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Curso Biocombustiveis Líquidos. Obtenção de Etanol pela hidrólise de Materiais Ligno-celulósicos. AGRENER-GD 2006 Junho/2006 – Campinas-SP. Carlos Eduardo Vaz Rossell Grupo Energia-Projeto Etanol (MCT/NIPE) Fone (0xx19) 3512-1121 e-mail: crossell@energiabr.org.br. Hidrólise no Brasil.

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curso biocombustiveis l quidos obten o de etanol pela hidr lise de materiais ligno celul sicos

Curso Biocombustiveis Líquidos.Obtenção de Etanol pela hidrólise de Materiais Ligno-celulósicos

AGRENER-GD 2006

Junho/2006 – Campinas-SP

Carlos Eduardo Vaz Rossell

Grupo Energia-Projeto Etanol (MCT/NIPE)

Fone (0xx19) 3512-1121

e-mail: crossell@energiabr.org.br

hidr lise no brasil
Hidrólise no Brasil
  • Modelo para Brasil:
  • Processoassociado às destilarias de etanol de cana;
  • Aproveita a matéria prima;
  • Gera as necessidades energéticas;
  • Aumento da produção de etanol sem aumentar área de plantio;
  • Potencial para processo em grande escala
  • Matéria prima disponível a custo comparativamente menor.
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Matéria prima

  • Bagaço de cana (futuramente palha e resíduos de colheita).
  • Atualmente 1 TC: sobra de bagaço 33kg, palha não aproveitada
  • Meta: sobra de bagaço 140 kg, palha aproveitada 70 Kg (b. seca)
  • Bagaço: baixo custo, preparado, sem custo de transporte, poucos tratamentos

ETANOL

Fermentação

CELULOSE: 200 Kg

123 L

HEXOSES

HEMI

CELULOSE: 158 Kg

ETANOL

Hidrólise

209 Kg

Fermentação

63L

LIGNINA: 100 Kg

PROTEINAS: 17 Kg

PENTOSES

ETANOL TOTAL

CINZAS: 25 Kg

AGUA: 500 Kg

126 Kg

186 L

barreiras hidr lise dos materiais ligno celul sicos
Barreiras à hidrólise dos materiais ligno-celulósicos
  • As reações de hidrólise são heterogêneas o tamanho da partícula deve ser controlado.
  • A celulose apresenta uma estrutura fortemente cristalina e está protegida pela lignina e hemicelulose, dificultando a despolimerização.
  • Na hidrólise ácida as condições para desdobramento da celulose a glicose são semelhantes as da decomposição da glicose (reações consecutivas).
  • A hidrólise ácida da hemicelulose transcorre rapidamente em condições mais brandas que para a celulose. Reações de decomposição das pentoses acontecem simultaneamente
pr tratamentos
Pré-tratamentos
  • A Hidrólise requer:
  • tratamento físico da m. prima para aumentar

a área específica;

  • Tratamentos físico-quimicos para desbloquear o acesso

à celulose:

  • Craqueamento com vapor(steam explosion).(180-240ºC, 5-10 min)
  • Ácido diluído.(1-3% de ácido sobre a biomassa seca, 200ºC, 10 seg).
  • Organosolv.
  • Outros: termohidrólise, ácidos concentrados, soluções caústicas, Afex, Dióxido de carbono.
hidr lise catalisada por cidos dilu dos
Hidrólise catalisada por ácidos diluídos
  • Hidrólise ácido diluido-TAVDA. Tecnologia Schoeller otimizada. Processo industrial em operação até fim dos 90, em batelada, percolação com H2SO4 diluído (0,5%) a 250ºC, 100 min, conversão:60% , vinho final :1,3 ºGL, consumo de vapor aprox. 20 Kg/l de etanol, investimento elevadíssimo, ambientalmente insustentável.
  • Processo organosolv –DHR: Combina num reator a disolução total do lignocelulósico, um tratamento organosolv (etanol 75%), que dissolve lignina e libera a celulose para uma hidrólise rápida ácido diluida( 0,25-0,5%, H2SO4, 25-28 Bar, 180-200ºC). Reação rápida, baixa formação de subprodutos. Conversões acima de 65% e com potencial de otimização para atingir 80% . Tecnologia provada em escala de demonstração.
processo enzim tico
Processo enzimático
  • Biocatalisador: celulase(Complexo enzimático de endo e exo1-4-glucanases e b-glucosidase).
  • Reação específica com elevada conversão (85%).
  • Condições de reação favoráveis, pressão ambiente, 50ºC, pH: 4,5-6,0.
  • Requer pré-tratamento eficiente para favorecer a hidrólise.
  • Cinética desfavorável(atividade enzimática 0,6UI/mg vs 100 UI/mg para amilases).
  • Inativação da enzima por associação com lignina.
  • Inibição da enzima pela glicose formada.
  • Custo elevado da enzima que ainda não viabiliza o processo.
  • Reciclo da enzima ainda não desenvolvido.
fermenta o alco lica do licor de hidr lise
Fermentação alcoólica do licor de hidrólise
  • Pentoses:
  • Tecnologia de fermentação ainda não disponível
  • As leveduras de fermentação (sacharomyces) não as metabolizam;
  • Novas cepas estão sendo isoladas ou construídas via biologia molecular,
  • Hexoses:
  • Os subprodutos de reação de hidrólise são inibidores:: furfural, hidroxi-metil-furfural, ácidos orgânicos, compostos fenólicos soluveis.
  • Em curto prazo: fermentação combinada com caldo, xarope e meis de cana para reduzir a níveis toleráveis pela levedura.
  • Destoxificação do licor hidrolítico a traves de precipitação, extração com solvente, adsorção por trocadores de ions;
  • Seleção de cepas
consumo de energia e meio ambiente
Consumo de energia e meio ambiente
  • Os processos de hidrólise geram licores com baixo teor de açúcar levando a consumo de energia comparativamente maior. Otimizar o consumo energético
  • Sustentabilidade:
  • Alternativas para tratamento de um volume de vinhoto muito maior que o gerado no processo de etanol de cana e com maior potencial poluidor;
  • Minimizar a geração de efluentes sólidos
expectativas da hidr lise
Expectativas da Hidrólise
  • Em curto prazo a hidrólise ácida, se atingir a expectativa de conversão prevista poderá se consolidar;
  • Em meio prazo a catálise enzimática oferece grande potencial face a eficiéncia de conversão.
  • Passar dos atuais 85 l/TC (6800 l/ha para 104,1 l/TC(8330 l/há) empregando: bagaço excedente (50%) e resíduos da colheita (50%).
  • Desenvolvimento de um processo para fermentação das pentoses a etanol ou outra alternativa de aproveitamento das pentoses.
  • Melhorar os processos de pré-tratamento dos materiais ligno-celulósicos;
  • Otimizar o processo com ácido diluído;
  • Idem a conversão enzimática do ligno-celulósico
  • Desenvolvimento de complexos enzimáticos mais eficientes e a um custo menor.
expectativas da hidr lise1
Expectativas da Hidrólise
  • Pré-tratamento e hidrólise ácida diluída com aproveitamento das hexoses, no estágio tecnológico atual.
  • Pré-tratamento e hidrólise ácida diluída com aproveitamento das hexoses e otimização da reação de hidrólise aos melhores valores atingidos, reportados na literatura.
  • Pré-tratamento e hidrólise ácida diluída com aproveitamento das hexoses e pentoses, otimização da reação de hidrólise aos melhores valores atingidos, reportados na literatura.
  • Pré-tratamento e hidrólise enzimática com aproveitamento das hexoses, no estágio atual da tecnologia.
  • Pré-tratamento e hidrólise enzimática com aproveitamento das hexoses e pentoses, com a tecnologia otimizada.