Produção de Etanol de Segunda Geração

A produção deste combustível é vista na indústria de cana como um adicional a produção de etanol, sem nenhuma adição extra de bagaço (JÚNIOR et al., 2019). Na indústria do óleo de palma, pode ser vista como um produto a mais, já que pode se produzir etanol celulósico das folhas da palmeira, biomassa gerada na colheita Lee & Ofori-Boateng (2013) e dos cachos vazios, resíduos da extração do óleo (LOH, 2017).

O etanol proveniente de matéria lignocelulósica tem sido considerado como uma vantajosa alternativa, de baixo custo, para produção de bioetanol. A celulose e hemicelulose presente nesse tipo de substrato pode ser processadas, seja por hidrólise ou ação enzimática, para obtenção de glicose, além de pentoses e hexoses (açúcares com diferentes composições). Tais açúcares podem ser fermentados para a produção de etanol, com isso, devido a composição dos Cachos Vazios, em que 73,6 % trata-se de celulose e hemicelulose (Palamae et al., 2017), e da sua disponibilidade, cerca de 915 mil toneladas produzidas em 2015 em território brasileiro, este insumo é atrativo para a obtenção do etanol de segunda geração devido à alta parcela de celulose e hemicelulose em sua composição (DERMAN et al., 2018).

Os infortúnios quanto a produção de etanol de segunda geração, não apenas da matéria proveniente da extração do óleo de palma, mas de toda a classe de biomassa lignocelulósica reside nas características do pré-tratamento aplicado. As técnicas utilizadas possuem desvantagens na retenção de hemicelulose e celulose durante a remoção da lignina. Outra desvantagem do processo é o aproveitamento baixo na conversão de açúcares durante a hidrólise, devido às condições ineficientes. E talvez, o pior problema esteja na fase de fermentação, em que os componentes que contém xilose não são completamente processados na reação, uma vez que

grande parcela destes substratos são perdidas nas fases de pré-tratamento (PALAMAE et al., 2017).

A produção de bioetanol começa com o preparo da biomassa, que é moída e peneirada para obtenção de um tamanho padrão para as partículas, na média 1 mm de diâmetro. O pré- tratamento é uma etapa determinante para o rendimento global da produção de bioetanol, este passo se faz necessário para a completa quebra dos Cachos Vazios em açúcares para fermentação. Os CV foram escolhidos nesse estudo pelo seu potencial, conteúdo de celulose e hemicelulose, e por ser a biomassa em maior volume disponível após a extração do óleo.

A técnica mais utilizada no pré-tratamento é a abordagem química. Esta aumenta a aces- sibilidade de enzimas, melhora os índices de hidrólise da celulose e de formação de açúcares fermentáveis. O procedimento pode ser conduzido por via ácida ou via alcalina. O tratamento proposto utiliza NaOH para solubilizar a lignina presente no insumo tratado, com isso, há au- mento no conteúdo de celulose e queda nas parcelas de hemicelulose e lignina (DERMAN et al., 2018).

O passo seguinte é submeter a biomassa a um tratamento de hidrólise com solução ácida. O objetivo do pré-tratamento e da hidrólise é o mesmo, maximizar a quantidade de componentes a serem convertidos em açucares fermentáveis. Na hidrólise, a hemicelulose se converte em pentoses. Há ainda uma etapa de tratamento com Ca(OH)2para que os subprodutos da hidrólise

ácida – furfural, hidrometilfurfural (HMF) e ácidos orgânicos – sejam reduzidos, por serem inibidores de fermentação (MEDINA et al., 2018).

A fermentação é o principal processo ao se estabelecer a produção de etanol. Neste ponto, os açúcares obtidos nas etapas anteriores são convertidos em etanol. Admite-se o processo de fermentação e hidrólise acontecendo separadamente (SHF), por ser a metodologia com melhor nível de prontidão técnica. A quebra de hidrocarbonetos de celulose e hemicelulose em açúcares ocorre devido a enzimas, que deixam os açúcares prontos para a fermentação. O processo é realizado em bateladas, que dão origem a pentoses e hexoses, e estas sofrem fermentação. Feito isso, há a separação, ou destilação, e a evaporação, processos análogos a destilação do etanol convencional, para a obtenção do biocombustível (JÚNIOR et al., 2019).

A Figura 3.5 traz uma ilustração quanto aos procedimentos da usina E2G que leva a produção do biocombustível e o coproduto, os efluentes que contém lignina. Na Figura 3.5 também são mostrados os insumos necessários para que o processo aconteça e produza o produto desejado. A lignina pode ser usada como combustível para queima em caldeira, se separada, ou junto dos

efluentes pode ser explorada para a produção de biogás e biometano.

Figura 3.5: Procedimentos para a produção do Etanol Celulósico numa Usina de Segunda Geração.

Fonte: Elaborado pelo autor.

A Tabela 3.2 apresenta os parâmetros energéticos considerados na operação e os índices específicos de produção de cada etapa, utilizados nos balanços de massa e energia, assim como, o rendimento de produção.

Tabela 3.2: Parâmetros operacionais utilizados para balanços de massa e energia na Usina de Etanol de

Segunda Geração.

Usina para produção de Etanol Celu- lósico

Valor Unidade Ref.

Consumo específico de vapor saturado a 250 kPa

5,74 kg/Letanol Júnior et al. (2019)

Consumo específico de eletricidade 92,5 kWh/tCV Albarelli et al. (2017)

Consumo específico de NaOH no pré- tratamento

1,59 kg/kgCV Duangwang & Sangwichien (2015)

Consumo específico de ácido sulfurico (H2SO4) na hidrólise

0,74 L/kgCV Duangwang & Sangwichien (2015)

Produção de Lignina 34,4 kg/CV Lee & Ofori-Boateng (2013)

Produção de Etanol Celulósico (via CV) 173,42 L/tCV Geng (2013)

Utilizando os dados de operação e balanço de massa apresentados na Tabela 3.2, os quais foram selecionados para a produção de etanol celulósico, foi elaborada a Figura 3.6. A figura ilustra as fases de pré-tratamento químico, hidrólise, fermentação, destilação e separação, as quais foram apresentadas no texto; define a produção para 1 tonelada de cachos vazios. Con- siderando essa configuração, a razão de aproveitamento energético do processo – razão entre a energia contida nos produtos pela energia dos reagentes mais o suprimento energético para que aconteça a reação – é de 31 % e isso indica baixa taxa de conversão.

Figura 3.6: Fluxograma da produção de etanol de segunda geração a partir dos cachos vazios,

considerando 1 tonelada por hora de CV. Fonte: Elaborado pelo autor.