Estudos de caracterização e desconstrução de biomassas de eucalipto e capim elefante para aplicações em biorrefinarias integradas à indústria de celulose

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Gomes, Fernando José Borges
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Manejo Florestal; Meio Ambiente e Conservação da Natureza; Silvicultura; Tecnologia e Utilização de; Doutorado em Ciência Florestal; UFV
• Palavras-chave em Português: Biocombustíveis; Biomassa; Celulose; Eucalipto; Biofuels; Biomass; Cellulose; Eucalyptus; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::TECNOLOGIA E UTILIZACAO DE PRODUTOS FLORESTAIS
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/595

O grande desafio da civilização moderna é se tornar uma sociedade mais sustentável, baseada no uso racional dos recursos naturais. Nesse contexto, surgiu o conceito de biorrefinaria, que prevê a conversão de materiais lignocelulósicos em bioprodutos (materiais, produtos químicos, etc) e bioenergia (biocombustíveis, energia, etc) com baixo desperdício e mínimas emissões. O conceito de biorrefinaria esta alicerçado em biomassas variadas como, por exemplo, resíduos agrícolas e florestais, madeira, gramíneas em geral, etc. A indústria de celulose e papel tem boa condição para colocar em prática esse conceito, pois já possui infraestrutura adequada para a colheita, transporte, armazenamento e manuseio de grandes volumes de biomassa, para desconstrução da biomassa, para queima de resíduos do processo, para geração de energia, para tratamento de resíduos, sólidos, líquidos e gasosos, etc. Um dos grandes desafios às biorrefinarias é a variada gama de matérias primas a serem processadas, que apresentam características e comportamentos distintos nos processos de desconstrução. O objetivo desse estudo foi investigar a biorrefinagem de uma nova geração de clones de eucalipto e de capim elefante com vistas à produção de polpa e etanol celulósico. A tese foi dividida em cinco capítulos, a saber: (1) uma revisão bibliográfica sobre processos de biorrefinaria integrados à indústria de polpa celulósica; (2) caracterização completa da nova geração de clones de eucalipto brasileiros e capim elefante; (3) avaliação de processos alcalinos de desconstrução da nova geração de clones de eucalipto brasileiros; (4) desconstrução alcalina de um clone de eucalipto brasileiro visando à produção de bioetanol; e (5) potencial do capim elefante para a pro dução de polpa celulósica. No Capítulo 1 foi feito uma revisão de literatura sobre a integração dos processos de biorrefinaria com a indústria de polpa celulósica, com ênfase na produção de etanol celulósico como subproduto, focalizando as tecnologias de pré-tratamentos ácidos, neutros e alcalinos, de sacarificação enzimática e de fermentação de açúcares C6 e C5 em processos separados e simultâneos. No Capítulo 2, foi avaliada a qualidade de 18 clones de eucalipto e de 2 espécies de capim elefante considerando os parâmetros mais relevantes para processos de biorrefinaria, incluindo produtividade de biomassa, densidade, teor de umidade, e morfologia e composição química das fibras; desse estudo foram selecionados os quatro mais promissores clones de eucalipto, e uma espécie de capim elefante para os estudos posteriores. No Capítulo 3, investigaram-se os comportamentos dos materiais selecionados no Capítulo 2, quanto aos seus comportamentos frente a vários métodos de desconstrução alcalinos (Kraft, soda-AQ, soda-AQ-O2 e soda-O2), que foram avaliados quanto ao rendimento gravimétrico, demanda de reagentes químicos e grau de polimerização dos polissacarídeos em níveis variados de deslignificação; os dois processos mais promissores (soda-AQ e Kraft) para a produção de polpas foram estudados minuciosamente, através da avaliação de polpas de kappa 15 e 20 quanto a suas composições e estrutura (conteúdos de carboidratos, ácidos urônicos, ácidos hexenurônicos, peso molecular dos carboidratos e estrutura da lignina residual), e dos respectivos licores negros (poder calorifico, teor de sólidos, análise elementar, e estrutura da lignina). No Capítulo 4, foram investigados os dois processos de desconstrução alcalinos (soda-AQ e soda-O2) mais promissores para a produção de bioetanol, a partir do clone de eucalipto G1xUGL, após desconstrução até os números de kappa 15, 35, 50 e 70, sacarificação e fermentação. No Capítulo 5, o potencial do capim elefante para a produção de polpa celulósica foi avaliado em relação ao eucalipto, comparando- se os processos alcalinos kraft e soda-AQ nos níveis de número kappa 15 e 20, através da análise de rendimento gravimétrico, demanda de reagentes químicos, propriedades químicas da polpa, e branqueabilidade da polpa. As principais conclusões desse estudo foram: Capítulo 1: paralelamente ao aprimoramento dos processos de desconstrução da biomassa, a conversão enzimática de polissacarídeos da biomassa lignocelulósica pode ser apontada como a tecnologia mais promissora para a consolidação das biorrefinarias. Capítulo 2: a madeira de eucalipto apresenta maior potencial para biorrefinaria que o capim elefante pelos seus maiores valores de produtividade de massa seca/ha e densidade, e menores teores de umidade e de minerais que o capim elefante, com destaque para os clones (U1xU2; G1xUGL; DGxU2, e IP); dentre os capins elefantes, destaque para a amostra EG1 (Pennisetum purpureum) pela sua maior produtividade (32 t/ha/ano) e densidade (216 kg/m3). Capítulo 3: os processos soda-AQ e Kraft são os mais indicados para a desconstrução alcalina da biomassa para a produção de polpa celulósica. Os processos alcalinos que utilizam oxigênio como aditivo (soda-AQ-O2 e soda-O2) são mais indicados para desconstrução da biomassa com vistas ao etanol celulósico. Capítulo 4: a desconstrução da madeira de eucalipto pelo processo soda-O2 terminado em número kappa na faixa de 35-50 apresentou bom potencial para produção de etanol celulósico, resultando níveis de sacarificação (73%). Esses rendimentos garantem um rendimento teórico de etanol acima de 370 L/t de madeira seca. Capítulo 5: Apesar de o capim elefante apresentar um alto conteúdo de extrativos e minerais, ele tem potencial para produção de polpa celulósica, sendo que a sua desconstrução deve ser realizada pelo processo kraft em kappa 20 ou processo soda-AQ em kappa 15.