Influência do tempo de contato, temperatura e concentração de solvente no pré-tratamento alcalino da palha de cana-de-açúcar
DOI:
https://doi.org/10.18265/1517-0306a2021id4612Palavras-chave:
Palha de cana-de-açúcar, Planejamento experimental, Pré-tratamentoResumo
Nos últimos anos, especial atenção vem sendo dada ao reaproveitamento de resíduos gerados nos processos industriais. Vários bioprocessos têm sido desenvolvidos utilizando estes materiais como substratos para a produção de moléculas com alto valor agregado, como etanol celulósico. Para produzi-lo, faz-se necessário realizar uma etapa de hidrólise enzimática, de modo a liberar açúcares fermentáveis presentes nos resíduos. Essa etapa terá um maior rendimento quando um pré-tratamento de biomassa eficiente é realizado. Diante disso, esse estudo teve como objetivo pré-tratar quimicamente a palha de cana-de-açúcar e realizar a caracterização lignocelulósica deste resíduo, antes e após o pré-tratamento. As condições de pré-tratamento utilizadas foram tempo (30, 60 e 90 min), temperatura (30 ?C, 75 ?C e 120 ?C) e concentração do álcali (3%, 4% e 5%). As condições ótimas de pré-tratamento químico encontradas (tempo de 90 min, temperatura de 120 ºC e concentração NaOH de 3%) foram estabelecidas a partir de um planejamento fatorial experimental de 23 com três repetições no ponto central. Os resultados de caracterização lignocelulósica obtidos para a palha de cana in natura (29,52% celulose, 27,08% hemicelulose, 19,35% lignina, 3,57% extrativos e 6,09% cinzas) e para a palha de cana pré-tratada (60,19% celulose, 17,97% hemicelulose, 8,49% lignina, 2,87% extrativos e 5,45% cinzas) demonstram que a etapa de pré-tratamento com NaOH foi satisfatória, com uma remoção eficaz de lignina (solubilização de 56,12%). Esses valores demonstram que o NaOH possui potencial para ser utilizado na etapa de pré-tratamento de biomassa lignocelulósica, além de poder ser obtido a um baixo custo.
Downloads
Referências
AYALA, O. L. B. Avaliação de pré-tratamentos para a hidrólise enzimática da palha de cana-de-açúcar considerando a produção de etanol. 2012. 173 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2012. Disponível em: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266816. Acesso em: 18 fev. 2022.
CARVALHEIRO, F.; DUARTE, L. C.; GÍRIO, F. M. Hemicellulose biorefineries: a review on biomass pretreatments. Journal of Scientific & Industrial Research, v. 67, p. 849-864, 2008. Disponível em: http://hdl.handle.net/10400.9/791. Acesso em: 18 fev. 2022.
CARVALHO, M. L. Estudo cinético da hidrólise enzimática de celulose de bagaço de cana-de-açúcar. 2011. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química). Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2011. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4075. Acesso em: 18 fev. 2022.
CORTEZ, L. A. B. Bioetanol de cana-de-açúcar: P&D para produtividade e sustentabilidade. 1. ed. São Paulo: Blucher, 2010.
COSTA S. M.; AGUIAR, A.; LUZ, S. M.; PESSOA, A.; COSTA, S. A. Sugarcane straw and its cellulose fraction as raw materials for obtainment of Textile fibers and other bioproducts. In: RAMAWAT K.; MÉRILLON, J. M. (eds.) Polysaccharides: bioacitivity and biotechnology, Springer, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-16298-0_53.
KIM, J. S.; LEE, Y. Y.; KIM, T. H. A review on alkaline pretreatment technology for bioconversion of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, v. 199, p. 42-48, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.085.
LI, M.; PU, Y.; RAGAUSKAS, A. J. Current understanding of the correlation of lignin structure with biomass recalcitrance. Frontiers in Chemistry, v. 18, 2016. DOI: https://dx.doi.org/10.3389%2Ffchem.2016.00045.
LOOW, Y.- L.; WU, T. Y.; JAHIM, J. M.; MOHAMMAD, A. W.; TEOH, W. H. Typical conversion of lignocellulosic biomass into reducing sugars using dilute acid hydrolysis and alkaline pretreatment. Cellulose, v. 23, p. 1491-1520, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-016-0936-8.
MARABEZI, K. Estudo sistemático das reações envolvidas na determinação dos teores de lignina e holocelulose em amostras de bagaço e palha de cana-de-açúcar. 2009. 158 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Físico-Química) – Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75131/tde-07102009-100309/pt-br.php. Acesso em: 18 fev. 2022.
MILÉO, P. C. Aplicações da celulose de palha de cana-de-açúcar: obtenção de derivados partindo de celulose branqueada e de biocompósitos com poliuretana obtida a partir de óleo de mamona (Ricinuscommunis L.). 2011. 114 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia Industrial) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2011. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-24102012-120717/pt-br.php. Acesso em: 18 fev. 2022.
MILLER, G. L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, v. 31, n. 3, p. 426-428, 1959. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60147a030.
MORAIS, J. P. S.; RORA, M. F.; MARCONCINI, J. M. Procedimentos para análise lignocelulósica. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Campina Grande: Embrapa Algodão, 2010. Disponível em: https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/900898/procedimento-para-analise-lignocelulosica. Acesso em: 18 fev. 2022.
NASCIMENTO, V. M. Pré-tratamento alcalino (NaOH) do bagaço de cana-de-açúcar para a produção de etanol e obtenção de xilooligômeros. 2011. 138 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2011. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4074. Acesso em: 18 fev. 2022.
OLIVEIRA, F. M. V. Avaliação de diferentes pré-tratamentos e deslignificação alcalina na sacarificação da celulose de palha de cana. 2010. 101 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia Industrial) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2010. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-27092012-112400/pt-br.php. Acesso em: 18 fev. 2022.
PITARELO, A. P. Produção de etanol celulósico a partir de bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor. 2013. 162 f. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2013. Disponível em: https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/32102. Acesso em: 18 fev. 2022.
RABELO, S. C. Avaliação de desempenho do pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino para a hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar. 2007. 180 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2007. Disponível em: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266260. Acesso em: 18 fev. 2022.
SAAD, M. B. W. Avaliação técnica preliminar da produção de etanol via hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar. 2010. 138 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia Industrial) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2010. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-04102012-113629/pt-br.php. Acesso em: 18 fev. 2022.
SANTOS, F. A.; QUEIRÓZ, J. H.; COLODETTE, J. L.; FERNANDES, S. A.; GUIMARÃES, V. M.; REZENDE, S. T. Potencial da palha de cana-de-açúcar para a produção de etanol. Química Nova, v. 35, n. 5, p. 1004-1010, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422012000500025.
SILVA, N. L. C. Produção de bioetanol de segunda geração a partir de biomassa residual da indústria de celulose. 2010. 123 f. (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) – Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010. Disponível em: http://epqb.eq.ufrj.br/download/bioetanol-2a-geracao-de-biomassa-residual.pdf. Acesso em: 18 fev. 2022.
SILVA, V. F. N. Estudos de pré-tratamento e sacarificação enzimática de resíduos agroindustriais como etapas no processo de obtenção de etanol celulósico. 2009. 113 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia Industrial) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2009. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97131/tde-22082013-084521/pt-br.php. Acesso em: 18 fev. 2022.
SOUSA, V. M. Z. Desenvolvimento de novas metodologias para o pré-tratamento e hidrólise do bagaço de cana para a produção de etanol celulósico. 2014. 57 f. Monografia (Bacharelado em Engenharia de Energia) –Faculdade UnB Gama, Universidade de Brasília, Gama, 2014. Disponível em: https://fga.unb.br/energia/tcc/2014-1/desenvolvimento-de-novas-metodologias-para-o-pre-tratamento-e-hidrolise-do-bagaco-de-cana-para-a-producao-de-etanol-celulosico. Acesso em: 18 fev. 2022.
ÚNICA – UNIÃO DA INDÚSTRIA DA CANA-DE-AÇÚCAR. Disponível em: https://www.unicadata.com.br/. Acesso em: 04 jun. 2020.
ZHENG, Y.; PAN, Z.; ZHANG, R. Overview of biomass pretreatment for cellulosic ethanol production. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, v. 2, n. 3, p. 51-68, 2009. DOI: http://doi.org/10.3965/j.issn.1934-6344.2009.03.051-068.
Downloads
Publicado
Edição
Seção
Licença
• O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s), nem esteja publicado em anais de congressos e/ou portais institucionais;
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es). Opiniões e perspectivas expressas no texto, assim como a precisão e a procedência das citações, são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), e contribuem para a promoção dos:
- Princípios FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable – localizável, acessível, interoperável e reutilizável);
- Princípios DEIA (diversidade, equidade, inclusão e acessibilidade).
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigos às normas da publicação.
Responsabilidades dos autores e transferência de direitos autorais
Os autores devem declarar a originalidade do estudo, bem como o fato de que este não foi publicado anteriormente ou está sendo considerado para publicação em outro meio, como periódicos, anais de eventos ou livros. Ao autorizarem a publicação do artigo na Revista Principia, os autores devem também responsabilizar-se pelo conteúdo do manuscrito, cujos direitos autorais, em caso de aprovação, passarão a ser propriedade exclusiva da revista. A Declaração de Responsabilidades dos Autores e Transferência de Direitos Autorais deverá ser assinada por todos os autores e anexada ao sistema como documento suplementar durante o processo de submissão. Clique no link abaixo para fazer o download do modelo.
Esta revista, seguindo as recomendações do movimento de Acesso Aberto, proporciona seu conteúdo em Full Open Access. Assim os autores conservam todos seus direitos permitindo que a Revista Principia possa publicar seus artigos e disponibilizar pra toda a comunidade.
A Revista Principia adota a licença Creative Commons 4.0 do tipo atribuição (CC-BY). Esta licença permite que outros distribuam, remixem, adaptem e criem a partir do seu trabalho, inclusive para fins comerciais, desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.
Os autores estão autorizados a enviar a versão do artigo publicado nesta revista em repositório institucionais, com reconhecimento de autoria e publicação inicial na Revista Principia.