AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DA DIGESTÃO ANAERÓBIA DO HIDROLISADO DE HEMICELULULOLIZADO CRIADO PELO PRÉ-TRATAMENTO DE AUTO-HIDROLISE DE BASCAS DE MALTE. Portanto, o presente trabalho avaliou o uso da auto-hidrólise como técnica de pré-tratamento de sacos de malte visando a produção de biogás a partir do hidrolisado de hemicelulose extraído por tratamento térmico. A autohidrólise mostrou-se eficaz na solubilização de hemicelulose e celulose, produzindo hidrolisados com concentrações de até 13,15 g/L de açúcares C5 e C6 e 14,99 g/L de celobiose.
A autohidrólise foi eficaz na solubilização de hemicelulose e celulose, produzindo hidrolisados com concentrações de até 13,15 g/L de açúcares C5 e C6 e 14,99 g/L de celobiose. HH - Hidrolisado de hemicelulose HMF - 5-Hidroximetil-2-furfuraldeído IEA - Agência Internacional de Energia RLC - Resíduo lignocelulósico RSL - Proporção sólido/líquido. Caracterização da fase sólida e HH na parte superior e avaliação da influência dos parâmetros tempo e temperatura nas propriedades dos hidrolisados na parte inferior.
Introdução
Diante disso, a utilização de técnicas de pré-tratamento para biomassa lignocelulósica torna-se uma etapa fundamental antes do processo de conversão biológica de RLC em bioprodutos e biocombustíveis (KUMAR, BARRETT, et al., 2009). Muitos estudos sugerem a auto-hidrólise como um método viável para aplicação em larga escala no processo de pré-tratamento de biomassa lignocelulósica. Diante da necessidade de geração máxima de carboidratos na forma monomérica e mínimo de compostos inibidores, a otimização das condições de pré-tratamento torna-se extremamente relevante (PANAGIOTOPOULOS, BAKKER, et al., 2011).
O presente trabalho busca utilizar a técnica de pré-tratamento de auto-hidrólise como etapa para extrair parte das hemiceluloses presentes no bagaço de malte (BM) e gerar uma fração sólida rica em celulose que possa ser utilizada para a produção de etanol 2G. Porém, não foram encontrados trabalhos na literatura utilizando pré-tratamento por autohidrólise para geração de biogás a partir da fração hemicelulose. Diante do exposto, o presente trabalho visa avaliar o efeito de algumas condições de pré-tratamento de AH de BM na geração de um hidrolisado hemicelulósico capaz de ser utilizado para a produção de biogás.
Objetivos
Objetivos gerais
Objetivos específicos
Revisão da Literatura
- Biomassa - Resíduos Lignocelulósicos
- Materiais Lignocelulósicos
- Técnicas de pré-tratamento aplicadas aos resíduos lignocelulósicos
- Auto-hidrólise como pré-tratamento de resíduos lignocelulósicos
- Produção de biogás a partir de biomassa lignocelulósica
- Conclusões da Revisão
Juntas, tais macromoléculas formam uma estrutura complexa em que a celulose é o esqueleto, reforçada por hemicelulose e lignina (BHOWMICK, SARMAH e SEN, 2017; PAUDEL, BANJARA, et al., 2017). A celulose é o principal componente estrutural da parede celular responsável pela rigidez estrutural (OH, EOM, et al., 2015). A lignina é o segundo composto mais abundante na natureza, sendo um heteropolímero aromático, hidrofóbico e amorfo (ZHENG, ZHAO, et al., 2014).
Assim, os métodos de pré-tratamento visam quebrar, solubilizar e separar os monômeros de substâncias lignocelulósicas em componentes mais biodegradáveis (PAUDEL, BANJARA, et al., 2017). Tais métodos são considerados pouco práticos para uso em larga escala e consomem muita energia (ZABED, SAHU, et al., 2016). Os métodos físicos geralmente são combinados com outras tecnologias, levando a bons resultados finais (MUPONDWA, LI, et al., 2017).
24 O principal efeito do pré-tratamento básico é a remoção da lignina e aumento da porosidade e área superficial, o que facilita a hidrólise da celulose e hemicelulose (HARMSEN, HUIJGEN, et al., 2010). Semelhante ao tratamento ácido, há necessidade de recuperação dos reagentes e alto consumo de energia (quando não realizado em temperatura ambiente) (RABEMANOLONTSOA e SAKA, 2016; . RAJENDRAN, DRIELAK, et al., 2017). Atuam principalmente aumentando a área superficial, diminuindo a cristalinidade da celulose e removendo hemicelulose e lignina (ZABED, SAHU, et al., 2016).
Os principais efeitos são o aumento da área superficial e a diminuição do grau de polimerização da hemicelulose e da celulose ( (RABEMANOLONTSOA e SAKA, 2016; RAJENDRAN, DRIELAK, et al., 2017). Pode ser entendido como a combinação de métodos de explosão a vapor com tratamento alcalino com amônia (MUPONDWA, LI, et al., 2017; GALBE e ZACCHI, 2007) É um pré-tratamento físico-químico no qual a biomassa é colocada em contato com água, único solvente adicionado, em altas temperaturas e (>5Mpa ) (MUPONDWA, LI, et al., 2017).
No entanto, é possível encontrar vestígios de sulfeto de hidrogênio (H2S), hidrogênio (H2), oxigênio (O2), monóxido de carbono (CO), além de água e outros compostos (KHAN, OTHMAN, et al., 2017). 29 resíduos sólidos e líquidos com o objetivo de estabilizar compostos poluentes e produzir biogás (VASCO-CORREA, KHANAL, et al., 2018). Finalmente, arqueias metanogênicas transformam esses produtos em metano e dióxido de carbono (CHERNICHARO, 2007; MONLAU et al., 2013)”.
Materiais e métodos
- Obtenção do bagaço de malte
- Caracterização do bagaço de malte
- Determinação do teor de umidade
- Determinação do teor de extrativos
- Determinação do teor de inorgânicos
- Determinação do teor de lignina
- Teor de lignina insolúvel pelo método Klason
- Teor de lignina solúvel
- Determinação do teor de celulose e polioses
- Balanço de massa
- Ensaios de auto-hidrólise
- Biodegradabilidade Anaeróbia
- Balanço energético
Cadinhos de porcelana foram calcinados em mufla a 525⁰C por 4 horas e então resfriados à temperatura ambiente em dessecador e tarados. Aproximadamente 1,00 g de amostra (malha 40-60) livre de umidade foi pesado em um cadinho pré-pesado. O teor total de lignina do bagaço de cana-de-açúcar consiste na soma das frações insolúvel e solúvel.
O teor de lignina insolúvel foi determinado de acordo com o padrão TAPPI T222 om-02, modificado conforme descrito abaixo. A quantificação da lignina solúvel foi realizada medindo-se a absorbância em 215 nm e 280 nm em um espectrofotômetro (Hp UV-vis, modelo 8453) conforme metodologia adaptada por (MARABEZI, 2009). Onde: 𝐴280 são os valores de absorbância da solução a 280 nm; 𝐴215 são valores de absorbância em 215 nm; 𝐶𝐿 concentração de lignina solúvel (g/L) e 𝐶𝐷 concentração de carboidratos.
O teor de celulose e poliose foi determinado por análise cromatográfica dos componentes da solução resultante do método de determinação do teor de lignina. As condições cromatográficas para determinação de ácidos orgânicos, FF e HMF foram as mesmas condições para determinação de açúcares. Os ensaios de autohidrólise de BM foram realizados em reatores tubulares de aço inoxidável 316L do tipo autoclave com anel de vedação de politetrafluoretileno (PTFE), com volume utilizável de 475 ml.
O teor de água do bagaço de cana-de-açúcar foi levado em consideração ao adicionar água para ajustar a relação líquido-sólido. Testes de digestão anaeróbia em batelada foram realizados de forma semelhante à metodologia utilizada por Baêta (2016) em hemicelulose hidrolisada da auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar. Ensaios duplicados foram realizados para avaliar o potencial bioquímico de metano (MBP) de HH obtido de BM AH.
Todos os experimentos foram realizados sob condições mesófilas em reatores de vidro de 120 ml que foram colocados.
Resultados e discussões
- Caracterização do bagaço de malte
- Características do HH gerado durante o pré-tratamento por AH do BM e
- Avaliação do potencial de produção de metano a partir dos hidrolisados
- Balanço energético
Um dos pontos discutidos na literatura para justificar o efeito de altas temperaturas e tempo na eficiência de remoção de açúcares da biomassa lignocelulósica é o fato de que nessas condições o pH do meio é mais ácido, principalmente devido à concentração de ácido acético ácido e ácido fórmico. No entanto, os efeitos desse aumento na DA precisam ser avaliados, pois juntamente com a solubilização dos açúcares, aumenta a concentração de AGVs e furanos, que podem ser tóxicos ou inibitórios para microrganismos. Observa-se que nas condições 4 e 6 (T=160⁰C, t=60min e T=180⁰C, t=60min) a concentração de ácido fórmico é maior que a concentração de ácido acético, o que não ocorre em outros experimentos.
Ao analisar o efeito da temperatura na concentração de ácidos, quando ela é aumentada, comprova-se uma influência menor quando o teste dura 15 minutos. Ao avaliar o aumento do tempo para a temperatura de 120⁰C, evidencia-se uma redução na concentração de FF de 20,79%. Outra variação de parâmetro em que a concentração de FF diminui ocorre quando a temperatura é aumentada de 120⁰C para 160⁰C, com um tempo de 15 minutos, encontrando uma concentração de FF 39,36% menor na condição 3 do que na condição 1.
Em outras comparações, principalmente aquelas associadas a longos períodos de contato e altas temperaturas, há evidências de aumento da concentração de FF e ocorrência de HMF. Assim, quando se pretende utilizar HH em processos envolvendo microrganismos, deve-se avaliar como eles irão se comportar na presença de um substrato contendo concentrações expressivas de furfural, pois a concentração de açúcares pode não ser determinante para a eficiência do processo não. Como esperado, um comportamento semelhante pode ser observado nos dois resultados, uma vez que há maior solubilidade do BM, a concentração de compostos quimicamente oxidáveis no HH aumenta, o que consequentemente aumenta a demanda química de oxigênio.
Ao avaliar a influência do tempo e da temperatura na solubilidade e concentração de COD, pode-se observar que em ambos os casos, como a. Portanto, é óbvia a necessidade de otimizar o processo de tratamento da biomassa visando maior concentração de açúcares e redução de compostos inibidores. Nessas condições, aliadas à baixa concentração de produtos inibidores, o que favorece a biodegradabilidade, o fato é que esses oligômeros são hidrolisados por microrganismos hidrolíticos a açúcares e posteriormente convertidos em CH4.
Por outro lado, a concentração de furanos é 2,2 vezes maior que a encontrada para o hidrolisado 3, o que pode explicar a menor biodegradabilidade do hidrolisado 5. Devido à alta concentração inicial de açúcares C5 e C6 presentes no hidrolisado 4, era esperado que A BMP apresenta bons resultados na produção de metano. A ineficácia do experimento pode ser explicada pela alta concentração de furanos e ácidos no início do experimento, o que leva a uma maior toxicidade do meio.
Conclusão
An overview of key pretreatment processes used for bioconversion of lignocellulosic biomass into biofuels and value-added products. Estudo da produção de ethanol pela yeast Pichia stipitis, a partr do hidrolisado hemcelulósico de bagaço de malte. Optimization of substrate concentration of dilute acid hydrolyzate of lignocellulosic biomass in batch hydrogen production.
Development of a functional sprouted barley food from Brewer's Spent Grain for the treatment of ulcerative colitis. Influence of extraction solvents on the recovery of antioxidant phenolic compounds from brewer's spent grains. Effect of pretreatment severity on the conversion of barley straw to fermentable substrates and the release of inhibitory compounds.
Produção de biogás a partir de hidrolisados gerados no pré-tratamento por auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar. Digestão anaeróbia de hidrolisado de hemicelulose produzido após pré-tratamento hidrotérmico de bagaço de cana-de-açúcar em reator UASB. Avaliação do tratamento alcalino do bagaço de malte e seu efeito na bioconversão de frações açucaradas em etanol.
A synergistic effect of pretreatment on cell wall structural changes in barley straw (Hordeum vulgare L.) for efficient bioethanol production. Anaerobic digestion for bioenergy production: Global status, environmental and technological economic impacts and government policies. Fiber, protein and mineral fortification of wheat bread through ground and fermented brewer's spent grain enrichment.
Liquid hot water pretreatment of sugarcane and its comparison with chemical pretreatment methods for sugar recovery and structural changes.
