Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

​

Lorena, 2 de agosto de 2023.

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

Escola de Engenharia de Lorena – EEL

Processos Bioquímicos Industriais

Prof. Júlio C. Santos

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

Sumário

1. Introdução
2. Biocombustíveis
3. Etanol de primeira geração
4. Etanol de segunda geração

​

​

Lorena, 2 de agosto de 2023.

​

• Ecological footprint
• 2 de agosto de 2023: a humanidade está “no vermelho” com relação à capacidade do planeta de fornecer recursos
• desde 1970, a humanidade consome mais que a

Capacidade biológica do planeta

• https://www.footprintcalculator.org/

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Avanço tecnológico e crescimento populacional têm resultado em pressões cada vez maiores sobre o ambiente

​

• A partir da segunda metade do século XX, questões ambientais ganharam destaque – consciência de que os recursos disponíveis são finitos

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Isto traz um desafio tecnológico
• Substituição dos combustíveis fósseis por fontes alternativas de energia, especialmente quando se observam fatos como os relacionados à elevação do teor de gases causadores do efeito estufa, com destaque para o CO₂ emitido durante a queima de combustíveis fósseis

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• O entendimento sobre as consequências danosas devidas às mudanças climáticas decorrentes tem se tornado mais claro e consensual na comunidade científica
• A importância de substituir, em veículos automotores, combustíveis de origem fóssil pelos de fonte renovável, é facilmente inferida:
• O setor de transportes deverá ser responsável por 60% da demanda estimada de petróleo para 2030, de 116 milhões de barris por dia

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Biocombustíveis
• Etanol
• Biodiesel

​

• O etanol produzido biologicamente por fermentação é amplamente reconhecido como um combustível alternativo para veículos de transporte, com elevado potencial econômico e ambiental

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Etanol
• Etanol hidratado
• Etanol anidro – mistura à gasolina

Dados de produção:

https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/sustentabilidade/agroenergia/producao

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

https://ethanolrfa.org/markets-and-statistics/annual-ethanol-production

• Produção de etanol por fermentação

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Matérias primas
• Sacaríneas
• Amiláceas
• Lignocelulósicas
• Microbianas

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

Fonte:

• Produção de etanol por fermentação: processo

​

REBELATO, M. G.; MADALENO, L. L.; RODRIGUES, A. M. Um estudo sobre a aplicabilidade do just-in-time na fabricação do etanol. Revista Produção Online, 12 (3), 703-728, 2012. (adaptado)

Fonte: Junqueira, 2010.

• Álcool anidro
• Destilação azeotrópica
• Destilação extrativa
• Peneiras moleculares

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Subprodutos
• Torta de filtro
• Vinhaça
• Óleo fúsel
• Bagaço de cana

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Etanol de segunda geração
• Entre os componentes da biomassa vegetal, os materiais lignocelulósicos são os mais abundantes, e incluem resíduos agrícolas como o bagaço de cana-de-açúcar, palha e sabugo de milho, palha de arroz, entre uma série de outros, os quais são acumulados no ambiente, ocasionando problemas de poluição e representando a perda de valiosos recursos

​

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Etanol de segunda geração
• O sucesso no uso destes materiais depende de esforços de pesquisa e desenvolvimento de processos técnica e economicamente viáveis e a consideração de fatores como a tendência de busca de matérias-primas que não venham a competir com a cadeia de produção de alimentos, tenham elevada disponibilidade e atendam outras especificidades de cada país ou região
• No caso do Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar corresponde a um material abundante e cuja produção está inserida no contexto histórico e cultural nacional.

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Aproveitamento do bagaço
• Energia
• Forragem
• Alimentação animal
• Papel
• Processos biotecnológicos
• Etanol

​

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• O potencial e as características específicas das técnicas para o uso de materiais lignocelulósicos relacionam-se intimamente à sua constituição.
• Estes são constituídos basicamente por três frações: duas delas -celulose e hemicelulose- são formadas por polissacarídeos e a outra por um material polifenólico, a lignina, sendo que a composição e a proporção entre estes constituintes varia de acordo com a espécie vegetal da qual se originaram

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Biorrefinarias

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Biorrefinarias

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Uma das limitações para o aproveitamento integral de todas as frações dos resíduos lignocelulósicos é a própria estrutura da biomassa. Geralmente, é necessária a ruptura do complexo lignina-celulose-hemicelulose ou a remoção de cada fração por técnicas de pré-tratamento e deslignificação.
• Sem este tratamento preliminar a biomassa é difícil de ser aproveitada em processos industriais, pois a associação de suas frações constituintes lhe confere grande resistência ao ataque de agentes químicos, enzimáticos ou microbianos

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Para o caso da produção de etanol de segunda geração, a hidrólise de seus componentes carboidrato para a obtenção de solução rica em açúcares fermentescíveis é a etapa limitante do processo.
• Atenção especial tem sido dada à hidrólise da celulose, considerando-se a já estabelecida tecnologia para fermentação de glicose a etanol.
• Proceder diretamente à hidrólise da celulose é possível por métodos como tratamento ácido: condições extremas de temperatura e pressão
• degradação do produto e formação acentuada de compostos inibidores do metabolismo microbiano, diminuindo ou até mesmo inviabilizando o processo fermentativo subsequente.
• Assim, esforços de pesquisa têm sido feitos para a viabilização de uma etapa de pré-tratamento do material, a qual pode ser feito em condições comparativamente menos severas e torna sua estrutura mais susceptível a uma hidrólise da celulose em condições brandas de pressão e temperatura por via enzimática

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• O processo: etapas
• Pré-tratamento
• Hidrólise
• Fermentação
• Destilação

​

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Pré-tratamento
• Ácido
• Alcalino
• Explosão a vapor

​

​

• Hidrólise enzimática
• O complexo celulolítico

​

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Fermentação
• SHF
• SSF
• SSCF
• CBP

​

​

​

​

• Etanol de segunda geração

Produção de Biocombustíveis: Bioetanol

• Fermentação
• Scheffersomyces stipitis

​

• Kluyveromyces marxianus

​