Efeitos dos produtos de hidrólise de materiais lignocelulósicos sobre a produção de H2 por fermentação

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Siqueira, Marcos Rechi
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: H2 production; hidrólise; hydrolysis; inhibitors; inibidores; Lignocellulosic Materials; Materiais Lignocelulósicos; produção de H2
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-13042015-114341/

O hidrogênio é uma fonte de energia limpa, pois sua combustão gera apenas água. Porém, ainda há a necessidade de se encontrar soluções tecnologicamente eficientes, econômicas e seguras para sua geração e uso. A produção do H2 por vias biológicas, conhecido como biohidrogênio, vem ganhando grande destaque nos últimos anos, pois possibilita o uso de materiais renováveis como matéria-prima. Materiais lignocelulósicos são potenciais substratos para a produção de H2 por fermentação, no entanto se faz necessário dispor de métodos de hidrólise que disponibilizem os componentes destes materiais para a fermentação. A maior parte dos métodos disponíveis para hidrolisar materiais lignocelulósicos resulta em produtos de degradação de carboidratos, que são reconhecidamente inibidores de fermentação. Este estudo, primeiramente, avaliou o efeito de 3 diferentes grupos de inibidores sobre a produção de H2 por fermentação: (1) ácido orgânico, como o ácido acético; (2) derivados de furano, tais como o furfural e o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF); (3) monômeros fenólicos derivados da lignina, tais como o siringaldeído, vanilina e ácido 4-hidroxibenzóico (AHB). Ensaios de fermentação para a produção de H2 em batelada utilizaram como inóculo uma cultura mista (lodo) e foram realizados na presença de glicose e diferentes concentrações dos mencionados inibidores. O modelo de Gompertz modificado foi utilizado para estimar os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação, como o volume máximo de H2 (P), velocidade máxima de produção de H2 (Rm) e o tempo necessário para o início da produção de H2 (). A partir destes ensaios foi verificado como a adição de diferentes concentrações de inibidores afetou tais parâmetros cinéticos em relação a um controle (apenas contendo glicose). Desta forma foi possível estimar as concentrações dos inibidores que reduzem em 50% as velocidades máximas de produção de H2 a concentração inibitória 50 (CI 50). Em termos de CI 50, o AHB proporcionou a maior inibição (0,38 g.L-1), seguido do 5-HMF e o furfural, com valores de CI 50 de 0,48 e 0,62 g.L-1, respectivamente. A vanilina, o siringaldeído e o ácido acético apresentaram os menores efeitos inibitórios sobre a produção de H2 dentre os inibidores testados, com CI 50 de 0,71; 1,05; e 5,14 g L-1, respectivamente. Numa segunda etapa do trabalho foi avaliado o efeito inibitório da associação de 3 inibidores, representantes de cada uma das classes de inibidores, o ácido acético, o 5-HMF e o siringaldeído. Foi observado um efeito aditivo da inibição quando o ácido acético foi adicionado juntamente com o 5-HMF, porém em ensaios contendo siringaldeído o efeito inibitório tornou-se sinérgico. Por fim, foi utilizado um hidrolisado de bagaço de cana de açúcar como substrato na produção de H2 por fermentação. A produção de H2 a partir deste substrato só foi possível após o tratamento do hidrolisado com carvão ativado. Portanto, concluiu-se que os compostos inibitórios presentes em hidrolisados de materiais lignocelulósicos condicionam a viabilidade da produção de H2 com estes materiais. Este estudo permitiu concluir que os compostos estudados, exceto os monossacarídeos, resultantes da hidrólise de materiais lignocelulósicos, inibem a produção de H2 pela cultura mista utilizada em diferentes graus, sendo o AHB o mais inibidor. A combinação de compostos inibidores potencializa ainda mais o efeito inibitório sobre a produção de H2. O ácido acético, que pode se originar dos hidrolisados, mas que também é um metabólito da produção de H2 por fermentação aumentou ainda mais a inibição do siringaldeído. Assim, sugere-se que a hidrólise de materiais lignocelulósicos deve ser conduzida de forma a minimizar a presença dos inibidores nos hidrolisados, a fim de maximizar o aproveitamento da biomassa lignocelulósica como matéria-prima no processo fermentativo.