Influência do tempo de contato, temperatura e concentração de solvente no pré-tratamento alcalino da palha de cana-de-açúcar

Felipe Augusto Santos

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Sharline Florentino de Melo Santos

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Amanda Letícia de Carvalho Cardoso-Simões

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Laís Campos Teixeira de Carvalho-Gonçalves

ORCID iD Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Carolina Zanini Oliveira

Universidade Federal da Paraíba (UFPB) Brasil

Resumo

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 ⁰C, 75 ⁰C e 120 ⁰C) 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.

Palavras-chave


Palha de cana-de-açúcar; Planejamento experimental; Pré-tratamento


Texto completo:

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.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2021id4612

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