Balanço material de uma planta industrial produtora de enzimas celulolíticas por cultivo em estado sólido

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Gouveia, Antéia Olhiana
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Etanol de segunda geração; Celulases; Cultivo em estado sólido; Produção industrial; Balanço material; Fluxograma de processo; Second-generation ethanol; Cellulases; Solid-state cultivation; Industrial production; Material balance; Process flowchart
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/204245

Enzimas celulolíticas são fundamentais para o processo de produção de etanol de segunda geração (E2G). Todavia, o alto custo comercial destas enzimas requer novas vias de obtenção para tornar o E2G mais competitivo e, nesse sentido, o cultivo em estado sólido (CES) tem se mostrado uma opção promissora. Esse trabalho teve por objetivo estruturar e dimensionar em termos de balanço material um processo de produção industrial de enzimas celulolíticas por CES, cuja planta produtora estaria acoplada a uma planta convencional de produção de etanol. O processo de produção proposto é contínuo, mas comporta algumas etapas descontínuas, de modo que o fluxograma de processo e a cronologia das etapas buscou solucionar esta dificuldade. O microrganismo empregado foi o fungo termofílico Myceliophtora thermophila I-1D3b, cultivado em uma mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (biomassa), na proporção 7:3 (p/p), a 45 °C por 96h. A base de cálculo deste projeto baseou-se em uma indústria sucroenergética de médio porte, com capacidade de processamento de 1,6 milhões de toneladas de cana por safra, e uma planta produtora de enzimas que processaria 12.000 toneladas de uma mistura de bagaço de cana e farelo de trigo (biomassa) por safra. Os principais gargalos operacionais foram identificados e soluções apontadas e, a partir dos cálculos de fluxo de massa, a quantidade e capacidade nominal dos equipamentos propostos foram estabelecidas, detalhando-se estes equipamentos sempre que possível. Definiu-se a forma de esterilização dos substratos, através da operação contínua em uma rosca sem fim com a injeção de vapor saturado, e o resfriamento, ocorrendo em um tambor rotativo pela admissão de ar seco resfriado. Estabeleceu-se um processo de CES para a produção de inóculo em biorreatores de bandeja. A mistura e inoculação da biomassa foram configuradas para ocorrer continuamente em tambor rotativo. O CES para a produção das enzimas foi proposto em biorreatores de leito empacotado, instalando-se uma rosca sem fim em seu interior para auxiliar no carregamento, descarregamento e estruturação da biomassa durante o cultivo, além de prover ar ao sistema. Por fim, a extração líquida das enzimas deu-se em tanque agitado, com a separação da biomassa sólida residual ocorrendo por filtração a vácuo em tambor rotativo. Projetada com um total de 20 biorreatores de leito empacotado de 150 m3 cada, a planta produtora de enzimas celulolíticas apresentou uma atividade enzimática total de 8,45x1010 FPU por safra e um total de 4,59x105 FPU por metro cúbico de extrato enzimático líquido obtido por safra, cuja aplicação prevista atende cerca de 10 % da demanda de bagaço de cana disponível para hidrólise por safra.