ÁREA: FEPROQUIM - Feira de Projetos de Química
TÍTULO: HIDRÓLISE DE CELULOSE PARA PRODUÇÃO DE BIOETANOL: ESTUDO EM BAGAÇO DE CANA DE AÇÚCAR DOS PRÉ-TRATAMENTOS ÁCIDO E ALCALINO DILUÍDOS
AUTORES: GHIOTTO, A. (UNESP) ; YOGUIM, M. (UNESP) ; ZULIANI, S. R. Q. A. (UNESP)
RESUMO: RESUMO: Este trabalho resultou de uma iniciação científica com um estudante de ensino médio. O objetivo centrou-se na formação inicial deste aluno, em atividades de pesquisa e as atividades realizadas visaram às possíveis formas de otimização da produção de etanol a partir do bagaço de cana de açúcar. Para isso foram exploradas as possibilidades de se produzir glicose da celulose para um posterior processo de fermentação. Devido à presença de lignina e hemicelulose junto à celulose fizeram-se necessários dois pré-tratamentos antes da hidrólise da celulose: com H2SO4 2% a 90ºC por 2h e em seguida com NaOH 2% a 99ºC por 30min. Os resíduos sólidos foram submetidos a H2SO4 2,5N a 100ºC por 2h para a hidrólise da celulose. Conseguiu-se converter 30% da celulose em glicose.
PALAVRAS CHAVES: bioetanol, cana de açúcar, hidrólise ácida
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO: Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projeto de extensão, vinculado à Faculdade de Ciências, UNESP, Campus de Bauru, com um aluno de Ensino Médio (Augusto Ghiotto), um Licenciado/Bacharel em Química (Prof°. Mauricio Ikeda Yoguim) e a docente/pesquisadora responsável pelo projeto (Profª. Drª. Silvia Regina Quijadas Aro Zuliani). O desenvolvimento se deu através de leitura, pesquisa em bases de dados, visitas a laboratórios de pesquisa e trabalho experimental realizado com equipamentos simples e acessíveis em um laboratório didático da universidade.
O tema escolhido está ligado à necessidade de otimização na produção de bioenergia. Junto às crescentes preocupações em relação à preservação do meio-ambiente, que inclui as fontes renováveis de energia em detrimento ao uso de combustíveis fósseis, ao aquecimento global, à poluição, à autossustentabilidade etc., estão as pesquisas sobre a hidrólise da celulose.
É no aproveitamento desta abundante substância, mais especificamente na encontrada na cana-de-açúcar, é que se volta esta iniciação científica. A partir de sua hidrólise pode-se obter glicose e partir desta, pelo processo de fermentação, o etanol, o qual é amplamente utilizado no Brasil como combustível veicular e apresenta um leque de possibilidades na indústria alcoolquímica. Uma vez que somente se aproveita o caldo da cana-de-açúcar para a produção deste álcool e que no restante se encontra a celulose, é possível a partir de sua hidrólise aumentar a produção de etanol sem que seja necessário aumentar a área plantada.
A conversão da biomassa lignocelulósica em etanol consiste em um processo de três etapas: pré-tratamento da biomassa, hidrólise ácida ou enzimática e fermentação/destilação (NAIK et al., 2010; SUN e CHENG, 2002)
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAL: Para as análises foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar coletado em uma usina do interior de São Paulo em novembro de 2010. Este foi extensivamente lavado com água corrente, imerso em água deionizada a 65-75ºC por 15min, lavado extensivamente com água deionizada para, enfim, ser posto para secar em temperatura ambiente. O material foi armazenado em um saco plástico à temperatura ambiente.
MÉTODOS: Pré-tratamento com H2SO4
Uma amostra de 10g do bagaço foi posta em um balão de destilação e, posteriormente, 200ml de solução aquosa a H2SO4 2% a 90ºC foi transferida ao balão. A suspensão foi mantida a (90±1)ºC por 2h. Os resíduos líquidos foram coletados por filtração e armazenados a 4ºC e os resíduos sólidos foram coletados e lavados com 10-15L de água deionizada até pH neutro para, então, serem postos para secar em estufa a 55-60ºC.
Pré-tratamento com NaOH
Duas amostras secas de 6g, cada uma proveniente de um dos experimentos de H2SO4, foram misturadas em um balão de destilação. 200ml de solução aquosa de NaOH 2% a 99ºC (ebulição) foi transferida ao balão que continha o material lignocelulósico. A temperatura foi mantida a 99ºC por 30min. Os resíduos líquidos e sólidos foram coletados por filtração e armazenados como no pré-tratamento anterior.
Hidrólise Ácida
A hidrólise ácida foi conduzida em um reator formado por um balão de destilação de três saídas, um condensador Allihn, um termômetro e uma fonte de calor. Uma amostra de 5g do material sólido do último experimento foi posta dentro do balão. Separadamente, 125ml de uma solução de H2SO4 2,5N foi aquecida até o ponto de ebulição (100ºC) e transferida para o reator. Temperatura esta em que foi mantido por 2h. Após esse tempo, o balão foi rapidamente resfriado até a temperatura ambiente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os pré-tratamentos com ácido sulfúrico foram realizados em quadruplicata, os pré-tratamentos com hidróxido de sódio e a hidrólise em ácido sulfúrico em duplicata. Os resultados apresentados são médias.
Para aferir qualitativamente a massa de açúcares formados após o procedimento de hidrólise foi usado um Polarímetro de Disco QUIMIS® modelo Q760-2. A partir do desvio sofrido pela luz monocromática e com o auxílio de uma tabela de conversão de desvios em termos de concentração de açúcar, determinou-se a formação média de 1,5g de açúcar por experimento. Esse valor representa um rendimento de 30%, isto é, 30% em massa do material celulósico foi hidrolisado em glicose.
Os resultados obtidos foram satisfatórios, uma vez que a concentração de ácido usada é baixa (aproximadamente 11,76%), o tempo de reação foi curto e a pressão em que o experimento ocorreu foi a atmosférica. Comparando com as formas de hidrólise apresentadas na tabela (elaborada por BNDES, 2008) e considerando que se o tempo de experimento for prolongado mais celulose será hidrolisada, esse método pode facilmente ser aplicado sem a necessidade de grandes avanços e implementos na indústria sucroalcooleira, uma vez que o ácido utilizado não é tão concentrado como os apresentados na tabela e as temperaturas não são tão altas como aquelas usadas para a hidrólise em ácido diluído.
CONCLUSÕES: CONCLUSÕES: O trabalho apresentou resultados interessantes, tanto em relação ao aprendizado das atividades de pesquisa cientifica, quanto em relação ao conhecimento científico envolvido no processo descrito. Muitas possibilidades de aplicação podem se desdobrar a partir das condições relativamente simples em que ocorreram os experimentos. Ora, se uma das barreiras para a aplicação em larga escala do processo de hidrólise da celulose para a produção de etanol é a complexidade e alto custo dos processos, simplificar torna-se extremamente necessário.
AGRADECIMENTOS: Agradecemos a todos os professores e amigos que em gestos nobres colaboraram neste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BNDES e CGEE. Bioetanol de cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. 1ª. Edição. Rio de Janeiro: BNDES, 2008.
NAIK, S. N.; VAIBHAV, V. G.; PRASANT, K. R.; AJAY, K. D. Production of first and second generation biofuels: a comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.14, 2010, p. 578-597
SUN, Y.; CHENG, J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresource Technology, v. 83, 2002, p.1-11.
