Orientador: Adriano Pinto Mariano

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O n-butanol de origem verde pode ser produzido via fermentação ABE (acetona-butanol-etanol) ou IBE (isopropanol-butanol-etanol) através de bactérias do gênero Clostridium; no entanto, ambos os processos enfrentam dificuldades para estabelecer a competitividade de produção. Destaca-se a...

Resumo: O n-butanol de origem verde pode ser produzido via fermentação ABE (acetona-butanol-etanol) ou IBE (isopropanol-butanol-etanol) através de bactérias do gênero Clostridium; no entanto, ambos os processos enfrentam dificuldades para estabelecer a competitividade de produção. Destaca-se a inibição dos microrganismos pelos produtos como um dos principais obstáculos. De fato, essa problemática é ainda mais crítica na fermentação IBE, cujos valores de conversão de açúcares (59%), produtividade de butanol (0,13 g/L?h) e rendimento de butanol (0,17 g/g) são inferiores ao desempenho da rota de fermentação ABE. A fim de mitigar os efeitos de inibição das células causado pelos solventes, o método de recuperação dos produtos in situ via separação a vácuo foi aplicado sob a configuração de "fermentação flash". Além disso, desenvolveu-se um caso hipotético de modificação genética e seus desdobramentos no desempenho das tecnologias de fermentação convencional batelada e "fermentação flash" foram verificados. O principal objetivo foi o desenvolvimento e a avaliação técnico-econômica de um processo de tecnologia avançada para produção de n-butanol lignocelulósico via fermentação IBE. Para tal, os estudos foram conduzidos através de simulações computacionais que permitiram determinar condições operacionais ótimas da "fermentação flash" para máxima produtividade de IBE ou mínima taxa de vaporização no tanque flash, além de alimentarem as análises econômicas de distintas estratégias de negócio. Por fim, observou-se que a tecnologia de "fermentação flash" promoveu caldos menos diluídos em produtos e aumento da produtividade, cuja condição ótima de minimização da quantidade de caldo vaporizado no tanque flash demonstrou ganhos de eficiência energética com aumento de produtividade de ~10 vezes em relação à tecnologia batelada (2,0 contra 0,2 g/L?h). O uso isolado da técnica de "fermentação flash" torna a produção de butanol via fermentação IBE economicamente viável com valor liquido presente superior a 90 milhões de dólares, mas a associação dessa técnica com caso hipotético de modificação genética conferiu ao processo IBE maior competitividade, alcançando valor líquido presente de 146 milhões de dólares e taxa interna de retorno superior a 23%

Abstract: Biobutanol can be produced naturally through ABE (acetone-butanol-ethanol) or IBE (isopropanol-butanol-ethanol) fermentation by strain Clostridium; however, both processes face difficulties in establishing competitiveness for its production. The product inhibition is highlighted as major...

Abstract: Biobutanol can be produced naturally through ABE (acetone-butanol-ethanol) or IBE (isopropanol-butanol-ethanol) fermentation by strain Clostridium; however, both processes face difficulties in establishing competitiveness for its production. The product inhibition is highlighted as major drawback. In fact, this issue is even more critical in IBE fermentation, whose conversion values of sugars (59%), butanol yield (0.13 g/L?h) and butanol yield (0.17 g/g) are lower than ABE fermentation. To mitigate the inhibition effects of products on cells, the method of in situ product recovery by vacuum separation was applied using flash fermentation design. In addition, a hypothetical case of genetic modification was developed and its developments in the performance of conventional batch fermentation and "flash fermentation" technologies were verified. The main objective was the development and technical-economic evaluation of an advanced technology process to produce n-butanol via IBE fermentation using lignocellulosic biomass. For this, the studies were conducted through computational simulations that allowed to determine optimal operating conditions of the "flash fermentation" for maximum productivity of IBE or minimum rate of vaporization in the flash tank, besides feeding the economic analyzes of different business strategies. Finally, it was observed that the "flash fermentation" technology promoted less diluted broths in products and increased productivity, whose optimum condition of minimizing the amount of vaporized broth in the flash tank demonstrated energy efficiency gains with a productivity increase of ~ 10 times compared to batch technology (2.0 versus 0.2 g /L?h). The isolated use of the "flash fermentation" technique makes butanol production via economically viable IBE fermentation with a net present value of over 90 million dollars, but the association of this technique with a hypothetical case of genetic modification has given the IBE process greater competitiveness, reaching net present value of 146 million dollars and internal rate of return of more than 23%

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