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Desenvolvimentos da biopolpação no Brasil

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Academic year: 2017

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p

4Q

r Technical ArJcle

Desenvolvimentos da

biopolpa

ao

no

Brasil

Biopulping developments

in

Brazil

Autorl

trsthor Andre Ferraz

0 0 N 0

a

W G

C

Pala rras

shave

Biodegrada

ao

da

madeira biopo

17a

ao

celulose

lignina polpa

e

paps

RESUMO

A

biopolparrao

euma

tecnologia cuja aplica

ao pods

ser

vantajosa

para

polpa

ao

mecanicaou

quim

ice Elaapresen

ta beneficios taiscomo

produczao

de

polpa

mais

resistente

economia de

energia

oude

produtos

quimicos

Este

artigo

apresenta uma vireo de

conjunto

dos recentes trabalhos no sentido de desenvolver processor de

biopolparzao

no

hrasil

fornecendo tambem

informa

oes

relevantes sobre o desenvolvimento da

biopolpa

ao

em escala mundialFo rambiotratadoscavacosde madeira de

Eiecalyptus grandts

com

Ceriporiops7s subvernrisporca

Hama

planta

photo

com

capacidade

de 50 te usados para

produzir polpas

TMPe

CTMPem escala industrial Foram observadas economies de

energia

de ate 1Re 27na

produ

ao

de

polpas

TMP e CTMPcom grau de refino de 450470 CSF

Canadian

Standard

Freeness Apesar

de

resultarprodu

ao

cle

polpas

Bio

Th

Pmaisescuras

branqueamento

deum

estagia

com

5de

H2O

foi suficiente para

aprimorar

osvalores de al

vurade

polpas

BioTMPe de controlspara 70ioe 72ISO

respectivamente

A

compreensaodos

mecanismos de

biopol

pa

ao

tambem e relevanteporque

poderiam

serselecionadas

especies fungicas

mais resistentese

competitivas

combase Hum

projeto

orientadopara a

fun

ao depurar

ao

No que se refers as

alterarzoes quimicas

na madeira induzidas

pelo

fungo esforros

recentes assinalaram doffs diferentes

tipos

de

transforma

ao

da madeira Umenvolve intense

despoli

merizar

aa

de

lignina

em curtos

periodos

de

biotratamenta

enquanto 0 outro indica que

rear

oes

de

esterificar

ao

de ozalato secretado

pelo fungo

Hascadeias de

polissacarideos

Keywor

cls

Biopulping

cellydrrse

li

s

is pazlp

arrdtcxtertivrrrrd

Bicrdegrcxrlaticrn

a srRacr

Biopulping

is a

technology

which

application

can be

advantageous

to mechanicalor chenrieal

pulp

ing

It

presents

Benefits

suchas the creation

of

stron

ger

pulp

as wellasenemy orchemicals

srnsings

Thispaper

gives

anoverview

of

the recente

fforts

to

develop Biopulping

processes inBrazilas well as

provides

critical

infor

mation

on

Biopulping

devel opment worldwide

Earcalyptus g

andis

wood

chips

have been Biatreated by

Ceriporiopsi

s

suBvermispo

rainaSOton

Biopulping pilot

plant

and usedto

produce

T121 and CT2

pulps

on amill scale

LTp

to 1 acrd 27enemy

savings

hcneBeen obsefed

for prodarcing

45040CSFreeness TMP and CTMP

pulps Despite

darker BioTIIIP

pulps

are

produced

one

stage

bleaching

with 5

H

Oz

was

sufficient

to

improve

Brightness

valuesto 0and 72ir

for

Bio T11fP ccnd eontrol

pulps respectively tnderstanding

Biopulping

mechanismsis also relevant

Because

more resistantand carrspetitive

fungal

species could be selected with Basis on a

function

directed

screen

ing project

s

far

as the chemical

changes

induced

By

the

fungus

in woodare

concerned

recent

efforts

have

pointed

orrt

for

two

di

er

ent

types

of

wood

trcrnsforrnations

One

of

them involves intense

lignin

depolym

erizrxtion

in short biotreatment

periods

while the other indicates drat

esterificcrtion

eactions

of

oxalate secreted

By

the

fungus

onthe

polysac

charides drains increase thewatersaturation

point

Reterencias dos Autores Aathorsreferences

EscoladeEngenhariatleLoreneUniversitlatle tle SaoPaulo Lorene SP Brasil Larena

sfngrneerrngSchool San Pauln StateUnrversrty LvrenaSP Brazrl Autorcorrespondents Corespondrrgathor

AFerraz EscolatleEngenhariatleLorene Universitlatle tle SaoPauloCP11612602810LoreneSP Brasil

Phone

(2)

elevam o

ponto

de

satura

ao

de

agua

das fibras

Espera

se

queambas as

transforma

oes

afetem as

ligac

oes

fibrafibra econsegtiientemente a resistencia fisica da madeira

INTRDDU

AD

A

biopolparao

e

opre

tratamento fungico

decavacosde

madeira

projetado

comp umprocessode

fermenta

ao

deesta

do

solido

Paraa

proclurao

de

polpas

mecanicaou

quimica

O

processoe direcionado a

produCao

de

polpas

para

fabricarao

de

papel

demenordemanda de

energia

paraodesfibramento

refinarao

oueconomia cle

produtos quim icon

bemcomp me lhores

propriedades

de resistenciaOconceito de

biopolpa

ao

sebaseiana

capacidade

de

alguns fungus

de

decomposiCao

Branca formar coloniase

degradar

seletivamentea

lignina

da

madeira deixando

delta

maneira

a celulose relativamente intacta Ha necessidade decertas

condiCOes

de processo e

exigencias

de

projeto

para se obter o efeito de

biopolpa

ao

1

A

biopolpacao pode

serrealizada em biorreatares de diferentes

tipos

inclusive

pilhas

de cavacos a ceu

aberto

clependendo

das necessidades do

microrganismo especifico

para a

obtenrao

dos resultados estabelecidos Durante a

etapa

do biotratamento deveriasermantidoumelevado teor

de umidade

aproximadamente

noponto de

saturar

ao

das

fibras

nos cavacosde

madeira

issoafim deassegurarotima form

a

ao

de coloniase

penetra

ao

de hifas

fungicas

O grau

de

assepsia

deveriaser

controlado

para assegurar

coloniza

ao

bem

sucedida da madeira

pela linhagem fungica especifica

usada clependendo

desuaresistencia a

contaminar

ao

etam

bem

capacidade

de

competir

com abiotamicrobiana existents nos cavacosde madeira

Outro

topico

relevante refersse a

compreensao

das mecanismos de

biopolpar

ao

uma vez que

poderiam

ser se

lecionadasespecies fungicas

mail resistentese

competitivas

combase em

projeto

direcionado para a

funr

ao depurar

ao

A

degrada

ao

eou

modificarao

seletivas de

lignina

nativana madeirapoi

fungus

de

decomposi

ao

Branca

pode

facilitara sua

remo

ao

ouamolecimentonoprocessode

polpaCao

sub

segiiente Contudo

o grau de

remor

ao

de

lignina

duranteo

pre

tratamento fungico

nao esta relacionadocom aeconomia de

energia

na

polpaCao

biomecanica

2

3

nem com oaumento

das velocidades de

deslignifica

ao

observado na

polpar

ao

orgunosoly 4

e noprocessokraft Dados obtidos deum a unica

especie fungica

oude diversas

especies

consideradas

conjuntamente

indicamque naohaum a

correla

ao

Claraentre aeficiencia da

biopolpa

ao

e as

perdas

depesoaudecompo nentes damadeiraNuma

primeira abordagem pode

se

pustu lar que

modificaroes morfologicas

da

madeira

ou a

remo

ao

de

alguns

compunentes secundarios da

madeira

tailComo resinasou

polifenois

extrativos

poderiam

ser

responsaveis

pelos

beneficios da

biupolpa

ao

Naoobstante

modifica

aes

superestruturais

da

madeira

que resultam em aumento de

porosidade

e

remor

ao

de extrativossaousualmenteprogres

of

the

fibers

Both

iransf

or

rriations

are

expected

to

affect

the

fiber

fiber

bonding and consequently

the

physical

resistance

of

wood

INTI

OflIlCTION

I3iopulping

is ilre

fungal

pretreatment

of

wood

chips designed

as asolidstate

ferrnentatiore

pro

cess

for production

of

mechanical orchemical

pulp

Theprocess isdirected towards

production ofpulp

s

for pcxper

rnaking

with decreased energy

r

equire

rnerats

for defiber

ingirefinireg

orwith chemicalsav

ings

as wellas

improved strength

properties

The concept

of biopulping

isbasedon the

ability

oj

some

white

rot

fungi

tocolonize and

degrade

selectively

lignin

inwood

thereby

leaving

cellulose

relatively

intact There arecertcxin process conditions and

design

requirements

necessaryto

gain

a

biopulping

effect IJ

Biopulping

can be carriedoutinbiore

acfors

of

different

types

including

open

chip piles

depending

onthe requirements

of

the

particular

microorganism would Iecxve

for

optimal

results

High

nsoisture content at about the

fiber

saturation

point

should be

kept

in wood

chips during

the biotreat

rrsentstep

to ensurean

optimal

colonization and

penetration of

fungal h3rphae

The

degree

of

asepsis

should be controlledto ensure cx

successful

wood colonization

by

the

particular fungal

strainused de

pereding

onits resistance

agcxinst

contamination and

ability

to corrzpete with the microbial biota available

inthe wood

chips

Another

relevant

subject

is to understand bio

pulping

mechanisms

since more resistantand

competitive

fungal

species

could be selected with

basison a

jixnction

directed screening project

The

selective

degradation

acedor

modification

of

na tive

lignin

in tivood

by

tivhiterot

jixngi

can

fcxcilitate

itsremovalor

softening

in a

srrbsecluent pulping

process

Ho

a

ever

the extent

of lignin

removal

during fungal

pretreatmentis notrelatedtotlae

energy savingsin biomeehanical

pulping

2

3J

or to the increase in

delignificatiore

rcxfes observed

in

organasoly

4J

arrd

kraft pulping 5J

Data ob

tainedfrom asingle fungal

species

or

j

om

several

species

considered

cxltogetleer

indicate that there

is reoclear correlation bettiween the

biopulping f

ficiencv

and the wood

weight

or

component

losses sa

first

approach

itcarebe

postulated

thatmor

phological

wood

modifications

orremovexl

of

some

rrrinorwood comfroreents such as resins or

poly

phenols

extractives

could be

responsible for

the

biopulping benefits

Nevertheless

ultrastructurcxl ood

rrrodifications

that resultin

porosit

increase

0 a N

O x

W

(3)

sivasem

funrao

do

tempo

de

biodegrada

ao

aopasso queos beneficios da

biopolpa

ao

nao osao

5

Resultadosrecentes

assinalam boas

correla

oes

entreosbeneficios da

biopolpar

ao

e aintense

despolimeriza

ao

da

lignina

observada durante os

estagios

iniciais do biotratamento da madeirapor

fungos

seletivos de

decomposi

ao

branca

7

esterificar

ao

de

oxalato

produzida

pelo

fungo

nas

fibres

aumentao panto de

saturarao

des fibres eesta bem correlacionadaaeconomies de

energia

observadas na

polpar

ao

biomecanica

3

Este

artigo

forneceumavisao

geral

dos recentes desen volvimentos da

biopolpar

ao

realizada numa

planta

piloto

com

capacidade

de50 texistente no

Brasil

bem comade novas

metodologias

de

polpa

ao

de amostras de madeira biotratadas Tambem sao discutidos progresses em

relar

ao

aosmecanismos envolvidosna

transforma

ao

de

componentes

da madeira

pelo fungo

de

biopolparao

o C

subvermispora

usadonamaioria des vezes

0 0 N 0

a

W G

C

Processamento de TMPeCTMP de

Eucalyptusgrandis

biotratado em

planta

piloto

com

capacidade

de 50 t Foram avaliados cavacos de madeira de E

gr

undis

biotratados comC

subvermtspora

numa

pilha

decavacos de 50 tPara

processamento

de TIvIP eCTMPem escala industrial

8

9

Paraumdos

ensaios

o consumode

energia

pare

produzir polpas

com 450470 CSF sob

condi

oes

de processamento de TMP e CTMPfoi reduzido em 1e

27 respectivamente

hs

polpas bio

TMP produzidas industrialmente

eram maisescuras quea TMPde controle

9

enquantoa CTMP

apresentava valores de alvura semelhantes em ambos os casos

8

Na TIv1P foi observada

redu

ao

de ate 16

pontos

de alvuraparaas

polpas preparadas

nas

pesquisas

da

planta

piloto 9

Todavia

foi interessante notar que

quando

abio

TMP de E

grandis

foi submetida a

branqueamento

com

peroxido

a

rearao

de

controle

emque

biopolpa

tratadacom acido

pentacetico

de

triamina

dietilenica

foi embebida em alcali

pH 11

e em

seguida

lavada em

ague proporcionou

aumentoda alvura inicial da bioT1VIF de44 pare 55 ISO

Inversamente

o mesmo tratamento teve efeito de

branque

amento

insignificante

na TIvIPde controle

Figure 1

Este

resultado indica queuma

frarrao

dos cromoforos

presentee

em

biopolpas

e facilmente removivelpormeio de umsim

ples

tratamentoalcalino Comidenticas

cargasde

peroxido

abioTMP obteve mais

pontos

de

branqueamento

doqueas

polpas

de controleNoentantoaalvura final des

biopolpas

era

sempre

ligeiramente

inferior a alvura des

polpas

de

controle

indepenclentemente

dacarga

deperoxido aplicada

Parao caso de

branqueamento

deum

estagio

com5de

peroxido

de

hidrogenio

osvalores de ahuraeramde70ede

72

para

abioTMPe as

polpas

de

controle

respectivamente

Dosagens

mais altas de

peroxido

tiveramumefeito

naasignificativa

na alvura final de ambas as

polpas

Figure 1

andextractives removal are

usually

Progressive with

biodegradation

time whereas the

biopulping

benefits

are not

f5

Recent resarlts

point

out

for

good

correlations between

biopulping benefits

and

intense

lignin depolyrneri

ation

observed

during

the initial stages

of

tivood biotreaiment

by

selective white

rot

fungi

J

Esterification of

oxalatepro

duced

by

the

fr

r

gars

to

the

fibers

improves

the

fiber

saturation

point

and correlates well with energy

savings

observed in biomechanieal

pulping

f3J

This

raper

n

ovides

anoveriew

oftl

e

recent

advances

of biopulping perrfor

rned

ona 0ton

pilot

plant

establishedin

Brazil

as well as on near

rrrethodologies

for

pulping

biotreated ood

samples

1dvarcesonthe mechanisms involvedinwoodcom ponent

transformation by

the

mostly

used

bio

ulpir

g

fungus

C

subvermispor

isalso discussed

T t

IP axd CT1LIP

processing

of

Eucalyptus grrrn

ks

biotreatedorr aSOton

pilot plant

E

gr

ar

dis

wood

chips

bioirecrtedhv C subver

mispora

in al1ton

chip pde

have been evaluated

for

T2P and CT2P processing on amill scale

8 9

For one

of

the

trials

energy

consumption

un

der TlIP and CTwIP

processing

conditionswere re

duced

by 1 c43o and

27

respectively for producing

pulps

with 45047D CSF

Industrially

produced

bioT1IIP

pulps

weredark erthan controlT121

f9

wl2ile CT1V1F

presented

similar

brightness

values inboth cases

8J

In 711P a

reduction

of

upto 16

brightness

points

hers been observed

for

the

pulps prepared

on the

pilotplant

studies

j9

However itwas

interesting

tonote that when bioTMP

from

E

grandis

wassubmitted to

peroxide bleaching

the control reaction inwhich DTPA

treated

biopulp

was soaxedinalkali

pH

11 and then washedinwater

provided

anincrease in initial bioT1IP

brightness front

4to S ISO

Conversely

thesametreatmenthada

negligible

bleaching effect

on the control711P

Figure

l

This result indicates thata

fraction of

the

cl

romophores

presentin

biopulps

are

easily

remrnable

by

a

simple

alkaline treatmentl4t identical

peroxide loads

bio T111P

gained

rnore

bleaching

points

t1an t1e control

pulps

However

the

final brightness

of

the

biopulps

was

always slightly

lotiver than the

brightness

of

the contr

ol

pulps

regardless

of

the

peroxide

charge

ap

plied

For

one

stage

bleaching

with Sc

hydrogen

peroxide

brightness

values were 70 and

12

for

bio

T

2P and control

pulps respectively Higher

(4)

Testes de fotorreversao e de reversao

termica

reali zados em TMPe bioTMP

branqueadas

mostraramque a bioTMPeramais estavel durante as

primeiras

horas de

fotoamarelecimento

em

comparar

ao

com a TMP de cantrole

9

Por

exemplo

bioTIvLP

branqueada

comal vurainitialde 6io

perdeu

18

pontos

de alvura

ap6s

1 hora de

fotorreversao enquanto

a TIviP de

controle

com a mesmaalvura

initial

perdeu

24

pontos

durante o mesmo

periodo Contudo

umafotor

reversao

prolongada

resultou emvalores de alvura seme

80

a

70

a

60

a

50

polpanaotratada

40

0 2 4 6 8 10 12 14

Cargadepernxida dehidrogenio

pesolpesobasepolpa

Figura

1

Respostas

do

branqueamento

de

polpas

ter

momecanicas preparadas

a

partir

decavacnsde madeira de E

grandis

naoiratados

circulos vazios

a biotraiados comG

subvermispnra circulos pretos

lhantesParaambasas

polpas

Figure

i

Eieaching

responses of tirerrromechanical

pulps

Photo and thermal

reversion tests

perfor

rned

onbleached T1lIP and bio

T1

IPshowed that bio

T1lIPwere more stable

during

tlse

r

st

hours

ofphoto yelloN

ing

when

compared

to

control T

1P

9J

For

example

bleached bio Ptiiiih 63 initial

brightness

lost IS

bright

ness

points

after

1 hour

ofphoto

reversion

while control

7 11P with tlae

carne iraitial

brightness

lost24

points

during

the same

period Howe

er

p

olonged photo

never

siora resultedinsimilar

AbioTMP

perdeu

menos

prepared

from

untreated

vpencircies

andG

subvermispn

briglatnessvalues

jot

pontos

de alvura cloclue a rahiotreated E

grandis

wood

chips

black

filled

circles

both ulas BioTl2P lost

T1vIP de

controle

do inicio aofim dos testesdereversaotermica

Diagram

asdareversao

da alvura em

func

ao

da alvura initial

permitem

uma

ampla

visao da estabilidade da alvura das

polpas

estudadas Com

base nesses

graficos Figura 2

fica claro quea estabilidade da ahura daTIviP de controleedabioTIvIP

branqueadas

em

rela

ao

a fotorreversao era

semelhante

enquanto abioTMP era

ligeiramente

mais estavel em

relac

ao

areversaotermica doque aT1viP de controle

0 60

A

O 55

rn

Q 50

a

Qry 45

i

40

ro

ad 35

a

30

40 50 60 70 80

Alvura initial ISD

p

less

brightness points

than controlT1IP

throughout

the thermalreversion tes

tsPlots

of brightness

reversionas a

function

of

initial

brightness

permit

abroadview

of

the

br

ight

ness

stability

of

the stradied

pulps

Basedonthese

plots Figure

2

it is clear that the

brightness

stab il

itt of

bleached control and bioTMPto

photo

rever

sionwere

similar

while bioTRIPwas

slightly

more stable to

they

rnal

reversion

than controlT1IP

R U

3D 25

m u

O

a 20

o

L V S

v

ro 10

m

5

d

a

0

30 50 70 80

Alvura inieialIISO

r

0 a N

0 x

Figura

2 Fotorreversao

A

a reversao termica

B

da alvura em

iungao

de niveis de alvura initialem

polpas

TMP bran

w

queadas

com

pernxida

preparadas

a

partir

decavacnsde madeira de E

grandisnaa

tratados

circulos abertos

abiotratados

com G

subvermispnra circulos pretos

Figure

2 Phatn

A

and thermalreversion

8

of

brightness

as afunctian vt initial

brightness

levels

inperoxide

bleached

TliiP

(5)

Polpas

bioCTMP de E

grandis

Polpas

bio

CT

Il

produzidas

industrialmente

ateesta

datanaoforam avaliadascom

detalhes

masforam estudadas

polpas preparadas

emlaboratoriaa

partir

deE

grcandis

bio tratadasnumbiorreator de100 L por 15dins Amostras

biotratadas e controles naoinoculados foram

pre

cozidos

em sulfito alcalinoe

pos

refinados

emmoinho JokroEste

simples procedimento

demonstrousereficiente para apro

du

ao

de

polpas

CTNIP com

propriedades

de resistencia semelhantes as observadas em

polpas

CTIdP

produzidas

industrialmentea

partir

deE

grandis

Orendimento total da

polpa

a

quantidade

de

polpa rejeitada

e osniveis dograude refino da

polpa

sao

apresentados

naTabela 1Orendimento total da

polpa

variou de7ioa76em

funr

ao

do

tempo

de

refino As

biopolpas apresentaram

m enorrendim ento total do queas

polpas

de

controle

para

periodos

de refino semelhan

tes Par outro

lido

as

biopolpas

fibrilavam mais

rapidamente

econtinhammenores

quantidades

de

rejeitos Comparando

se os rendimentos da

polpa

com base em niveis de refino

semelhantes

verificaseque os rendimentos da

polpa

cram

semelhantes emambos oscasosUma

rapida fibrilagao

das

biopolpas poderia

representar

aumento na

produtividade

do

processaoueconomia de

energia

duranteaetapa de

refino

ja

que seria necessariomenortempo de

refina

ao

para

atingir

ograu de

drenagem desejado

Por

exemplo

para

atingir

um

0 0 N 0

a

w G

C

Bio

CT

1IPPtclps fror

a

E

gratidis

Indust

iallproduced

bioCTMP

pulps

ere not evalatatelin details to

date

bast lab

rrepar

ed

pulps from

E

gr

andis

biotreatedin a 100Lbio

reactor

for

1 S

days

werestudied

j8J

Biotreated

samples

and noninoculated controls werepre cookedin alkaline

sulfite

and

post

refined

in a Jokro mill This

sirnple procedtr

re

showed to be

efficient

to

produce

CTMP

pulps

with

strength

properties

similar to that observedin

industrially

produced

CTIIP

paa

lps

from

E

grandis

Total

pulp

yield

amount

of rejected pulp

and

freeness pulp

levelsare

presented

in Table 1 Total

pulp yield

varied

frorrs

8to7iuoas a

function

ofthe beat

ing

time The

biopulps presented

lower total

pulp

yield

than the control

pulps

atsimilar

refining

periods

On the other hand the

biopulps

fibril

latedmore

rapidl3

and contairsed loweramoaents

of rejects

Then

pulp

yields

are

cornpar

ed

at

similar

refining

leti

els

pulp yields

weresimilar in

both cases

Rapid

fibrillation of

the

biopulps

could

represent

increases in theprocess

throughput

or

energysavings

during

the

refining

step since a reduced

heating

tiarae is necessary toachieve ade

siredfreeness

letiel For

exarrrple

toachieve 400

Tabela 1 Rendimento de

polpa

ao

quantidade

de

rejeitos

a grau de

fibrila

ao

de

polpas CTMP preparadas

a

partir

de

cavacosde madeira de

Eucatyptusgrandis

naotratadasa biofratados

Tabie 1

Prr

pirtg yield

amount et

rejects

and

degree

at fibrillation of TNiP

pulps prepared

tram untreated and biotreated

Eucalyptus grandis

wand

chips

E

grandis

naotratado F

grandis

biotratado t

treated

ranr

is

iataaad

r

randis

Tempo

de refino

min

Rendimento total

Rejeitos

CSF Rendimento total

Rejeiios

CSF

eeatin

time

min

a

p

mL

lo

lo

mL

Total

ieict

Rejects

CSF Total

grield

Rejects

CSF

a

r

o

nr

1

rQlo

rm

30

86

8

33

6

708

84

9

30

4

702

3t 3ig 636 i0S r34cJ t4 D

60

84

3

10

0

638

83

2

7

4

622

60 8a3 f 66 63v i2 r 4 6

90 8

3

4

2

8

6 04

79

5

1

2

4 24

Jl

f

J

U J

ti U t

lL

Y 7 7J Ff

120

80

8

0 432

77

6

0 323

12J r3 0 432 776 0 623

135

78

3

0 323 76

0

0 253

1J

(6)

grau cle

drenagem

de 400

mL

a

polpa

de controle

requeria

125min de

refina

5o

enquantoa

biopolpa requeria

somente

95 min

tempo

de refino reduzidaem

24

4s

propriedades

de resistencia de

polpas preparadas

a

partir

deamostrasbiotratadas durante 15 dinsestao

representadas

na

Figura

3Os indices cle resistencia a

trarao

da

biopolpa

aumentaram

significativamente

24

3

e62comgraus de

refinaCao

de630 mL e430

mL

respectivamente

enquanto aresistenciaaorasgomelhorousomente para

polpas

comgraus de

refina

ao

inferioresa500 mL

25

comgrau de refino de 320

mL

Os indices de estouroeram semelhantes para

ambasas

polpas

Graficos de

tra

ao

versusrasgo

Figura

3D

indicaram claramenteque as

biopolpas

apresentaammelhores

propriedades

deresistencia doqueas

polpas

de

controle

ja

que foram obtidos indices de

tra

ao

mais altosemtodaafaixa de

indices de rasgo Scottetul

10

aualiando umprocessode

TMPde doffs

estagios

emescala

laboratorial

para E

grandis

biotratado

obsenaramque aeconomic de

energia

para pro

duzirpolpas

com umgraude refino de400 mL erade 17roe

que

polpas bio

TIvIP comparadas

com as

polpas

de

controle

so

z 50

o ck

40

a 30 a c

ZO

700 500 300 100

Grau de refinacaomL

3

Y z

a a

1

0

700 500 300 100

Grau derefinaaomL

rraL

offi

eeness

the control

pulp r

ee

uired

125 min

of beating

while the

bioplpp

required only

95 min

beating

time redarced

b 24iv

Str

eragth

properties

ofpulps

prepared

fr

om

1

S

d

el hiotreated

samples

areshown in

Figure

3

Biopulp

tensile indexes increased

significantly

24

3

and 62at 630 mL and 430 mL

of

fi

eeness

r

espectivell

J

while tear

strength

un

proved onlvfor pulps

ith

freeness

values below 500 mL

25i

o

at320 mL

of

fi

eeness

Burst in

dexes weresimilcrr

for

botl2

pulps

Tensileversus tear

graphs Figure

3D cle

arly

indicated that the

biopulps presented

bette

strength

p

operties

than

the control

pulps

since

higher

tensile indexes e re obtained

for

tlae entire range

of

tearindexes Scottet al

f10

evaluating

alabscale

two

stage

Tll

IPprocess

for

biotreated E

grandis

observed that energysaving

for

producing pulps

with 400 rnL

offreeness

wits

1

and bioT111P

pulps

presented

doubled tensile andtear indexes hen

6

z 5

t

o

y

m

a

3

ua c

2

700 500 300 100

Grau derefinaraomL

60

as

z 50

aM

try Sr

m 40

z

a

s 1i 30

sw

c

20

3 4 5 fi

Indite derasgo

mN

m

Ig

Figura

3

Propriedades

de resistencia de

polpas

CTMP

preparadas

emescala laboratoriala

partir

decavacos de madeira de

Eucalyptus grandis

naairatados

simbolos abertos

a biofratados

simbolos pretos

Figure

3

trengtlr lrrolaerties

at CT1lr1P

pulps prepared

anlabscale trcna rtntreated

open sytnbnls

and biotreated

black

tilled

symbols

Fuealylltrrs grandis

wend

chips

r

0 a N

O x

W

(7)

exibiam indices de

trarrao

ederasgodugsvezesmais altosEssa

maior resistencia das

biopolpas

vempermitira

prepara

ae

de misturas de

polpas

para

produr

ao

de

papel

tissue usandose

80de bioTMPesomente 20de

polpa

kraft

branqueada

aoinves da

tipica

proporr

ao

de5050usada com

polpas

TMPconvencionais Notarode

polpas

CTMPdeE

grandis

os uumentosnas

propriedades

de resistencianao foram tae

significativos

quantoosobservadosnaTIvIPParafins decom

pararao polpas

bioCTMPcom umgrau de

refinaCao

de 400 mLapresentaram indices de

trac

ao

ederasgo com melhoria de6e

13 respectivamente Figure

3

0 0 N 0

a

W G

C

Mecanismos de

biopotpagao

Emboraa

tecnologia

de

biopolpar

ao

tenha lido avaliada em estate industrial

1

9

10

seus fundamentos

quimicos

e

bioquimicos

aindanaoforam totalmente

compreenclides

Em

gerul

osefeitos benefices do

pre

trutamente

da madeira com

fungus

de

decomposirrao

Brancasaeobtidosnos

estagios

iniciais da

biodegradur

ao

sendoas

perdas

depeso inferio res a5

l

Durante

periodos

de

biodegrada

aobreves

de uma semana de

durar

ao

cavacosde madeira biotratados

tornam

semais metier e mais faceis de serem

rompidos

ao

longo

das eixos das fibras Este efeito de amolecimento

temcenstituidoabasepara uma

proposic

ao

initial de

pre

tratamento

biologico

de caacosde madeirapara

polparao

mecanica

1

Nu

polpac

ao

mecanica

cavacos de madeira

sae

desagregados

em refinadores de discos para

produzir

fibras settere

bem

fibriladas adequadas

paraa

fabricac

ao

de

papel

O processoenvolve demanda intensive de

energia

e a

qualidade

da

polpa depende

de diversas

variaveis

inclusive da

configura

ao

dos

refinadores

du

especie

du madeiraedo nivel de refine

desejado

Deste

mode

cavacosde madeiraque seseparamao

Longo

das fibras mediante

aplicar

ao

demenor

forr

u

mecanica

pouparium energia

e

proporcionariam polpas

mais

resistentes simplesmente

porqueasfibras sofreriam mends dunes duranteas

etapas

de refine

A

despeito

deum

ample

processode

pesquisa

ao

Longo

da ultima

decade

muitas

questoes

continuum

pendentes

Por que cavacosde madeira biotratados facilitam os

processorde

polpa

aoQuaffs

saeas

altera

oes quimicas

induzidas

pele fungo

na madeira que

proporcionam

o efeito de amolecimento

supracitado Quaffs

saeos

agentes

bioquimicos

envolvidos Haumfator isoladoqueerespon savel

peter

beneficios da

biopolparao

No que concerne us

ulterar

oes quimicas

induzidas

pelo fungo

nu

madeira

estudosrecentes tem assinalado doffs diferentes

tipos

de

transformarao

da madeiraUm envolve intense

despolime

riza

ao

da

lignina

em

periodos

de biotratamento decurta

durarrao

6

7

11

enquanto 0 outro indite que

reacroes

de

esterifica

ao

de oxalate secretado

pelo fungo

nascadeias de

polissacarideos

aumentamoponto de

saturac

ao

de

ague

des fibras

3

Espera

se

que embusas

transforma

oes

afe

compared

to control

pulps

This

irnpr

oved

strength

of

hiopulps

allosthe preparation

ofpulp

blends

for

tisszepaper

production

using

b0obioTMP ar2d only 20 bleached

1

aft

pulp

instead the

typical

505Q used iith conventional TllP

pulps

In the case

of

CTMP

gulps

of

E

grandis

increases in the

str

ength

properties

tiverenotas

significant

asobserved

for

T111P For

comparison

purposes bioCTil1P

pulps

with 400 mL

of

fi

ee

rae

ss

presented

tensile andtearindexes

improved

by

6 and 1

respectively Figure i

Meclaaraisms are

biopulpiraa

Although biopulping technology

has been evaluatedon mill scale

jl 9 IOJ

its chemical and biochemical bases asenot

completely

under stood In

general

the

beneficial effects

of

wood pretreatment with whiterot

fingi

areobtainedof the

early

stages

of biodegradation weight

losses

being

lower than 5

l

J

YVithin

biodegradation

periods

as slaortas one

week

biotrecrted wood

chips

become

softer

andeasier to

disrupt along

the

fiber

axes This

softering effect

has been the basis

for

initial

proposal of biological

pretreat

ment

ofwood chips

for

mechanical

pulping IJ

In mechanical

pulping

wood

chips

are

disrupted

in disk

refiners

to

produce

free

and well

fibrillated

fibers

sreitable

for

papermaking

Theprocess is

energy intensiveand

pulp

qualify

depends

on sev eral vuriables

including

tlae

refiners design

wood

species

and the desired

refiring

level In this

cxv wood

chips

that

disrupt along fibers by

re

quiring

Zess mechanical strain wouldsaeenergy

and

provide

stronger

pulps simply

because

fibers

would

suffer

less darnage

during refining

steps

Despite

extensive

investigation

over

the

last decade manyquestions still remain

Y

hy

biotreat ed iood

chips facilitate pulping pr

ocesses

bfhat areflee cherniccrl

changes

induced b flee

fungus

inwood that

provide

t1e

aforementioned

softening

of

fect

Yhatarethe biochemical

agents

involved Is therea

single factor responsible for

tle

biop

arlping ben

fits

14s fc

r

as the ehemicccl

changes

induced

by

the

fungus

inwoodare

concerned

recent

tforts

have

pointed

out

for

ttiro

different

types

of

wood

tr

ansforn2ations

One

of

them in

volvesintense

lignin depolvmerization

in short

biofreatment

per

iods

6

IIJ

while the other indicates t1at

esterification

reactions

of

oxalate secreted

by

the

fungus

onthe

polysaccharides

chains increase the wafer safuration

point

of

the

(8)

tem a

ligac

ao

fibsfibse

consequentemente

aresistencia fisica da madeira

Obviamente

essas

altera

oes

daestru turadamadeira nao saoeventosisaladase a

modifica

ao

glabal

na estruturae

superestrutura

damadeira afetaria o comportamento de cavacosde madeira

biadegradadas

duranteospracessosde

polparao

mecanicaou

quimica

Umfato que requer

atenr

aa

adicional e a falta de car

relarao

entre osbeneficios da

biopolpac

ao

e a

grandeza

da

perda

depeso oude componentes damadeiraPor

exemplo

o grau de

remo

ao

de

lignina

durante

opre

tratamento

fungico

nao esta relacionado com aecanamia de

energia

no processa de

palpa

ao

biomecanica

2

3

nem com o aumentodes velocidades de

deslignificar

ao

observadasna

polpa

ao

organosoly

4

e

polparao

kraft

5

Dados obtidos a

partir

de umaunite

especie

de

fungo

ou de diversas

especies

consideradas

conjuntamente

indicamque naoha uma

carrela

ao

clamentreaeficiencia da

biopalpa

ao

e as

perdas

de peso oude

componentes

damadeira

2

Uma

ample

remoc

ao

de extrativos durante a biode

grada

ao

damadeirapar

alguns fungos

de

decamposi

ao

branca deveria

proporcianar alguma redurao

no alcali necessarioParaa cozimentopar processo kraft

E

bem canhecidoo fato de que extrativos da

madeira

resinas e gruposacetila sao

responsati

eis

porconsumo de alcali na fare initial da

polparao

kraft

12

A

remogao

de ex trativos

pade

resultar emcanais de resina

desobstruidos

facilitandoa

penetrar

ao

do licor ereduzindoo cansuma de alcali ativopor

componentes nao

ligninas

Com

efeito

estebeneficiotem sido referidocomo

justificative

pareo condicionamento

envelhecimento

decavacosde

madeira

bemcomoParaa biatratamento decavacos

pelo fungo

nao

degradador

de

lignina Ophtostorrzu piltfer

um 13

14

Experimentos

de

polpac

ao

com cavacosde madeira livres de extrativos tem sido uteispare avaliar melhor os beneficios da

remoCao

de extrativos durante a

biapolpa

c

ao

Os teoresde

lignina

residualem

polpas preparadas

a

partir

de amostrassemextrativossaointermediariosentre

oscontroles

indecompostos

e amostrasbiotratadaspor C

subverrnisporu 5

oque

significa

que a

rema

ao

deextra tivos facilita a

polpa

aopelo

processo kraft

subsegiiente

Todavia

istonao cansegue

explicar

todos as beneficios observados na

polpaCaa

par processo

bio

kraft

uma vez

que atemesmo umaamostra sem extrativos

preparada

mediante

extraraa

em

etanol

nao e

deslignificada

tao

facilmente quanta as amostras biotratadas O grau de

remoraa

de extrativos durante a

biopolpaCao

corrobora esta

conclusao ja

que de forma semelhante as

perdas

de

lignina perdas

de extrativossao

progressives

em

fun

ao

da tempo de

biodegradarao

ao passo que os beneficios da biatratamentonao asao

5

Ids

alteraroes

induzidas em cavacos de madeiraque

proporcionam

beneficios pare processor de

polpar

ao

affect

the

fiber

fiber

bonding and

consequently

the

physical

resistance

of

wood

Obviousl

these

changes

in woodstrarctarre arenotisolated events

and the overall

change

in the woodstructure and ultrastructure tiuorrld

offect

the behavior

of

biode

gradedwood

chips

during

mechanical orcheryai cal

pulping

processes

One

fact requiring

additionalattention is the lack

of

correlation between the

biopulping

ben

efits

and the extent

of

wood

weight

or

component

losses For

example

the extent

of

lignin

removal

during

fungal

pretreatmentis notrelatedtothe

energ

savings

in biomechanical

pulping

Z3J

or to the increase in

delignification

rates observed

in

organosoly

4J

and

k

r

aft pulping

fSJ

Data obtained

from

cr

single fungal

species

or

from

sev eral

species

considered

altogether

indicate that thereis rso clear correlcrtion beeen the

biopulp

ing

efficiency

and the wood

weigl2t

or

corrrponent

losses

jZ

JJ

Extensive removal

of

extractives

dur

ir

g

tivood

biodegradation

by

somewhiterot

fungi

should

provide

somereduction inthe alkali needed

for

the

craft cooking

Itis well known that woodex tractives resins and

acet3

l

groups are

responsible

for

alkali

consumption

in the initial

phase of kraft

pulping 12J

Extractives removalcan resultin

unobstructedresin

canals

facilitating

the

Ziquor

penetr

ation

and

reducing

the activealkali con

surrrptiora b non

lignin components Actually

t1is

benefit

has been

reportedfor

seasoning

of

wood

chips

aswell as

for

wood

cl2ips

biotreatment

by

the

non

lignin degrader

fungus

Ophiostoma

pilif

erum

f13

14

Pulping

experiments

with

extractive

free

wood

chips

have been

usefir

l

tobetter evaluate

the

benefits

of

extractivesremoval

during biop

arlping

Tlie residual

lignin

contents in

pulps

pre

pared

from

extractive

fi

ee

samples

areintermedi

atebetYVeen the

undecuved

controls and

samples

biotreated

by

C

suhverrnispora

fSJ

which means thatextractivesremoval

facilitates

the subse

quent

kraft pulping

Hoti

i

ever

it cannot

explain

all the

benefits

observedin

bio

kraftpaslping

since even a

sample

without extractives

prepared

by

ethanol extraction is not

deligr

ified

as

easily

as the hiotreated

samples

The extent

of

extrac tives removal

during biopulping

corroborates this

conclusion

since

sirrrilcrrly

to

lignir2

losses

extractive losses are

progressive

tivith

biodegra

dation time whereas the

benefits of

the biotreat

mentarenot

0 a N

O x

W

(9)

mecanicosnao sao necessariamente as mesmas

requeri

das pare a

polpa

ao quimica E

relevante observer que

embora

esteja

correlacionadaaosbeneficios envolvidosna

polpaCao

biomecanica

3

naoseespera quea

esterificarao

de oxalatonasfibras apresente um claro beneficio pare y

polpar

ao

por processo

kraft

porqueos esteres de oxalato consumiriam

parcela

do alcali ativo usado noprocesso de cozimento

Numa outra area de

atividade

fairecentementereferido ofato deque

algumas

faixas de

radiy

ao

noinfravermelho

proximo

NIRj

da madeirase alteram

significativamente

em

periodos

de

biodegrada

ao

detartyextensao tailComo de4 dies

15

Essay

alteraCOes

day intensidades de faixas

NIRprovam

que

modifica

aes

estruturaisemcomponen

tes da madeira tem inicioem

estagio

muito

incipiente

do

processode

biodegradac

ao

Mais relevante eofato deque

faixasNIR

podem

refietirnao somente

altera

oes

nas

liga

oes

covalentes de companentes da

madeira

maytambem

modifica

oes

na

ligar

ao

entreas

fibras

taiscomo

pontes

de

hidrogenio E possivel

que

alterar

oes

secundariasem

liga

oes

de

hidrogenio

entre

superficies

de fibras

sejam

responsaveis pelo

efeito de amolecimento observadoem ca vacosde madeira biatratadospor

fungos

de

decomposi

aa

Branca

quefacility

orompimento

damatrizlignocelulosica

pormeio de refinadores de discos

Today estas

observac

oes experimentais

enfatizam o fato de que as

transformaroes

que ocarrem na madeira durante a

biodegradaCao precisam

ser

investigadas

em

detalhe

se

quisermos

chegar

yuma

descrir

ao

abrangente

da

quimica

da

biopalpacao

0 0 N 0

a

w

C

Observagoes

finais

A

avaliar

ao

industrial decavacosde madeira biotra tados tomC

subvermr

spora

name

plenty

photo

de 50

t de

capacidade

demonstrou que economies de

energia

equivalentes

podem

serobtidasny

biopolpac

ao

emescyla laboratoriale industrial No que se refere as

alteragoes

quimicas

induzidas

pelo fungo

na

madeira

esforr

os

re

centesassinalam doffs cliferentes

tipos

de

transforma

ao

da madeira Um deles envolve intense

despolimeriza

ao

da

ligniny

em

periodos

de biotratamento detarty

duryc

ao

enquanto 0 outro inditeque

rearoes

de

esterificaCao

de oxalato secretado

pelo fungo

naycadeias de

polissacari

deos aumentamo

ponto

de

saturar

ao

cle

ague

des fibras

Presume

sequeambasas

transfonna

oes

afetem a

liga

ao

entre as fibras e consequentemente a resistencia fisica da madeira

AGRAUECIMENTOS

Expressam

se agraclecimentos

pelo

suporte

financeiro cancedidopor

E

PESP CNPq

CAPESe Melhoramentos

Papeis

Ltda

The

changes

induced inwood

chips

drat pro vide

benefits

for

mechanical

pulping

processes arenot

necessarily

the same ones

rec

rr

ired for

chemical

pulping

Itisrelevant to notethat al

thouglr correlating

with the

benefits

in hiome chcrnical

pulping 3 esterificatior2

of

oxalate to

the

fibers

is not

expected

to

present

a clear ben

efit for kraft pulping

because the oxalateesters

ouldconsume

part

of

the active allali usedin

the

cooking

process

In anotlrer

fi

ont

it lras been

recenily

repor

ted

thatBorne near

infra

red

11rIR

bands

from

wood

change significantly

in

hiodegrudation periods

as shortas 4

days

fl JJ

These

changes

inRIR handintensities prove that structured

changes

in

wood components initiate very

early daring

bio

degradation

lore relevantis that NIR bands can

reflect

not

only

changes

in the covalent bonds

of

ood components but also

changes

in

fiber

fiber

bonding

suchas

hydrogen bridges

Itis

possible

thatminor

changes

in

hydrogen bonding

between

fiber

surfaces

would be

responsible

by

the

soften

ing

effect

observedin wood

chips

biotreated

by

hite

rot

fungi

that

facilitates disruption of

the

lignocellulosic

matrix

by

disk

refiner

s

All these

exper

imentcd

observations

empha

size that the wood

transforrnatiorrs

occurring

dur

ing

biodegradation

needtobe

explored

in details

if

we are toarrive ata

comprehensive description

of

the

biopulpirrg

ehemistr

Finnl rernnrks

Rill evaluation

of

wood

chips

biotreated

by

C

srcbvermispora

ona50ton

pilot

plant

dem onstrated drat

equivalent

energy

savings

can be

obtained

in lab acrd millscale

biopulping

As

far

as the chemical

changes

induced

by

the

fungus

in YI

OOdare

COrrCer

ned

YeCerrt

ef

Orts

lrale

pOrntE

d

out

for

two

di

ererrt

types

of

wood

transforma

tions Qne

of

them involves intense

lignin

depo

lymer

ization

in

sh

or

t

biotreatmerrtperiods

tivhile the other indicates that

ester

ification

reactions

of

oxalate secreted

by

the

fungus

on the

polysaccha

rides chains increase the water saturation

point

of

the

fibers

Both

transformations

are

expected

to

affect

the

fiberfiber bonding

and

corrsec

rr

ently

the

plr

sical

resistunce

of

wood

ACKNOWLfDGEMfNTS

(10)

REFERENCIAS

1

Akhtar

M

Blanchette

RA Myers G

Kirk K4n overview

of

biorrrechanical

pulping

research In

Young R

Akhtar

M

editors

Envir

orrrentallyfr7endly technologiesfor

the

pulp

and paper

industry

NY John

Wiley

orielSons

1998 p 30983

2

Leatham

GF 1Vlyers GC y

egner

TH

1990

Bivrnechanical

pulping of

aspen

chips Energy savings resulting

from

differentfungal

treatments

Tappi

J 73

5

197200

3

HuntC

Kenealy

WHorn EHoutman C

2004

A

btopulping

naechantsrncreation

of

acidgroupson

fiber

Holzforschung

58

4

434349

4

Ferraz

A MendonCa R

Silva FT

2000 t

rganosoly delignification of

white and brownrotted

Eucalyptus

grandis

hardwood 7Chem Technol Biotechnol 75

1

1824

5 J Mendon

a

R GuerraA FerrazA

2002 Delignification ofPinus

taeda wood

chips

treated with

Ceriporiopsis

subvermisporafor

preparing

high yield kraft pulps

J Chem Technol Biotechnol 77

4

411418

6

GuerraA

Mendonrra

R Ferraz A

2002

Characterization

ofthe

residual

lignins

in Pinustaeda

biodegraded by

Ceripor

aop

sissubvermispora by

usingin situ Cu0 oxidation andDFRC methods

Holzforschung

56

2

157160

7

Guerra

A

Ferraz

A

Lu

F Ralph

J

2004

Straictirral chcaracterazcatron

oflignin during

Pinus taeda woodtreat

mentwith

Ceriporiopsis

subvermispora Appl

Enairon Microbiol 70

7

40734078

8

GuerraA

Mendon

a

R Ferraz A

2005

Biochenairnechanical

pulps from

Eucalyptus grandis

strength

pro

perties

bleaching

and

brightness

stability

J Wood Chem Technol25

4

203216

9J

Guerra

A

Pavan

PC

FerrazA

2006 Bleaching brightness stability

andchemical characteristics

ofEucalyptus

grandis

bio

TRIP pulps prepared

ina

biapulping pilot plant Appita

7 59

5

412415

10

Scott

GM

Akhtar

M Swaney RE

HoutmanCJRecent

developments

in

biopulping technology

at

Madison

WI

In tiikari

L

Lantto

R

editors

Progress

in

Biotechnology

21Amsterdam

Elsevier 2002

p6171

11

Guerra A

Ivlendonc

a

R Ferraz A

2003

Molecular

tiveight

distribution

of

rolood components extracted

from

Pinus taeda biotreated

by Ceripor

aopsis subvermispora Enzyme

Microb Technol 33

1

1218

12 Chiang VZ

Cho

HJ

Puumala

RJ

Eckert

RC

Fuller WS

1987

Alkali consumption

during kraft pulping of

Douglas

fir

western

hemlock

and red alder

Tappi

J 70

2

101104

13J

FischerKAkhtar MBlanchetteRABurnes TAMessner KKirk TK

1994

Reduction

of

resin contentin

wood

chips during experimental br

ological pulping

processes

Holzforschung

4

4

285290

r

14

Kohler LJF Dinus RJ Malcolm EV Rudie Atli Farrel RL BrushTS

1997 Impro

ingsoftwood

mechanical

C

pulp properta

es

tivith

C7phiostama piliferum Tappi

J 80

3

13540

15

Schwanninger M

Hinterstoisser

B Gradinger C

Messner

K

Fackler K

2004

Examination

of

spruce wood

degradation by

Ceriporiopsis

subverrraispora

using

near sand maid

infrared spectroscopy

J NearInfrared

Spectrosc

a

Referências

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