possívelmente por conter menos lignina (menos aromáticos p-CA) (DannyAkin ARS Georgia USA)

– Pode queimar o bagaço e hidrolisar a palha ou vice-versa– Palha já chega com baixa umidade

CARACTERIZAÇÃO

SUGAR CANE BURNING PHASING OUT

SUGAR CANE BURNING PHASING OUT

SUGAR CANE BURNING PHASING OUT

DRY LEAVES

TOPS

GREEN LEAVES

STALK

SUGARCANE TRASH YIELDAverage

Variety Cut Stalks (t/ha)

Trash (DM) (t/ha)

Trash % to Stalks

1º C* 120,0 17,8 15% 3º C 91,5 15,0 16% SP79-1011 5º C 84,2 13,7 16% 1º C* 135,8 14,6 11% 3º C 100,5 12,6 13% SP80-1842 5º C 91,6 10,5 11% 1º C* 134,3 17,2 13% 3º C 99,8 14,9 15% RB72454 5º C 78,2 13,6 17%

Average 104,0 14,4 14%

R 2 = 0 ,2 8 0 9

R 2 = 0 ,8 1 7 4

R 2 = 0 ,2 0 1 4

9 %

1 1 %

1 3 %

1 5 %

1 7 %

1 9 %

2 1 %

6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0

S P 7 9 - 1 0 1 1

R B 7 2 4 5 4

S P 8 0 - 1 8 4 2

C a n e y ie ld ( t / h a )

D r y t r a s h % s t a lk s

Thick trash layer

Items Alternative1

Alternative2

Alternative3

Deliver trash to mill 9.61 23.23 2.74Loss of agricultural productivity 2.41 - -Opportunity cost of trash in field 5.59 5.37 6.50Trash separation from cane - 2.79 3.69Trash processing 0.89 0.85 1.14Difference of industrial results - -1.13 -0.37

Trash total cost 18.49 31.12 13.70

Alternative 1 – baling

Alternative 2 – no cleaning during harvesting, low density transportation

Alternative 3 –partial cleaning

COST OF SUGAR CANE TRASH

1 dry ton of trash ≈ 18 GJ

GEF/UNDP/MCT Project BRA/96/G31 Biomass power generation: Sugar canebagasse and trash

U$/dry ton

• Desvantagens e interferentes:– Não está disponível hoje.

– Apesar dos custos atrativos precisa desenvolver o sistema de coleta, transporte, etc.

– Precisa pré-tratamento físico. Baixa densidade.

– Possivelmente precisará outras enzimas

– Também gera muita xilose

– Também compete com bioeletricidade

CARACTERIZAÇÃO

• Futuro:– Variedades mais apropriadas. Cana-de-álcool,

cana-energia?

– Fotossíntese para álcool?

– Termoquímicos: BTL (biomass-to-liquids) ou gaseificação + fermentação serão viáveis?

CARACTERIZAÇÃO