Caracterização e aplicação dos resíduos da cana de açúcar visando à produção de etanol 2G

Abstract

A utilização racional da biomassa tem sido considerada uma prática promissora para a obtenção de produtos de alto valor agregado em uma cadeia de produção sustentável. Neste cenário, o conceito de biorrefinaria surgiu, esse refere à conversão de materiais lignocelulósicos em bioprodutos (celulose, produtos químicos, etc.) e bioenergia (etanol, energia, etc.) com o mínimo de emissões e baixo desperdício. O conceito de biorrefinaria baseia-se em muitos diferentes tipos de biomassa, como resíduos agrícolas e florestais, madeira e gramíneas em geral, etc. Nesse trabalho, nos reportamos uma caracterização da lignina e dos extrativos presentes no bagaço, medula e palha de cana-de-açúcar. Para a caracterização da lignina utilizamos a técnica de pirólise analítica acoplada a cromatografia gasosa e espectrometria de massa (Pi-CG/EM) e para extrativos; a técnica de cromatografia gasosa e espectrometria de massa (CG/EM). Também, foi investigado o uso do bagaço e da palha de cana de açúcar como fonte para produção de etanol de segunda geração, através da realização de processos de pré-tratamento (auto-hidrólise) seguido pela sacarificação. A análise química dos extrativos permitiu a identificação de 45 compostos de Eucalyptus urograndis, 47 para palha e 67 para o bagaço. Os principais componentes das matérias-primas estudadas foram os ácidos graxos para E. urograndis e carboidratos para palha e o bagaço. Foi possível identificar mais de 40 produtos primários da pirólise para lignina solúvel em ácido e 30 para lignina Klason para os resíduos da cana de açúcar. A pirólise analítica da lignina solúvel em ácido a partir de bagaço de cana (SCB), da palha de cana (SCS), e da medula da cana (SCP) mostrou a prevalência de picos relacionados com produtos derivados de carboidratos. As pirogramas para as amostras de lignina Klason de SCB, SCP e SCS mostraram a prevalência dos picos derivados da lignina. O estudo da produção de etanol de 2G mostrou que um total de 84,4% de açúcar pode ser recuperado a partir do bagaço de cana de açúcar, a 180 0 C durante 20 min com uma dosagem de enzima de 5 FPU/grama de substrato. A análise econômica para o método proposto mostrou que a produção de bioetanol pode ter um retorno financeiro maior do que 12%. Já produção de etanol a partir da autohidrólise da palha da cana parece ser uma abordagem viável financeiramente se um sistema rentável de coleta de palha seja estabelecido. Com esse estudo foi possível verificar que os resíduos da cana de açúcar podem ser fonte promissoras de bioquímicos valiosos os quais podem ser utilizados na indústria de cosméticos, alimentos ou farmacêutica, como também, na produção do etanol de 2G.

In this work, we report the characterization of lignin and extractives present in the bagasse, pith and straw sugarcane. For the characterization of lignin we used the technique of analytical pyrolysis coupled to gas chromatography and mass spectrometry (Py-GC/MS and for extractives to gas chromatography and mass spectrometry (GC/MS). Also, we investigated the use of straw and bagasse sugarcane as a source for production of second generation ethanol, by performing pretreatment (autohydrolysis) processes followed by saccharification. Chemical analysis of extractives allowed the identification of 45 compounds for Eucalyptus urograndis, 47 for straw and 67 for bagasse. The major components from the raw materials studied were fatty acids for E. urograndis and carbohydrates for straw and bagasse. It was possible to identify more 40 primary pyrolysis products for acid-soluble lignin and 30 for Klason lignin for sugarcane residues. Analytical pyrolysis of acid-soluble lignin from sugarcane bagasse (SCB), sugarcane straw (SCS), and sugarcane pitch (SCP), showed prevalence of peaks related to products derived from carbohydrates. The pyrograms for the Klason lignin samples of SCB, SCP and SCS showed the prevalence of lignin derivatives. The study of 2G ethanol production showed a total of 84.4% sugar can be recovered from the sugar cane bagasse, at 180 0 C for 20 min with an enzyme dosage 5 FPU / gram of substrate. The economic analysis for the proposed method showed that the production of bioethanol may have a greater financial return than 12%. Already producing ethanol from sugarcane straw autohydrolysis seems to be a viable approach financially if a profitable system of straw collection is established. With this study it was possible to verify that the wastes sugarcane may be promising feedstocks of valuable biochemical that can be used in cosmetics, foods or pharmaceuticals, as well as the production of the 2G ethanol.