Pré-tratamento organosolve de palha de soja visando a produção de etanol de segunda geração

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Salles, Julio Delphino
• 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: Biocombustíveis; Biofuels; Biorefinery; Biorrefinaria; Delignification; Deslignificação; Lignin; Lignina; Lignocellulose; Lignocelulose; Organosolv; Organosolve; Palha de soja; Soybean straw
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-01032023-164929/

Os biocombustíveis constituem alternativa promissora aos combustíveis fósseis quando se tem como objetivo o desenvolvimento sustentável e a independência com relação às fontes finitas de petróleo, colocando o desenvolvimento e viabilização comercial do etanol de segunda geração (2G) em local de destaque. Para tal, se faz necessário a busca por matérias-primas alternativas de baixo custo e abundantes, além de processos otimizados, onde todos os componentes da biomassa possam ser aproveitados, dentro do conceito moderno de biorrefinaria. Para obtenção do etanol 2G, é necessário a execução de uma etapa de pré-tratamento da biomassa, cujo objetivo é romper a alta recalcitrância dos materiais lignocelulósicos e expor os polissacarídeos a uma etapa posterior de hidrólise. Os materiais lignocelulósicos possuem diferentes composições e estruturas, o que implica na necessidade de otimização de condições de pré-tratamento para cada fonte de matéria-prima e processo. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar condições operacionais do pré-tratamento Organosolve (utilizando etanol) aplicado à palha de soja, visando a máxima sacarificação da biomassa pré-tratada após hidrólise enzimática, além de caracterizar preliminarmente a lignina recuperada a partir dos licores de pré-tratamento obtidos nas melhores condições encontradas. Inicialmente, estudou-se por metodologia de superfície de resposta as principais variáveis ligadas ao processo de pré-tratamento Organosolve: temperatura, tempo de reação e porcentagem de etanol. A partir dos resultados obtidos, otimizou-se sequencialmente a porcentagem de etanol, e posteriormente a concentração de um catalisador alcalino (NaOH). A influência da adição de ácido bórico (H3BO3), reconhecido agente complexante de substâncias fenólicas, ao meio Organosolve alcalino também foi estudado, vislumbrando possíveis efeitos na estrutura da lignina recuperada dos licores de pré-tratamento. Nas três melhores condições encontradas, o meio teve composição (m/v) de 3,20% de NaOH (ausência de H3BO3), 4,5% de NaOH com 1,0% de ácido bórico e 4,5% de NaOH com 2,0% de ácido bórico, sendo que em todas as condições, a porcentagem de etanol foi de 20% (v/v), temperatura de 170°C e tempo de pré-tratamento de 50 minutos. Nas três condições a recuperação de glicose foi de aproximadamente 73% (m/m) com relação às glicanas presentes na biomassa bruta, o que demonstra a alta eficiência dos processos. As ligninas recuperadas nos processos apresentaram diferenças marcantes: na ausência de H3BO3 a massa molar numérica média foi de 2318 g/mol e a polidispersidade de 4,43, enquanto que na condição onde se tem 1,0% de H3BO3 presente a massa molar numérica média foi de 1826 g/mol e a polidispersidade de 3,17. No pré-tratamento onde se tem 2,0% de H3BO3 obteve-se um resultado intermediário, com a lignina apresentando massa molar numérica média foi de 2188 g/mol e polidispersidade de 3,67. A hipótese proposta é que o H3BO3 forma complexos com os fragmentos de lignina solubilizados durante o processo, impedindo sua repolimerização e nova deposição na biomassa sólida. Os resultados sugerem ainda que na condição onde se tem H3BO3 presente, a deslignificação e remoção de hemicelulose é mais acentuada, restando mais hemicelulose e lignina na biomassa pré-tratada somente com NaOH, o que justifica recuperações de glicose similares em todas as condições. Análises morfológicas e estruturais comparativas realizadas pelas técnicas de MEV, FTIR, DRX e TG/DTG dão suporte às hipóteses acima formuladas.