Estratégias de pré-tratamento para fracionamento e recuperação dos componentes majoritários de biomassas lignocelulósicas para uso em biorrefinarias

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Toscan, Andréia
• Orientador(a): Dillon, Aldo José Pinheiro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Biocombustíveis; Biomassa; Capim-elefante
• Palavras-chave em Inglês: Biomass energy; Biomass; Pennisetum purpurem
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/4017

A utilização de biomassas lignocelulósicas representa uma oportunidade para a implementação sustentável de biorrefinarias capazes de gerar biocombustíveis, energia e um amplo leque de produtos com alto valor comercial. Além de serem fundamentais para a utilização de qualquer biomassa lignocelulósica, os pré-tratamentos são a principal etapa de processamento para que esta matéria-prima seja adequada e eficientemente fracionada para possibilitar a obtenção de mais de um produto. Este estudo teve por objetivo avaliar diferentes estratégias de pré-tratamento quanto à capacidade de fracionar biomassas lignocelulósicas para a obtenção de frações mais puras dos principais componentes lignocelulósicos, focando principalmente na alta recuperação e seletividade de mono e oligossacarídeos. O capim-elefante foi utilizado como matéria-prima base devido, entre outras características, à sua alta produtividade e sua adaptatibilidade favorável para o cultivo em diversas condições de clima e solo, sendo uma cultura energética alternativa no cenário regional e nacional, além de apresentar similaridade com outras gramíneas avaliadas como cultura energética nos Estados Unidos e na Europa, o que permitiria a transposição tecnológica. Neste trabalho foram avaliados os pré-tratamentos de alta pressão utilizando H2O e CO2, em condições supercríticas para o CO2, variando as condições operacionais que foram representadas pelo fator de severidade combinado (CSpCO2). A avaliação em paralelo das biomassas de capim-elefante e bagaço de cana-de-açúcar permitiu observar o impacto significativo na eficiência desse tipo de pré-tratamento causado pelas características intrínsecas de cada biomassa. Os pré-tratamentos de alta pressão utilizando H2O e CO2 foram capazes de fracionar as hemiceluloses das biomassas recuperando principalmente xilose e arabinose na forma de mono e oligossacarídeos em uma fração líquida resultante. A utilização de imidazol como solvente de pré-tratamento também foi avaliada e mostrou ser uma tecnologia eficiente para a deslignificação da biomassa lignocelulósica e a obtenção de uma fração sólida com elevada concentração de polissacarídeos e alta digestibilidade enzimática. Um adequado planejamento experimental permitiu otimizar as condições de tempo e temperatura para maximizar a deslignificação no pré-tratamento do capim-elefante ao se utilizar uma razão imidazol/biomassa de 9 g.g-1. A condição otimizada calculada prediz que em temperatura de 140 °C para o tempo de residência de 313,2 min uma deslignificação máxima de 85,7% é obtida, o que representa apenas 4% de deslignificação a mais que a observada em condições mais amenas testadas. Por fim, foi proposta uma nova combinação de pré-tratamento em dois estágios para o fracionamento completo da biomassa. O pré-tratamento hidrotérmico foi realizado como primeiro estágio objetivando a separação das hemiceluloses e a obtenção de uma fração líquida rica nos seus açúcares constituintes. Já a deslignificação com imidazol foi proposta como segundo estágio para a obtenção de um sólido enriquecido em celulose e de alta digestibilidade. O melhor conjunto de condições avaliado permitiu obter aproximadamente 30 kg de glicose, 7,5 kg de xilose e 1,3 kg de arabinose, separados em duas frações na forma de mono e oligossacarídeos, totalizando aproximadamente 39 kg de açúcares recuperados a cada 100 kg de capim-elefante processado.