Etanol - Produção Biotecnológica

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escola de Engenharia de Lorena – EEL
Processos Bioquímicos Industriais

Prof. Júlio C. Santos
Produção de
Biocombustíveis:
Bioetanol
Lorena, 2 de agosto de 2023.
Produção de Biocombustíveis: Bioetanol
Sumário
1.Introdução
2.Biocombustíveis
3.Etanol de primeira geração
4.Etanol de segunda geração
Lorena, 2 de agosto de 2023.

⮚Ecological footprint
⮚ 2 de agosto de 2023: a humanidade está “no vermelho” com relação à
capacidade do planeta de fornecer recursos
⮚ desde 1970, a humanidade consome mais que a
Capacidade biológica do planeta
✔ https://www.footprintcalculator.org/
⮚ Avanço tecnológico e
crescimento populacional têm
resultado em pressões cada vez
maiores sobre o ambiente
⮚ A partir da segunda metade do

século XX, questões ambientais
ganharam destaque –
consciência de que os recursos
disponíveis são finitos
⮚ Isto traz um desafio tecnológico

⮚ Substituição dos combustíveis fósseis
por fontes alternativas de energia,
especialmente quando se observam
fatos como os relacionados à elevação
do teor de gases causadores do efeito
estufa, com destaque para o CO2
emitido durante a queima de
combustíveis fósseis
⮚ O entendimento sobre as consequências

danosas devidas às mudanças climáticas
decorrentes tem se tornado mais claro e
consensual na comunidade científica
⮚ A importância de substituir, em veículos
automotores, combustíveis de origem
fóssil pelos de fonte renovável, é
facilmente inferida:
⮚ O setor de transportes deverá ser
responsável por 60% da demanda
estimada de petróleo para 2030, de
116 milhões de barris por dia
⮚ Biocombustíveis
⮚ Etanol
⮚ Biodiesel
⮚ O etanol produzido biologicamente por

fermentação é amplamente
reconhecido como um combustível
alternativo para veículos de transporte,
com elevado potencial econômico e
ambiental
⮚ Etanol
⮚ Etanol hidratado
⮚ Etanol anidro – mistura à gasolina
Dados de produção:
https://www.gov.br/agricultura/pt-br/assuntos/sustentabilidade/agroenergia/
producao
https://ethanolrfa.org/markets-and-statistics/annual-ethanol-production
⮚ Produção de etanol por fermentação
⮚ Matérias primas
⮚ Sacaríneas
⮚ Amiláceas
⮚ Lignocelulósicas
⮚ Microbianas
⮚ Produção de
etanol por
fermentação:
processo
Fonte:
REBELATO, M. G.; MADALENO, L. L.; RODRIGUES, A. M. Um estudo sobre a aplicabilidade do just-in-time na fabricação do etanol. Revista Produção Online, 12
(3), 703-728, 2012. (adaptado)
Fonte: Junqueira, 2010.
⮚ Álcool anidro
⮚ Destilação azeotrópica
⮚ Destilação extrativa
⮚ Peneiras moleculares
⮚ Subprodutos
⮚ Torta de filtro
⮚ Vinhaça
⮚ Óleo fúsel
⮚ Bagaço de cana
⮚ Etanol de segunda geração

⮚ Entre os componentes da biomassa
vegetal, os materiais
lignocelulósicos são os mais
abundantes, e incluem resíduos
agrícolas como o bagaço de cana-
de-açúcar, palha e sabugo de
milho, palha de arroz, entre uma
série de outros, os quais são
acumulados no ambiente,
ocasionando problemas de
poluição e representando a perda
de valiosos recursos
⮚ O sucesso no uso destes materiais depende de esforços de
pesquisa e desenvolvimento de processos técnica e
economicamente viáveis e a consideração de fatores como
a tendência de busca de matérias-primas que não venham a
competir com a cadeia de produção de alimentos, tenham
elevada disponibilidade e atendam outras especificidades
de cada país ou região
⮚ No caso do Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar corresponde
a um material abundante e cuja produção está inserida no
contexto histórico e cultural nacional.
⮚ Aproveitamento do bagaço
⮚ Energia
⮚ Forragem
⮚ Alimentação animal
⮚ Papel
⮚ Processos biotecnológicos
⮚ Etanol
⮚ O potencial e as características específicas das técnicas para o uso de

materiais lignocelulósicos relacionam-se intimamente à sua constituição.
⮚ Estes são constituídos basicamente por três frações: duas delas -celulose e
hemicelulose- são formadas por polissacarídeos e a outra por um material
polifenólico, a lignina, sendo que a composição e a proporção entre estes
constituintes varia de acordo com a espécie vegetal da qual se originaram
⮚ Biorrefinarias
⮚ Biorrefinarias
⮚ Uma das limitações para o aproveitamento integral de todas as frações dos

resíduos lignocelulósicos é a própria estrutura da biomassa. Geralmente, é
necessária a ruptura do complexo lignina-celulose-hemicelulose ou a remoção
de cada fração por técnicas de pré-tratamento e deslignificação.
⮚ Sem este tratamento preliminar a biomassa é difícil de ser aproveitada em
processos industriais, pois a associação de suas frações constituintes lhe
confere grande resistência ao ataque de agentes químicos, enzimáticos ou
microbianos
⮚ Para o caso da produção de etanol de segunda geração, a hidrólise de seus

componentes carboidrato para a obtenção de solução rica em açúcares
fermentescíveis é a etapa limitante do processo.
⮚ Atenção especial tem sido dada à hidrólise da celulose, considerando-se a
já estabelecida tecnologia para fermentação de glicose a etanol.
⮚ Proceder diretamente à hidrólise da celulose é possível por métodos como
tratamento ácido: condições extremas de temperatura e pressão
⮚ degradação do produto e formação acentuada de compostos
inibidores do metabolismo microbiano, diminuindo ou até mesmo
inviabilizando o processo fermentativo subsequente.
⮚ Assim, esforços de pesquisa têm sido feitos para a viabilização de uma
etapa de pré-tratamento do material, a qual pode ser feito em condições
comparativamente menos severas e torna sua estrutura mais susceptível a
uma hidrólise da celulose em condições brandas de pressão e temperatura
por via enzimática
⮚ O processo: etapas
⮚ Pré-tratamento
⮚ Hidrólise
⮚ Fermentação Pré-
⮚ Destilação Cana Moagem
tratamento
Hidrólise
Fermentação
Enzimática
Destilação Álcool
⮚ Pré-tratamento
⮚ Ácido
⮚ Alcalino
⮚ Explosão a vapor
⮚ Hidrólise enzimática
⮚ O complexo celulolítico
⮚ Fermentação
⮚ SHF
⮚ SSF
⮚ SSCF
⮚ CBP
⮚ Fermentação
⮚ Scheffersomyces stipitis
⮚ Kluyveromyces marxianus

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⮚ A partir da segunda metade do

⮚ Isto traz um desafio tecnológico

⮚ O entendimento sobre as consequências

⮚ O etanol produzido biologicamente por

⮚ Etanol de segunda geração

⮚ O potencial e as características específicas das técnicas para o uso de

⮚ Uma das limitações para o aproveitamento integral de todas as frações dos

⮚ Para o caso da produção de etanol de segunda geração, a hidrólise de seus

⮚ Etanol de segunda geração

⮚ Etanol de segunda geração

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