1ª Apresentação - Introdução Camilla Rodrigues Mendonça - 93313 Fermentação de Hidrolisado Lignocelulósico para a produção de etanol de 2ª geração 1ª Apresentação - Introdução Camilla Rodrigues Mendonça - 93313

Etanol como combustível- Histórico Mundo Há mais de 4000 anos os egípcios produziam pão e bebidas alcoólicas a partir de cereais e frutas. Leewenhoek – século 17- primeira citação sobre levedura. Bechner - Século 17- somente líquidos açucarados sofrem fermentação alcoólica, por um processo semelhante à combustão. Lavoisier – 1789 – estudo quantitativo da fermentação alcoólica, encontrando etanol, gás carbônico e ácido acético.

Etanol como combustível- Histórico Mundo Pasteur- 1863 - demonstração da natureza microbiológica da fermentação alcoólica como um processo anaeróbio. Os organismos vivos responsáveis pela transformação receberam o nome de leveduras. Segundo ele:  100 g de sacarose  105,4 g de açúcar invertido  51,1 g de etanol + 49,4 g de CO2 + 3,2 g de glicerol + 0,7 g de ácido succínico + 1 g de outras substâncias.  Buchner – 1897 – extratos de leveduras são capazes de conduzir a fermentação alcoólica sem a presença de células vivas.

Etanol como combustível- Histórico Brasil Modernização pró - alcool 1975 Aumento do consumo - (carros flex, adição de álcool anidro a gasolina, exportações, etc...) Busca para se melhorar a produtividade Fixado como combustível alternativo e renovável

1975 - Criação do Proálcool – produção atinge rapidamente 15 bilhões de litros em poucos anos. A frota de carros a álcool atingiu 4 milhões de veículos. Com o abaixamento do preço internacional do petróleo, perdeu-se o interesse político pela produção do etanol. Em julho de 2006, no Brasil, a frota de veículos movidos a etanol e veículos flex era estimada em 3,579 milhões de unidades ou 15,9% do total. Em 2006, 48,9% da produção total de veículos leves e automóveis de passeio está voltada para veículos bicombustíveis, enquanto 51,1% destinam-se aos demais usos (gasolina, álcool e diesel) (IEA, 2006).

Etanol como combustível- Ambiental

Etanol como combustível- Ambiental Boletim nacional de energia ministério de minas energia

Etanol como combustível- Estimativa de ganho Ambiental Estima-se que no ano 2014 haverá no Estado de SP cerca de 7 milhões de hectares de cana plantada. Dessa área, cerca de 5,9 milhões de hectares serão em áreas mecanizáveis. Os restantes 1,1 milhões de hectares estarão em áreas não-mecanizáveis, com declividade acima de 12%. Sem o Protocolo e atendendo à Lei 11.241 de 2002, teríamos no ano 2014 ainda 3,83 milhões de hectares sendo queimados. Com o Protocolo, toda a área mecanizável será colhida crua, sem queima. Da área total, haverá queima em apenas 440 mil hectares, ou menos. A redução da quantidade de água utilizada no processamento industrial da cana, estabelecendo como meta o uso de 0,7 – 1 m3 de água por tonelada de cana-de-açúcar processada (Resolução SMA – 88, de 19/12/08), é outra ação do Protocolo que, em conjunto com os outros instrumentos da Secretaria do Meio Ambiente, visa melhorar a eficiência dos processos industriais, poupando um recurso ambiental cada vez mais escasso. Outro ponto positivo desencadeado pelo Protocolo Agroambiental é o compromisso das signatárias em proteger e favorecer a recuperação de suas áreas de mata ciliar. Nas áreas canavieiras das usinas e propriedades de fornecedores de todo o Estado de São Paulo estão declarados mais de 250 mil hectares de matas ciliares, algo nunca antes assumido por nenhum setor agropecuário no Brasil. Secretaria do meio ambiente do Estado de São Paulo

Etanol como combustível- Renováveis

Matérias Primas – Sacaríneos (cana) Bagaço Resíduos da colheita - palha Lignocelulósicos 45% Sólidos insolúveis 2-3% Sólidos solúveis Umidade 50% Celulose % 46,6 Hemicelulose% 25,2 Lignina% 20,7 Celulose 45,1% Hemicelulose 25,6% Lignina 12,7% Outras matérias orgânicas 4,3% Cinza 8,0% Umidade 9,7%

Matérias Primas – Sacaríneos (cana) Composição da celulose : Fibra (8-18%) : lignina Biomassa hemicelulose lignocelulósica Caldo (86-92%) : água (75-82%) sólidos solúveis (18-25%)

Matérias Primas – Lignocelulósicos Vantagens do uso do bagaço : * O bagaço já vem processado das moendas * Esta disponível em grandes quantidades * Tem custo mínimo * Esta pronto para uso no local, evitando aumento de custos com transporte * Aumentos significativos da produção de etanol sem aumentar a área plantada - Uso da palha da cana, aumentando a quantidade de matéria prima

Matérias Primas – Pentose e glicose A produção de etanol em grandes quantidades, atualmente, é mais viável através de processos fermentativos. Os micro-organismos que conduzem a fermentação alcoólica utilizam como substrato (fonte de carbono) carboidratos, porém poucos são os carboidratos (açúcares mais simples) já prontos para serem utilizados pelos agentes (micro-organismos) responsáveis pela fermentação alcoólica. 1-   Carboidratos que podem ser fermentados diretamente: Glicose: polpa de frutas, hidrolisados Frutose: polpa de frutas, hidrolisados Sacarose: cana de açúcar, beterraba, colmo de sorgo sacarino.  2-     Indiretamente fermentescíveis Amido: mandioca, batata doce, milho, grãos de cereais, mesocarpo do babaçu, batata inglesa, tubérculos em geral. Celulose: madeira, bagaço de cana, resíduos agrícolas

Matérias Primas – Pentose e glicose Uma definição mais geral seria: Carboidratos são polihidroxialdeídos, polihidroxicetonas, polihidroxiálcoois, polihidroxiácidos e seus derivados simples e polímeros destes compostos. Classificação quanto à reação de hidrólise (reação com água em presença de catalisador adequado) Monossacarídios – compostos que não podem ser hidrolisados a compostos mais simples. Exemplos de monossacarídios: glicose, frutose, galactose. (pentoses) (hexoses)

O Processo de Produção

O Processo de produção Hidrolise (sacarificação)  processo de incorporação de água a hemicelulose, transformando-as em açucares Fermentação  processo que transforma os açucares em álcool Destilação  processo que separa o álcool dos demais componentes do mosto(principalmente da água) Etanol produzido a partir de material lignocelulósico

Diferença entre processos

O processo fermentativo Os mecanismos de reações biológicas para obtenção de energia para as células, sob condições anaeróbias, foram denominados de fermentação por Pasteur por volta de 1860, que definiu fermentação como vida na ausência de ar. Já que muitos processos microbiológicos industriais, tais como fabricação de vinho eram anaeróbios, o termo fermentação também foi atribuído a eles. Posteriormente, todos os processos de conversão microbianos passaram a ser denominados de fermentação, sejam eles aeróbios ou anaeróbios.

O processo fermentativo CO2, H20, NH3, etanol e outros Nutrientes CATABOLISMO ATP NADH NADPH FADH2 ADP NAD+ NADP+ FAD ENERGIA Nutrientes Proteínas Polissacarídeos Ac. Nucléicos Outros ANABOLISMO

Condução da Fermentação Os micro-organismos que conduzem a fermentação alcoólica utilizam como substrato (fonte de carbono) carboidratos, porém poucos são os carboidratos (açúcares mais simples) já prontos para serem utilizados pelos agentes (micro-organismos) responsáveis pela fermentação alcoólica.

Agentes de Fermentação Do ponto de vista econômico, as leveduras são os microrganismos mais importantes da fermentação alcoólica. As espécies mais usadas na produção industrial de álcool e aguardentes são Saccharomyces cerevisiae e Saccharomyces uvarum, das quais foram selecionadas várias linhagens (fermenta açúcares de 6 carbonos) Quando o mosto tem pentoses é necessário a presença de outras espécies, tais como Candida utilis.

Próximos passos Analisar de forma detalhada detalhes do processo de fermentação, plantas industriais e equipamentos de produção Estudar as Influências do processo Análises dos produtos secundários