Estudo de novas alternativas tecnológicas para biorrefinarias de bagaço de cana-de-açúcar: pré-tratamento oxidativo assistido por cavitação hidrodinâmica e processos de hidrólise e fermentação sequenciais e simultâneos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Prado, Carina Aline
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Advanced Oxidative Processes; Bagaço de cana-de-açúcar; Cavitação Hidrodinâmica; Etanol; Ethanol; Hydrodynamic cavitation; Processos Oxidativos avançados; Sugarcane bagasse; Xilitol; Xylitol
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-25072023-093039/

No Brasil, o desenvolvimento do processo de produção de etanol a partir do bagaço da cana-de-açúcar é relevante, dada a alta disponibilidade dessa matéria-prima. Entretanto, a viabilidade econômica da produção do etanol 2G requer o aproveitamento integral da matéria-prima em um contexto de biorrefinaria. Diversas alternativas têm sido avaliadas para as diferentes etapas envolvidas como hidrólise e fermentação, as quais podem ser realizadas separadamente, ou de forma simultânea em um sistema SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). Neste último caso, com cofermentação de pentoses e hexoses, o processo é denominado SSCF (Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation). Neste contexto, foi proposto o desenvolvimento de pré-tratamentos oxidativos assistidos por cavitação hidrodinâmica (CH) para bagaço de cana-de-açúcar, com a utilização do material pré-tratado para produção de etanol em sistemas sequenciais e SSCF com colunas interligadas. Pré-tratamentos oxidativos com O3 e H2O2 assistidos por CH foram avaliados em pH neutro, enquanto que em outra etapa foram testados diferentes valores de pH no pré-tratamento assistido por CH com a presença de O3 . Nesse estudo, para o pH otimizado de 5, foi avaliado também o uso de catalisador de sulfato de ferro (5-15mg/L). Para todos os pré-tratamentos, foram conduzidos experimentos segundo um delineamento estatístico para avaliar a influência de variáveis relevantes. Em todos os casos, nas condições otimizadas, rendimentos de hidrólise de cerca de 90% foram atingidos na hidrólise enzimática subsequente, com tempo de pré-tratamento de 10 min. Empregando o hidrolisado obtido a partir de bagaço pré-tratado por CH, fermentação com Saccharomyces cerevisiae IR2 foi realizada para produção de etanol, obtendo-se 50g/L em 12 horas. O etanol foi então separado do caldo fermentado e, na vinhaça obtida, foi realizada a produção de xilitol empregando a levedura Candida tropicalis UFMGBX12, obtendo-se 32g/L de xilitol em 48 horas. Para o bagaço pré-tratado por processo oxidativo assistido por CH em pH 5, foi avaliada a produção de etanol em sistema SSCF usando reatores de coluna interligados. Neste processo, a produção de etanol foi estudada usando células de Scheffersomyces parashehatae em sistema SSCF em batelada simples e alimentada, os quais apresentaram uma produtividade de 0,35 (g/(L.h)) e 0,45 (g/(L.h)), respectivamente. A cavitação hidrodinâmica mostrou ser uma técnica interessante, sendo testada também na etapa de hidrólise enzimática, resultando na redução do tempo de processo. Neste caso, em condições otimizadas (18 FPU/g e 50°C), 93% e 77% de rendimento de hidrólise da glucana e da xilana foram observados, respectivamente após 12h. Considerando os resultados obtidos, a cavitação hidrodinâmica e as técnicas de fermentação sequencial e simultânea mostraram-se como estratégias promissoras para intensificação dos processos em biorrefinarias.