PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS INSERIDA NO CONTEXTO DE BIORREFINARIA 2G

Nei Pereira Jr., PhD

Professor Titular

nei@eq.ufrj.br

LADEBIO-EQ/UFRJ

website:

www.ladebio.org.br

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

ESCOLA DE QUÍMICA

Núcleo de Biocombustíveis, de Petróleo e de seus Derivados

Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

INSERIDA NO CONTEXTO DE

‘Thanks to fundamental advances in genetics, BIOTECHNOLOGY will

define scientific progress in the 21st Century. It is all happening faster

than anyone expected’

Parceiros/Financiadores: PETROBRAS; ANP; FAPERJ; CNPq; DBMol/UNB; CAM/UFAM; LC/USP; IQ/UFRJ; IM/UFRJ; GreenTech/UFRJ; ICB/UFRJ; FIBRIA/ARACRUZ; BRASKEM; PEQ-COPPE/UFRJ; INETI/PT and INCT-BIOETANOL.

RESÍDUOS:



BAGAÇO E PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR



RESÍDUOS DO PROCESSAMENTO DO MILHO



TORTA DE MAMONA



RESÍDUOS DA INDÚSTRIA DE CELULOSE



RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DO ÓLEO DE PALMA



RESÍDUOS URBANOS BASEADOS EM CELULOSE



BAGAÇO DE SORGO (

Sorghym bicolor

)



APROVEITAMENTO INTEGRAL DO

Arundo donax



MELAÇO



VINHOTO

Produtos-alvo:



ETANOL



BUTANODIOL



XILITOL



ÁCIDO SUCCÍNICO



ÁCIDO PROPIÔNICO



ÁCIDO LÁTICO



ACETONA-BUTANOL-ETANOL



XILANASES



CELULASES



FRUTOSE



HMF  POLÍMEROS VERDES



FIBRA DE CARBONO

Valorização Biotecnológica de Resíduos

Agrícolas; Agroindustriais; Urbanos e Florestais

no Contexto de BIORREFINARIA 2G

Projetos em desenvolvimento

MUDANÇA DE PARADIGMA

REPENSAR NOSSA MATRIZ ENERGÉTICA E

FONTES DE MATÉRIAS-PRIMAS

DIVERSIFICAR O USO DESSAS FONTES

BUSCAR POR FONTES RENOVÁVEIS E

ALTERNATIVAS MENOS POLUIDORAS

Oferta de Energia no Brasil (2010) e no Mundo (2009)

Fontes: MME (2011) e IEA (2010).

80%

FÓSSEIS

vs

13%

RENOVÁVEIS

54%

FÓSSEIS

vs

45%

RENOVÁVEIS

Oferta de Energia no Brasil (2010) e no Mundo (2009)

Demanda cresce a uma taxa de 2,5%/ano

O BRASIL POSSUI UMA DAS

MATRIZES ENERGÉTICAS MAIS

LIMPAS DO MUNDO

E

NOTÓRIA “VOCAÇÃO” PARA

DESENVOLVIMENTOS NA ÁREA

O QUE É BIOMASSA E POR QUE

UTILIZÁ-LA EM SUBSTITUIÇÃO E/OU

ASSOCIAÇÃO ÀS FONTES FOSSEIS ?



Biomassa Natural



Biomassa Alimentícia



Biomassa Energética



Biomassa Residual

Biomassa Vegetal

O



MATERIAL ORGÂNICO

oriundo de fontes vegetais ou animais;



Direta ou indiretamente formada pelo

PROCESSO DA FOTOSSÍNTESE

;

INTERMEDIÁRIOS DA BIOMASSA

VEGETAL PARA A PLATAFORMA

BIOQUÍMICA DA BIORREFINARIA

SACARÍNEAS

AMILÁCEAS

LIGNOCELULÓSICAS

AMIDO

CELULOSE

HEMICELULOSE

SACAROSE

XILOSE

MANOSE

ARABINOSE

FRUTOSE

_GLICOSE

GALACTOSE

INTERMEDIÁRIOS PARA A PLATAFORMA BIOQUÍMICA DA BIORREFINARIA

O Contexto Brasileiro

Candidata atraente como fonte alternativa ao petróleo:

B I O M A S S A



Única fonte abundante de carbono renovável;



Matéria-prima para

Biorrefinarias

;



Baixas pegadas de carbono quando comparadas ao

Petróleo;

CONSUMO APARENTE DE ETANOL E GASOLINA NO BRASIL

Combustível

Consumo Aparente (mil m

₎

2008

2009

2010

2011

Gasolina C

25.175

25.409

29.844

35.452

Gasolina A

18.881

19.057

22.756

27.069

Etanol Anidro

6.294

6.352

7.088

8.383

Etanol Hidratado

13.290

16.471

15.074

10.718

Etanol Total

19.584

22.823

22.162

19.101

A gasolina tipo A é a gasolina produzida pelas refinarias ou petroquímicas, que não contém álcool. A

gasolina tipo C é a gasolina comercializada nos postos de serviços, e que recebe a adição de álcool

anidro nas Distribuidoras, no percentual determinado pela legislação federal. (site da Petrobras)

DESTINAÇÃO DA CANA-DE-AÇÚCAR NA INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA

Safra

Destinação da Cana (%)

Etanol

Açúcar

2009/10 56 44

2010/2011 54 46

2011/2012 51 49

Fonte: http://www.bioetanoldecana.org/pt/download/resumo_executivo.pdf, acesso em 03/02/2012.

USO DA TERRA E ÁREA DISPONÍVEL SEM IMPACTO NO BRASIL

Cultivos/Atividades/Tipo de Área

Área

(milhões ha)

Cana

7

Soja

20

Milho

13

Floresta plantada

6,6

Pecuária

210

Área disponível sem impacto

100-120

Área cultivada para atividades agrícolas

76,7

Brasil – área total

855

9,1%

da

área

cultivada e



1% da

área total do país

Produção Brasileira e Norte-Americana de

Etanol de 1

a

_Geração

(juntos



90% da produção mundial)

Fonte: LMC International (2009); SINDAÇUCAR & SIAMIG (2010); Nastari (2011); MDIC (2012); RFA –Renewable Fuels Association (2012).

IMPACTO DAS INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NA

PRODUTIVIDADE DO ETANOL BRASILEIRO

Período/Fase/Estágio

Produtividade

Agrícola

(t cana/ha) (L etanol/t cana) Industrial Agroindustrial (L etanol/ha) 1977-1978 Fase inicial do Proálcool: baixas

eficiências no processo industrial e na produção agrícola

65 70 4.550

1987-1988 Consolidação do Proálcool: as

produtividades agrícola e a industrial aumentam significativamente

75 76 5.700

1990-2004 Processo de produção de etanol operando com a melhor tecnologia disponível

85 80 6.800

2005-2010 Primeiro estágio de otimização dos

processos 81 86,2 6.900

2010-2015 Segundo estágio de otimização dos

processos 83 87,7 7.020

2015-2025 Terceiro estágio de otimização dos

processos (incorporação Etanol 2G)(*) 84 115-175 9.650-14.700

Fonte: adaptado de Nogueira (2010)



ETANOL DE 1

_GERAÇÃO

CALDO DE CANA &

GRÃOS/CEREAIS



Energia vs Alimentos.

BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA

BIOMASSA ALGAL



Não compete com a produção de alimentos.



Crescimento mais rápido do que culturas terrestres;



Não compete com culturas agrícolas.

ETANOL E SUAS DIFERENTES GERAÇÕES



ETANOL DE 2

_GERAÇÃO

TECNOLOGIAS MADURAS

TECNOLOGIAS EMERGENTES (EM CRESCIMENTO)

TECNOLOGIAS PORTADORAS DE FUTURO

ESTRUTURAS DE BIORREFINARIAS

Fonte: Thomas & Octave (2009)



Biorrefinaria baseada em

Carboidratos

(

Sugar Biorefinery

)



Biorrefinaria baseada em

Lipídeos

(

Lipids Biorefinery

)



Biorrefinaria baseada em

Biomassa Lignocelulósica

(

Lignocellulosic Biorefinery

)

amido, sacarose... LIPÍDIOS LIGNOCELULOSE

BIOTECNOLOGIA, “QUÍMICA VERDE”

PRODUTOS DE INTERESSE INDUSTRIAL Pré-tratamento

Celulose

Hemicelulose Lignina

Estrutura simplificada de uma Concepção de

BIORREFINARIA INTEGRAL

(

Whole Crop Biorefinery

)

O que são BIORREFINARIAS?

BIORREFINARIAS

são similares às refinarias de petróleo em conceito; no

entanto estas concepções tecnológicas utilizam

BIOMASSA

(em oposição ao

petróleo e outras fontes fósseis) para produzir

COMBUSTÍVEIS para

TRANSPORTE

, uma variedade de

SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

e

ENERGIA

.

ESQUEMA SIMPLIFICADO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO ATRAVÉS DO

CONCEITO DE BIORREFINARIA 2G ATRAVÉS DAS PLATAFORMAS

BIOQUÍMICA E TERMOQUÍMICA

Benefícios de Tecnologias de Conversão

de Biomassa Lignocelulósica para

Desenvolvimentos em Biorrefinaria 2G



Fontes abundantes e baratas de recursos renováveis;



Geração não compete com o uso da terra para a produção de

alimentos;



Não há necessidade de expansão das fronteiras agrícolas para a

produção de matéria-prima;



Oportunidade para o desenvolvimento industrial com base no conceito

de BIORREFINARIA;



Redução nas emissões gasosas que causam o “efeito estufa”;



São tecnologias mais limpas;



Promovem benefícios macroeconômicos para as comunidades rurais e

para a Sociedade como um todo;

BIOMASSA

LC

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E

OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

MICRORGANISMOS

O

+ Energia

GLICOSE

COMBUSTÍVEIS VERDES

Diesel; Gasolina; Querosene etc

CO

+

BIOCOMBUSTÍVEIS

&

PRODUTOS QUÍMICOS

&

BIOMATERIAIS

CO + H

PROCESSO

BIOQUÍMICO

PROCESSO

QUÍMICO

PLATAFORMA TERMOQUÍMICA

PLATAFORMA BIOQUÍMICA

BIOMASSA

LC

Fischer-Tropsch (1920) é uma reação química catalisada na qual monóxido de carbono e

hidrogênio (gás de síntese) são convertidos a hidrocarbonetos líquidos de várias formas

(Diesel, Gasoline, Kerosene e Lubricants).

(2n+1)H

+ nCO → C

H

+ n H

O

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E

OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

MICRORGANISMOS

O

+ Energia

GLICOSE

COMBUSTÍVEIS VERDES

Diesel; Gasolina; Querosene etc

CO

+

BIOCOMBUSTÍVEIS

&

PRODUTOS QUÍMICOS

&

BIOMATERIAIS

CO + H

GAS DE SÍNTESE

_PROCESSO

QUÍMICO

PLATAFORMA TERMOQUÍMICA

HMF

FRUTOSE

PROCESSO

HÍBRIDO

DMF

PLATAFORMA BIOQUÍMICA

BIOMASSA

LC

PROCESSO

BIOQUÍMICO

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E

OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

MICRORGANISMOS

O

+ Energia

GLICOSE

COMBUSTÍVEIS VERDES

Diesel; Gasolina; Querosene etc

CO + H

Fischer-Tropsch

GAS DE SÍNTESE

_PROCESSO

QUÍMICO

PLATAFORMA TERMOQUÍMICA

HMF

FRUTOSE

PROCESSO

HÍBRIDO

PLATAFORMA BIOQUÍMICA

BIOMASSA

LC

FDCA

POLÍMEROS

FURÂNICOS

CO

+

BIOCOMBUSTÍVEIS

&

PRODUTOS QUÍMICOS

&

BIOMATERIAIS

PROCESSO

BIOQUÍMICO

PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS E

OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

12 Building Block Chemicals That Can Be Produced

From Sugars Via Biological or Chemical Conversions

Source: Top Value Added Chemicals From Biomass. Produced by Staff at the Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) and the National Renewable Energy Laboratory (NREL), 2005.

The circled derivatives are those in commercial use and produced in commodity-scale volume today. A dashed line indicates a lack of knowledge about how to undertake the proposed pathway. The team attempted to identify most of the derivative pathways that could be replacements for petrochemically-derived compounds and for novel compounds that

have growth potential. Taken together the number of potential pathways and associated technical barriers for each star

O Complexo Lignocelulósico

Composição Básica:



CELULOSE (40-60%)



HEMICELULOSE (20-40%)



LIGNINA (10-25%)

CELULOSE

: homopolissacarídeo constituído por unidades de

GLICOSE

[



-(14)-D-glucopiranose]. A unidade que se repete é

CELOBIOSE

.

HEMICELULOSE

: heteropolissacarídeo composto de pentoses e hexoses

(

XILOSE

,

GLICOSE

,

MANOSE

,

ARABINOSE

e

GALACTOSE

), assim como

ácidos orgânicos (glucurônico and acético).

Principais Diferenças entre

CELULOSE e HEMICELULOSE

CELULOSE

HEMICELULOSE

Homopolisscarídeo composto por unidades de GLICOSE

Heteropolissacarídeo composto por várias

unidades de PENTOSES and HEXOSES Alto grau de polimerização (2.000 a 18.000) Baixo grau de polimerização (50 a 300) Produz arranjo

fibroso Não produz arranjo fibroso Apresenta regiões

cristalinas e amorfas Apresenta somente regiões amorfas Hidrolisada lentamente

por ácidos inorgânicos diluídos a altas

temperaturas

Atacada rapidamente por ácidos inorgânicos

diluídos a altas temperaturas

É insolúvel em álcalis É solúvel em álcalis

Modelo do complexo

lignocelulósico mostrando o efeito

geral do pH na solubilização da

HEMICELLULOSE and LIGNIN

Fontes: Mosier et al. (2005); Pereira Jr. et al (2008) e Pedersen and Meyer (2010).

LIGNINA

SOLÚVEL

BIOMASSA

LIGNOCELULÓSICA

PRÉ-TRATAMENTO

(PRÉ-HIDRÓLISE/AUTO-HIDRÓLISE)

HEMICELULOSE

(PENTOSES + HEXOSES)

CELULOSE + LIGNINA

(CELULIGNINA)

OH

_{ou solventes orgânicos}

(DESLIGNIFICAÇÃO)

CELULOSE

LIGNINA

H

(HIDRÓLISE)

GLICOSE

FRACIONAMENTO DA BIOMASSA

LIGNOCELULÓSICA PARA UTILIZAÇÃO

NA PLATAFORMA BIOQUÍMICA



Hidrólise Enzimática

TENDÊNCIA



Inibidores de

Lignina

Celulose

Hemicelulose

Pré-tratamento

Pré-tratamento da Biomassa Lignocelulósica

Objetiva desorganizar o complexo lignocelulósico,

resultando no aumento da DIGESTIBILIDADE DA CELULOSE

(maior acessibilidade das enzimas às moléculas de celulose)



NÃO HÁ UM PRÉ-TRATAMENTO UNIVERSAL

;



A escolha do pré-tratamento será dependente principalmente da

DESTINAÇÃO

que se pretende dar a biomassa lignocelulósica;



Na maioria dos casos,

PROCESSOS TÉRMICOS

são necessários e deve-se

avaliar o

SINERGISMO

existente entre as variáveis de processo envolvidas;



Se a decisão for a utilização de toda a porção

CARBOIDRATO

, o

pré-tratamento deverá estar associado a um

PROCESSO DE HIDRÓLISE DA

HEMICELULOSE

, cujo hidrolisado, por sua vez, deve ser prontamente

fermentável por microorganismo com atividade preparatória;



É essencial a redução prévia da recalcitrância da biomassa para que seja

eficientemente atacada por enzimas. A composição do material sólido

pré-tratado torna-se

MAIS SUSCETÍVEL À HIDRÓLISE ENZIMÁTICA

por celulases

(

AUMENTO DA DIGESTIBILIDADE DA CELULOSE

);



Altos

RENDIMENTOS EM AÇÚCAR

são vitais. O aumento dos rendimentos via

otimização do pré-tratamento é uma condição

sine qua non

para redução dos

custos unitários do processo.

Os critérios para o sucesso do PRÉ-TRATAMENTO incluem: minimização da

degradação da lignina (lignina ácida) e dos carboidratos (compostos

furânicos), ser de baixo custos energéticos de capital e incluir a recuperação

dos insumos químicos utilizados.

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO

(para solubilização e/ou hidrólise da HEMICELULOSE)



EXPLOSÃO COM VAPOR

(requer hidrólise posterior, para utilização da corrente C5)



EXPANSÃO DA FIBRA COM AMÔNIA

(requer separação da hemicelulose da lignina)



EXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADA

(

pré-tratamento associado à hidrólise)



PRÉ-TRATAMENTO COM ÁCIDO DILUÍDO EM CONDIÇÕES MODERADAS

(

pré-tratamento associado à hidrólise)



TERMOHIDRÓLISE

Oxigênio

9,2%

Ácidos

29,7%

Álcalis

14,3%

Enzimas

32,1%

Água

9,1%

Solventes

orgânicos

5,6%

Fracionamento/Hidrólise da

Hemicelulose e da Celulose

Deslignificação

Pré-tratamento ácido do Bagaço de Cana - Otimização conjunta

(concentração de xilose e eficiência de hidrólise da hemicelulose)

PRODUTOS DA DEGRADAÇÃO

DE XILOSE

87,5%

ácido

p

-hidroxibenzóico

ácido

m

-hidroxibenzóico

ácido vanilínico

ácido siríngico

ácido cinâmico

vanilina

p

-hidroxibenzaldeído

siringaldeído

álcool coniferílico

álcool sinapílico

LIGNINA

Fonte: Parajó

et al.

(1998)

hidroxi-metil furfural

furfural

HEMICELULOSE

CELULOSE

Substâncias que são comumente reportadas como

inibidores da atividade metabólica, provenientes do

pré-tratamento ácido de materiais lignocelulósicos

ácido acético

acetaldeído

CHO

Por que hidrolisar celulose

enzimaticamente?

R & D & I



Podem apresentar altos custos de produção;

Entretanto,



Condições moderadas de pressão, temperatura e pH;



Alta especificidade;



Eliminação de hidroximetil furfural, dentre outras

substâncias tóxicas (derivados da lignina);



Baixo consumo de energia;

CELULASES E AÇÃO SINÉRGICA DO COMPLEXO

CELULÁSICO NO PROCESSO HIDROLÍTICO

Fonte: Arantes e Saddler (2010) AMORFOGÊNESE da celulose

cristalina. Dispersão/tumefação das fibras de celulose

Fermentação de

Glicose (C

)

Fermentação de

Xilose (C

)

Pré-tratamento

Produção de

Celulases

Hidrólise da

Celulose

Destilação

Concepções Tecnológicas e Integração de Processo

na Produção de ETANOL 2G segundo a Plataforma

Bioquímica da Biorrefinaria

Inibição das celulases

por celobiose e glicose mais avançada  concepção

gaseificação

fermentação

destilação

Processo Híbrido: Fermentação de Gás de Síntese (CO+H

₂

)

Via de Wood

–Ljungdahl

Kundiyana, DK et al. (2010). Feasibility of incorporating

cotton seed extract in Clostridium strain P11 fermentation

Biorrefinarias 2G em Operação (>100 m

3

_/ano)

CONTINENTE

ESTRATÉGIA

EMPRESAS

América

SHF

Blue Fire Ethanol

SSF

American Process

Inc

AE Biofuels

Blue Sugars

Catchlight

Energy LLC

Cargill

Citrus Energy

LLC

Colusa

Biomass

Energy Corp.

Edeniq

Globex Inc.

Lignol Energy

Pacific Ethanol

Poet

Pure Energy

Corporation

Pure Vision

Tembec

Verenium

SSCF

Du Pont Danisco

Cellulosic Ethanol

Iogen

CBP

Aemetis Inc.

Mascoma

Europa

SSF

Abengoa

Biogasol

Inbicon

Sekab

Borregard

ST1 Biofuels

SSCF

Mossi & Ghisolfi

Group

Sud-Chemie

Ásia

SSF

COFCO/Sinopec

Marubeni Corp.

Praj Matrix

Estratégias para Redução de

Custos na Produção de Etanol 2G

Os custos de produção de etanol variam em função do

preço da matéria-prima

,

rendimento e produtividade em

produto

e

custos de produção de celulases

.

A redução dos custos de produção de etanol pode ser

atingido, adotando principalmente duas estratégias:



No nível de produção de etanol

(Integração de Processo; Biologia Molecular)



No nível de produção de celulases

(

Screening

de microrganismos produtores - Engenharia de Enzimas)

Cellulolytic Activities of Commercial and

LADEBIO-BR Enzymatic Preparations

ß-glucosidases Endoglucanases Celobiohidrolases

LADEBIO Strain A

LADEBIO

Strain B

LADEBIO Strain C

LADEBIO Strain D

LADEBIO Strain E

LADEBIO Strain F

Celuclast

GC-220

Spezyme

0

20

40

60

80

100

Relative Activity (%)

Commercial

preparations

Evolução da Otimização das Condições de

Cultivo para a Produção de Celulases em

Frascos Agitados e Biorreator

(

Penicillium funiculosum LADEBIO D1

)

Source: Maeda & Pereira Jr. (2008)

CMCase: 11000 U/L β-glucosidase: 1900 U/L FPase: 950 U/L Avicelase: 900 U/L 0 200 400 600 800 1000 0 12 24 36 48 60 72 84 0 200 400 600 800 1000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 FPase A vi ce la se ( U /L ) Tempo de fermentação (h) Avicelase FP a se ( U /L ) CMCase C M C a se ( U /L ) -glucosidase  -g lu co si d a se ( U /L ) Tempo de Fermentação (h)

Superfície de Resposta da função

Desirability

para a

otimização das condições de cultivo na produção de

celulases por

Penicillium funiculosum







 







3 2

1

FPase

d

CMCase

d

glu

d

D











1

Atividades dos Preparados

Enzimáticos LADEBIO

Microrganismo

_FPase

Atividades (U/L)

_CMCase

_

_-glucosidase

Penicillium funiculosum

63.000

602.000

140.500

Trichoderma harzianum

46.500

1.035.000

24.000

Aspergillus niger

₄

₅₀₀

_49.000

Bagaço

in

natura

Celulignina Ácida

Performance of Enzymatic Preparations

(

GENENCOR and LADEBIO-BR

)

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 M25 M12,5 P25 M12,5 P12,5 Ctrl G licose (g /L ) Tempo de hidrólise (h)

Enzymatic hydrolysis of partially delignified sugarcane bagasse cellulignin (PDCL). Solid concentration 25

g/L (cellulignin with 70 % cellulose). M25 (MULTIFECT 25 FPU/g); M12.5 (MULTIFECT 12.5 FPU/g); P25

(LADEBIO 25 FPU/g); M12.5 P12.5 (MULTIFECT 12.5 FPU/g + LADEBIO 12,5 FPU/g).

Enzyme

Total

Enzyme

Load

(FPU/g)

Yield

(%)

(

) M25

25

66.3 ± 3,5

() M12.5

12.5

46.7 ± 0,4

(

) P25

25

85.9 ± 1,1

(

) M12.5+P12.5

25

94.8 ± 2,0

0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 Tempo (h) X ilo se , A rab in o se e G lic o se ( g /L ) 0 10 20 30 40 50 B io m as sa, E tan o l e X ili to l (g /L ) Xilose Glicose Arabinose Xilitol Etanol Biomassa

Fermentação alcoólica da fração hidrolisada HEMICELULÓSICA de bagaço de cana pré-tratado por uma linhagem de

levedura fermentadora de xilose

NAD+ _NADH

XR XD

XR: xilose redutase;

XD: xilitol desidrogenase

XILOSE XILITOL XILULOSE

NADPH NADP+

SSF

PHE

Fermentação alcoólica de CELULOSE de bagaço de cana, parcialmente deslignificada, pelo processo SSF utilizando um preparado enzimático customizado produzido por uma

linhagem selecionada de Penicillium sp e fermentação com levedura industrial

As setas indicam o tempo em que o biorreator foi alimentado com celulignina. A área cinza representa a etapa de pré-hidrólise enzimática (PHE)

Produção de Etanol de

Bagaço de Cana-de-Açúcar

segundo o Modelo de Duas Correntes

ETANOL

PATENTE PETROBRAS n

₁₀₀₀

ET

ANOL

CEL

P-2 Utilidade Fria Utilidade Quente Água Utilidade fria Utilidade quente CaO BAGAÇO VINHOTO ETANOL CaSO₄

Pré

-trata

men

to

HIDROLIDADO

HEMICELULÓSICO

SSF (Sacarificação Simultânea à

Fermentação)

Fermentação

Alcoólica

Produção de

Celulase

CELULIGNINA

PLANTA PILOTO DA PETROBRAS

UFRJ

Patente PI0505299-8 (11/2005)

Patente PI0605017-4 (12/2006) (PATENT nb. 1000) Patente PI0200801-58 (12/2008)

26/10/2007

ETANOL

74 162 190 260 0 50 100 150 200 250 300 Et an o l/ B ag aço d e ca n a ( L/ to n ) 2004 2005 2006 2011 Ano

Histórico do Desenvolvimento do

Projeto de Produção de Etanol

de Bagaço de Cana-de-Açúcar

_UFRJ

Análise Energética do Bioprocesso

29,43 MJ/L

Consumido na

produção

21,06 MJ/L

Produzido

1.000 ton de Bagaço: 260.000 L

_{SuperPro Design}

Desafios para Desenvolvimentos

em BIORREFINARIA 2G segundo

a Plataforma Bioquímica



Modificação genética da parede celular de vegetais para

aumento da produção e utilização da biomassa;



Tecnologias de pré-tratamento eficazes, com mínima geração

de substâncias tóxicas (inibidores da fermentação);



Produção dedicada de celulases (in plant production);



Engenharia de enzimas para eficiente hidrólise da biomassa;



Microrganismos

geneticamente

modificados

para

a

fermentação eficiente de C5 e C6;

Núcleo de Biocombustíveis,

de Petróleo e de seus

Derivados da EQ/UFRJ

UFRJ

• Laboratório de Tratamento Térmico e

Armazenamento de Biomassa • Laboratórios de Pesquisa: (18):  Caracterização de Biomassa  Central Analítica  Microbiologia  Biologia Molecular  Tecnologia de Fermentação  Engenharia de Enzimas  Cultivo de Microalgas

 Biocombustíveis não convencionais

 Processos Termoquímicos

 Desenvolvimento de Catalisadores

 Produção e Caracterização de Biodiesel

 Biomateriais

 Fluidodinâmica Computacional

Automação e Controle de Processos

 Reologia e Termo-análise

 Modelagem Termodinâmica e Cinética

 Análises de Petróleo e de seus Derivados

 Escola de Química Verde

• Utilidades

• Sala para Workshop

“Moving from an economy

based on GEOLOGY to one

based on BIOLOGY.

Changes that will have effects

comparable to those of the

Industrial Revolution are now

beginning.”