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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.88.2010.tde-13102010-211833
Documento
Autor
Nome completo
Guilherme Bueno Christofoletti
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2010
Orientador
Banca examinadora
Curvelo, Antonio Aprigio da Silva (Presidente)
Albuquerque, Hamilton Brandão Varela de
Rossell, Carlos Eduardo Vaz
Título em português
Estudo dos efeitos de etapas de pré-tratamento na hidrólise ácida de bagaço de cana-de-açúcar
Palavras-chave em português
Biorrefinaria
Hidrólise ácida
Seletividade
Resumo em português
De forma sustentável o setor sucroalcooleiro nacional apresenta grande potencial para o desenvolvimento tecnológico de fontes alternativas de energia. A partir das novas concepções de emprego de energias alternativas, o resíduo industrial do processamento da cana-de-açúcar passa a ser uma matéria-prima com grande potencial e valor. De forma ilustrativa da potencialidade deste material, os dados de produção de bagaço de cana e suas aplicações estão destacados na parte introdutória, compreendendo a possível integração das usinas com as biorrefinarias. A utilização do bagaço de cana-de-açúcar como combustível para co-geração de energia atende à necessidade de mercado, sendo que a rentabilidade de energia elétrica é altamente viável. Porém, considerando-se que esta matéria-prima apresenta características peculiares para a biorrefinaria, objetivou-se o fracionamento da biomassa. As metodologias são investigadas por abranger a conversão da biomassa(bagaço e palha de cana-de- açúcar) para uma variedade de produtos de maior valor agregado (energia, biomateriais e produtos químicos). As etapas de fracionamento, ou seja, de pré-tratamentos foram: préhidrólise, deslignificação e branqueamento. A pré-hidrólise apresentou-se seletiva para a remoção das hemiceluloses, já para a etapa de deslignificação, mostrou-se mais seletiva para a remoção de ligninas, embora houvesse grande remoção também das hemiceluloses. Para a etapa de branqueamento, a remoção residual de lignina foi atingida, porém também foi removido celulose. A avaliação das etapas de pré-tratamentos foi realizada pela determinação dos rendimentos de processos, da seletividade reacional, bem como pela quantificação dos produtos e resíduos obtidos. Os materiais obtidos nas etapas de pré-tratamentos foram caracterizados e posteriormente submetidos ao processo de hidrólise ácida. São apresentados os resultados de rendimento de obtenção de glicose a partir de celulose, em base celulose inicial e em base celulose reagida. Na primeira parte, discutiram-se os rendimentos gravimétricos das reações de hidrólise ácida que para o material in natura resultaram em maiores rendimentos de hidrólise. Os maiores rendimentos obtidos no estudo de hidrólise de celulose foram obtidos para substratos derivados do bagaço integral na concentração de ácido de 0,14%. Os resultados da quarta, relativa a obtenção de coprodutos, HMF e furfural revelou a geração de baixas concentrações desses inibidores da fermentação etanólica. De forma conclusiva, a associação dos resultados dos processos de pré-tratamentos com os resultados obtidos nas reações de hidrólise poderá ser empregada para compreender as vantagens e desvantagens de cada etapa, mostrando caminhos para um melhor aproveitamento da biomassa vegetal, em especial o bagaço de cana de açúcar. Considerando-se a produção de etanol de segunda geração, determinaram-se também as quantidades de inibidores de fermentação etanólica.
Título em inglês
Study of the effects of pretreatment steps in acid hydrolysis of sugarcane bagasse
Palavras-chave em inglês
Acid hydrolysis.
Biorefineries
Selectivity
Resumo em inglês
Sustainably the Brazilian sugarcane sector presents great potential for technological development of alternative sources of energy. From the new concepts of employment of alternative energy sources, industrial waste from processing of sugarcane becomes a raw material with great potential and value. Illustratively of the potential of this material, the production data of sugarcane bagasse and their applications are highlighted in the introductory section, including the possible integration of the sugarcane mills to biorefineries. The utilization of crushed sugarcane as fuel for co-generation of energy meets the market need, and the profitability of electricity is highly feasible. However, considering that this raw material has peculiar characteristics to the biorefinery, this work aimed at the fractionation of biomass. The methodologies are investigated for covering the conversion of biomass (bagasse and straw from sugarcane). For a variety of products with higher added value (energy, biomaterials and chemicals). The steps of fractionation, or pre-treatments were pre-hydrolysis, delignification and bleaching. The pre-hydrolysis showed up selective removal of hemicelluloses. On the other hand, the delignification step was more selective for the removal of lignin, although there was also large removal of hemicelluloses. For the bleaching stage, the removal of residual lignin was achieved, but some cellulose was also removed from the pulps. The evaluation of the pre-treatments steps were performed by determined the yields of the processes, the selectivity and the quantification of the reaction products and wastes obtained. The materials obtained by the pre-treatment steps were characterized and further submitted to acid hydrolysis. It were presented the results of glucose yields of production base on initial cellulose and reacted cellulose. The first part of the work discusses the gravimetric yield of the acid hydrolysis reaction that produced the highest yield for the in natura material. The highest yields obtained in this study of cellulose hydrolysis were obtained for substrates derivates from integral bagasse at acid concentration of 0.14%. The results of the fourth step, concerning the production of HMF and furfural, revealed the production of low concentrations of these inhibitors of ethanol fermentation. Conclusively, the association of the results obtaining in the pre-treatment processes with that ones obtained by the hydrolysis processes can be used to understand the advantages and disadvantages of the individual steps, showing trends towards a better utilization of vegetal biomass, especially crushed sugarcane. In terms of second generation ethanol, it was presented the results of the quantification of potential inhibitors of ethanolic fermentation.
 
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Data de Publicação
2010-10-20
 
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