Produção de bioetanol via hidrólise ácida de Eucalyptus urograndis utilizando os concei-tos de uma biorrefinaria: abordagem teórico experimental

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Camargo, Sâmique Kyene de Carvalho Araújo [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Bioetanol de segunda geração; Celulose da madeira; Polpação Soda; Modelagem Molecular; Second generation bioethanol; Wood pulp; Pulping soda; Molecular modeling; Etanol; Celulose; Energia - Fontes alternativas
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/211022

Os combustíveis fósseis, além de serem recursos limitados na natureza, aumentam os níveis de dióxido de carbono e outros gases causadores do efeito estufa na atmosfera, neste aspecto os biocombustíveis surgem como uma alternativa sustentável. A produção de bioetanol a partir de materiais de origem renovável é uma proposta importante para o desenvolvimento econômico do país e desafia pesquisadores a buscar tecnologias mais eficientes que viabilizem esse processo. O objetivo deste trabalho foi otimizar o estágio de hidrólise ácida durante a produção do bioetanol a partir da madeira. Para obtenção do bioetanol foi necessário a hidrólise da celulose em monômeros de glicose, portanto, seguem as etapas para separação da matriz de celulose e lignina interligadas pelas hemiceluloses: pré-tratamento ácido para remoção das hemiceluloses, seguida de tratamento alcalino para remoção da lignina e, por fim a hidrólise ácida das ligações glicosídicas do tipo -(1→4) entre os carbonos C1-C4 da celulose liberando os monômeros de -D-glicose a serem fermentados em bioetanol. Com o intuito de avaliar a reatividade das estruturas presentes no processo foi também realizado o cálculo de estrutura eletrônica IFCA (Índice de Fukui condensados aos átomos) partindo de modelos pré definidos para simulação, visando verificar também sua interação com os reagentes utilizados. Também foi necessária uma abordagem PCM (Polarizable Continuum Model) para avaliar a influência do solvente na reatividade das estruturas. Com os cálculos de IFCA pode-se comprovar que a parte amorfa da celulose tem maior susceptibilidade no pré-tratamento e na hidrólise ácida e, que os monômeros de glicose presentes na etapa de hidrólise podem sofrer oxidação e, causar a formação de hidroximetilfurfural (HMF), ácido acético, ácido fórmico e ácido levulínico. Também foi observada a mesma reatividade elucidada na literatura com relação às hidroxilas do C2, C3 e C6 e hidrólise por despolimerização do grupo terminal, no entanto, quando se realiza o cálculo de interação entre orbitais das estruturas com os reagentes do processo nota-se que não há interação, ou seja, a hidrólise, pode estar relacionada a outro tipo de interação que não a maciez química. Com isso, foi necessário verificar a influência da constante dielétrica na reatividade das estruturas, aumentando ou diminuindo seu valor em relação à da água, nota-se rotações que aumentam a reatividade da estrutura, principalmente no oxigênio da ligação glicosídica β1-4 tanto das extremidades quanto do centro da estrutura, vantagem para o processo de hidrólise ácida. Após as análises experimentais realizadas pode-se observar que na hidrólise ácida o tratamento de 70 mL e 80 mL não diferem estatisticamente com relação à produção de glicose, mas aumentando o volume de ácido sulfúrico para 90 mL, houve um aumento na produção de açúcares fermentescíveis à bioetanol, 63,7%, decrescendo em seguida, pois o excesso de ácido também causou a degradação dos açúcares em HMF, sendo que no tratamento de 100 mL houve maior produção de HMF e menor produção de glicose e bioetanol. A fermentação se mostrou uma etapa complexa, devido a variabilidade obtida em seus resultados, mas em todas as bateladas de análises de fermentação maior produção de bioetanol foi obtida com o tratamento de 90 mL, também pode-se observar um aumento na produção de ácido acético conforme maior produção de bioetanol nos tratamentos, no entanto, a produção do mesmo através de reações secundárias devem ser evitadas, pois os açúcares que poderiam ser convertidas em bioetanol estão sendo consumidos na produção de ácido acético, e isto ocorreu devido a fatores externos que causaram a oxigenação durante esta etapa sensível.