PRODUÇÃO DE ÁLCOOL DE SEGUNDA GERAÇÃO A PARTIR DA BIOMASSA RESIDUAL DO ARROZ

 Luana de Bona Goulart;Shanelly Cargnin Faust;Willian Gaudino Lunardi. Professor Jair Juarez João, DrDisciplina de Química Orgânica II

2011

Introdução 

Pensando  em  futuras  crises  mundiais  devido  à escassez  das  fontes  não  renováveis  de  energia,  e  o encarecimento  das  mesmas,  percebe-se  que  há  a necessidade  de  encontrar  novas  fontes  de  energia  que sejam renováveis e menos agressivas ao meio ambiente. Como consequência, as pesquisas com esse  intuito vêm evoluindo rapidamente.

A produção de biocombustíveis é uma alternativa a  cada  dia  mais  possível,  devido  aos  avanços tecnológicos na área de desenvolvimento de métodos de produção da mesma.

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Justificativa

  Atualmente  as  fontes  de  energia  existentes, principalmente  as  advindas  do  petróleo,  somam  55%  da energia  consumida  no  mundo  (CTBE,2011).  O  petróleo  é   fonte  não  renovável  portanto  cabe  a  área  tecnológica desenvolver  novos métodos  de  produção  de  energia,  sendo esta cada vez mais limpa. 

  Sendo  o  Brasil  um  país  onde  a  produção  agrícola  é abrangente, a biomassa é um subproduto que está disponível em grande quantidade, a mesma é produto a ser utilizado no processo  para  a  produção  de  álcool  de  segunda  geração.   Desta forma obtendo uma nova forma de energia, mais limpa e renovável.  

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Objetivos

  O  projeto  visa  à  produção  do  álcool  de segunda  geração  a  partir  da  biomassa  residual  do arroz.  Sendo  que  o  mesmo  será  pelo  método  de hidrólise  e  fermentação  em  separado  (Separated Hydrolysis and Fermentation- SHF). 

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O que são alcoóis de segunda geração 

Os  alcoóis  de  segunda  geração  são obtidos  através  do  reaproveitamento  de resíduos da primeira geração onde o processo é  baseado  na  hidrólise  dos  polissacarídeos, transformando-os  em  açúcares  e posteriormente  a  obtenção do  álcool  através da fermentação.

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Importância da utilização e fabricação do bioálcool

A área agrícola a ser colhida no Brasil em 2011  é  cerca  de  48,6  milhões  de  hectares, sendo esta área 4,5% maior do que em 2010. Destes  90,5%  são  de  arroz,  milho  e  soja. (IBGE,2011)

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Etanol a partir de materiais ligno-celulósicos  

A  biomassa  ligno-celulósica  é  composta  por celulose,  hemicelulose  e  lignina.  A  celulose  quando hidrolisada  transforma-se  em  glicose  onde  está  é fermentada para obtenção do etanol.

  Segundo  Silva  (2010,p.51),  para  melhor aproveitamento  das  frações  polissacarídicas  foram desenvolvidos  quatro  estratégias  para  a  produção  do álcool de segunda geração: Hidrólise e  fermentação em separado,  Sacarificação  e  fermentação  simultânea,   Sacarificação  e  co-fermentação  simultânea  e Bioprocesso Consolidado. 

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Composição da BiomassaA  biomassa  é  composta  de  três  principais 

substâncias,  que  são  a  celulose,  a  hemicelulose  e  a lignina. 

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Estrutura química da celulose 

Fonte: MORAES, 2005 apud SILVA,2010. 

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Componentes da fração hemicelulose 

Fonte: MORAES,2005 apud SILVA,2010. 

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Precursores primários da lignina

Fonte: D’ALMEIDA, 1988  apud SILVA,2010

Obtenção da celulose

        Qualquer tipo de biomassa que  seja  rico em celulose  pode  ser  utilizado  para  a  produção  do bioálcool. O  Brasil  sendo  um país  onde  a  economia baseia-se na atividade agrícola  tem  inúmeras  fontes da mesma. 

  A  composição  e  a  estrutura  da  biomassa interferem  na  qualidade  e  nos  rendimentos  da hidrólise e da fermentação. 

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Tabela 1- Composição química parcial de material lignocelulósicos (%)

Material lignocelulósico

Celulose Hemicelulose Lignina Outros

Palha de arroz 33 26 7 24

Casca de arroz 38 20 19 25

Fonte: SCHLITTLER;JUNIOR, 2008 apud CASTRO, 2006. 

O  IBGE  (2011)  faz  uma  prévia  de  que  a  produção  de arroz alcance 12,8 milhões de toneladas de arroz com casca, o que é um aumento de 12,6% ao ano de 2010. Sendo que destes 60% são produzidos na  região sul. 

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Esquema do Processo 

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Fonte: RABELO, S. C. Avaliação de desempenho do pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino para a hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar. Dissertação (Mestrado) | Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2007

Fluxograma do processo escolhido 

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Fonte:Disponível em:< http://www.engetecno.com.br/port/proj.php?projeto=fabrica-para-producao-de-alcool-de-cereais-arroz-e-milho-3000-litros-dia>

ETAPAS DO PROCESSO 

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Tratamento mecânicoInicialmente,  a  biomassa  residual  é  lavada  e 

submetida  a  um  tratamento  mecânico  para  adequar  o tamanho das partículas. 

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Disponível em:< http://fiepb.com.br/noticias/2011/07/04/senai_citi_presta_servico_de_metal >

Pré – tratamento 

O  pré-tratamento  química  utilizado  é responsável  por  remover  a  lignina  sem  degradar  a cadeia celulósica que deve apresentar as propriedades adequadas para sua posterior utilização.

A  lignina  é  degradada  por  diversos microorganismos cujos os mecanismos de degradação natural  são  desconhecidos,  porém  é  conhecido  que agentes  oxidantes  como  o  peróxido  de  hidrogênio apresentam  um  importante  papel  no  pré-tratamento da  biomassa.  (FORNEY  et  al.,  1982;  KITSUKIe  GOLD, 2982).

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Reator de pré-tratamento

Fonte: Disponível em:<http://geopoliticadopetroleo.wordpress.com/2010/06/07/novo-processo-revolucionario-de-geracao-de-energia-aproveita-todo-potencial-energetico-da-biomassa/>

Hidrólise da celulose

A hidrólise enzimática da celulose é realizada pelas  enzimas  celulases,  as  quais  são  altamente específicas 

    A  mesma  é  conduzida  em  condições  mais brandas (pH 4,8 e temperatura entre 45 e 50 °C) do que quando comparadas a hidrólise ácida. E permite rendimentos  de  até  85%,  além  de  possibilitar  a fermentação simultânea  e a sacarificação.

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Reação de Hidrólise

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Fonte: <http://www.infoescola.com/quimica/alcool-combustivel/exercicios/>

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Reator de Hidrólise

Fonte: Mettalica Industrial

Fermentação alcoólica

A  fermentação  alcoólica  consiste  em uma série de reações químicas catalisadas por algum  tipo  de  microorganismo,  a  levedura Saccharomyces cerevisiae

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Fonte: Disponível em:<  http://www.colegioweb.com.br/quimica/fermentacao-alcoolica-a-partir-do-melaco.html >   

Destilação

O  processo  de  destilações  baseia-se  na  separação através  da  vaporização  de  misturas  líquidas  de  substâncias voláteis  miscíveis  nos  seus  componentes  individuais  ou  em grupos. 

Coluna A: responsável pelo escoamento do vinho;Coluna A1: epuração do vinho; Coluna D: concentração do álcool de segunda; Coluna B responsável pela retificação; Coluna B1: responsável pelo escoamento compõe o conjunto de retificação.

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Configuração usual da destilação no processo de produção de bioetanol

Fonte: JUNQUEIRA, 2010, p. 12

Resíduos do Processo 

Os    resíduos  que  são  obtidos  em maior  quantidade  nesse  processo  são o açúcar não fermentado, os líquidos e a lignina. 

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Viabilidade técnica e econômica do processo 

  É  possível  conseguir  de  75%  a  80%  de aproveitamento  com  o  tipo  de  processo escolhido. 

  Em  uma  tonelada  de  palha/casca  seca com  cerca  de  37 % de  celulose,  que  no  caso temos  respectivamente  33%  e  38%,  permite uma obtenção de 300 a 350 litros de etanol. 

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  No Brasil o custo projetado gira em torno de US$ 0,40/l,

Evolução dos custos da hidrólise enzimática

Conclusão 

  Sabe-se  que  com  as  limitações  atuais  no uso  da  hidrólise  enzimática,  seria  inviável  a utilização  do  etanol  de  segunda  geração  em grandes  quantidades  para  produção  de  energia no Brasil e no mundo. Mas assim que vencermos essa barreira, poderemos utilizar novos métodos de produção de biocombustíveis,  e o nosso país contando  com  biomassa  a  baixo  custo  e  em abundância, terá uma posição privilegiada frente a outros grandes países. 

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ReferênciasEMBRAPA. Importância econômica, agrícola e alimentar do arroz. Brasília:    EMBRAPA, 2005. Disponível em : <http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Arroz/ArrozIrrigadoBrasil/cap01.htm>. Acessado em: 07/11/2011.

 Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.Levantamento sistemático da produção agrícola. Brasil:IBGE,2011. Disponível em:< http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_visualiza.php?id_noticia=1798&id_pagina=1>.  Acessado em: 07/11/2011. 

 JUNQUEIRA, Tassia Lopes. Simulação de colunas de destilação convencional, extrativa e azeotrópica no processo de produção de bioetanol através da modelagem de não equilíbrio e da modelagem de estágios de equilíbrio com eficiência. Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, São Paulo,2010. 

 Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol.Bioetanol. São Paulo: CTBE,2011.  Disponível em:< http://www.bioetanol.org.br/interna/index.php?chave=bioetanol>. Acessado em: 07/11/2011.

 ROSA, Sergio Eduardo Silveira da; GARCIA, Jorge Luiz Faria.O etanol de segunda geração: limites e oportunidade.Revista do BNDES 32. Brasil: 2009.Disponível em:< http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivos/conhecimento/revista/rev3204.pdf >. Acessado em:31/10/2011.   

 SILVA, Neumara Luci Conceição. Produção de bioetanol de segunda geração a partir de biomassa residual da indústria de celulose.Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, Rio de Janeiro, 2010. Disponível em:< http://www.ladebio.org.br/download/bioetanol-2a-geracao-de-biomassa-residual.pdf >. Acessado em: 31/10/2011.

   SEABRA,Joaquim Eugênio Abel.Avaliação técnico-econômica de opções para o aproveitamento integral da biomassa de

cana no Brasil.Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, São Paulo, 2008. 

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