[Estudos da produção de bioetanol usando biomassa de pinhão manso, um co-produto do processo produtivo de biodiesel]

Abstract

Este trabalho apresenta resultados do estudo relacionado à produção de etanol a partir de fontes lignocelulósicas, em particular, de resíduos do processo de produção de biodiesel. Dados da composição química de diversas fontes lignocelulósicas foram analisados e os resíduos de palma e pinhão-manso foram os que mostraram maior potencial para produção de etanol celulósico, com produtividade igual a 6725 L/ha e 695 L/ha respectivamente. A viabilidade técnica da produção de etanol a partir da torta de pinhão manso por hidrólise enzimática foi avaliada. A torta de pinhão-manso foi submetida à hidrólise enzimática (30 FPU/g de biomassa com excesso de celobiase), utilizando-se três tipos de pré-tratamento (0,2% H2SO4, 1,0% NaOH e 1,5% Ca(OH)2) por uma hora a 121°C. As concentrações de açúcar foram medidas por cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC) e comparadas com os resultados de concentração dos açúcares redutores determinados pelo método de ácido dinitrossalicílico (DNS). Após 24 h, as concentrações total de glicose e xilose avaliadas por HPLC foram de 3,33, 4,82, 5,80, e 5,55 g/L sem pré-tratamento ou com pré-tratamentos com H2SO4, NaOH, e Ca(OH)2, respectivamente. As concentrações de açúcares redutores foram de 7,30, 11,95, 10,24, e 9,34 g/L para as mesmas condições de tratamento, portanto, aproximadamente 100% maiores do que os valores obtidos por HPLC. Visando a produção direta de etanol, utilizou-se 20 g de casca de pinhão-manso pré-tratada para a etapa de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF). Para tal, condições de prétratamentos (0,5% H2SO4 ou 1,0% NaOH, ambos a 121°C por 1 h), teor de matéria inibidora solúvel (lavados ou não- lavados após pré-tratamento) e concentração de enzimas (15 FPU de celulase/g de biomassa com ou sem um adicional de 4 U de xilanases/g de biomassa) foram utilizados, enquanto a inoculação de leveduras (0,80 g de células secas de Saccharomyces cerevisiae/L) foi mantida constante. Após 48h, as concentrações de etanol foram maiores nas amostras submetidas ao pré-tratamento alcalino (Etanol > 7,0 g/L). A adição de xilanases não teve efeito na elevação da concentração de etanol e na produção de xilose. Para as amostras submetidas ao pré-tratamento ácido, a mistura não-lavada apresentou concentrações de etanol inferiores às misturas lavadas (5,39 g/L a 6,07 g/L), porém nas amostras submetidas ao pré-tratamento com NaOH, não houve diferença significativa encontrada entre as amostras lavadas e não-lavadas.

This work presents data and studies related to the production of bioethanol from lignocellulosic sources, in particular, coproducts from the biodiesel production process. Chemical composition data from soybean, castor bean, Jatropha curcas, palm kernel, sunflower seed, rapeseed and cottonseed were gathered and palm kernel and Jatropha showed the greatest potentials for cellulose ethanol production with values of 6725 L/ha and 695 L/ha, respectively. The technical feasibility of ethanol production from Jatropha meal via enzymatic hydrolysis was evaluated. Jatropha meal was subjected to enzymatic hydrolysis (30 FPU/g of biomass and an excess of cellobiase), using three types of chemical pretreatments (0.2% H2SO4, 1.0% NaOH and 1.5% Ca(OH)2) for 1 h at 121°C. Sugar concentrations were measured by HPLC and compared with results for reducing sugars measured using the dinitrosalicylic acid (DNS) method. After 24 h, the total concentrations of glucose and xylose measured by HPCL were 3.33, 4.82, 5.80 and 5.55 g/L for the untreated, H2SO4, NaOH, and Ca(OH)2 pretreatments, respectively. In comparison, reducing sugar concentrations were nearly 100% greater showing values of 7.30, 11.95, 10.24 and 9.34 g/L for the same pretreatments. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was performed on 20 g of pretreated Jatropha shells for the more consolidated production of ethanol. Pretreatment type (0.5% H2SO4 and 1.0 % NaOH at 121°C for 1 h), water insoluble solids (WIS) (washed or unwashed after pretreatment) and enzyme loading (15 FPU/g biomass of cellulase with or without an additional 4 U/g biomass of xylanase enzymes) were considered while yeast loading (0.80 g/L dry Saccharomyces cerevisiae cells) was kept constant. After 48 h, ethanol concentrations were highest in the alkaline pretreated samples (> 7.0 g/L). The addition of xylanase enzymes had no significant effect on ethanol concentration or xylose production. For the acid pretreated samples, the unwashed slurry showed ethanol concentrations inferior to those of the washed sample (5.39 g/L to 6.07 g/L), but in the NaOH pretreated samples, no significant difference was verified between washed and unwashed.