Orientador: Camila Alves de Rezende

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: O cenário ideal para viabilizar a utilização da biomassa como fonte para combustíveis, materiais e outros insumos químicos é o de uma biorrefinaria. Nele, o máximo dos seus componentes é aproveitado, de modo integrado e com o menor gasto possível de insumos e energia. Neste trabalho, o capim...

Resumo: O cenário ideal para viabilizar a utilização da biomassa como fonte para combustíveis, materiais e outros insumos químicos é o de uma biorrefinaria. Nele, o máximo dos seus componentes é aproveitado, de modo integrado e com o menor gasto possível de insumos e energia. Neste trabalho, o capim elefante foi utilizado como substrato para uma biorrefinaria, visando à produção de etanol celulósico como produto principal e acoplando a esse processo a recuperação de extrativos, hemicelulose e lignina. A maior recuperação de extrativos foi obtida na extração com líquidos pressurizados (cerca de 7% da biomassa in natura), levando a obtenção de extratos ricos em fenólicos e esteroides, principalmente. A utilização de tratamentos com ácidos diluídos levou a extração de cerca de 70% da hemicelulose do substrato e possibilitou a recuperação de cerca de 190 kg de xilose/ton de biomassa a partir do licor ácido. Para a lignina, pode-se recuperar 138 kg/ton de folhas e 85 kg/ton de colmos quando se aplica um tratamento com base diluída sequencialmente. No entanto, maiores quantidades de etanol foram obtidas quando o tratamento alcalino foi aplicado diretamente à biomassa in natura (70 e 78 kg/ton de folhas e colmos, respectivamente) quando comparados aos tratamentos sequenciais ácido-base (62 e 60 kg/ton. para folhas e colmos, respectivamente). A moagem em moinho de bolas aplicada à biomassa também levou ao aumento da taxa de conversão de celulose até aproximadamente 100%. A caracterização química e morfológica dos substratos pré-tratados foi utilizada para explicar os resultados de hidrólise enzimática obtidos, que possuem forte relação com a remoção dos componentes, como hemicelulose e lignina, no processo de exposição das fibras de celulose, aumento da área superficial e porosidade. A partir das discussões, três diferentes cenários foram propostos visando à obtenção integrada de etanol e lignina (Cenário 1), etanol, hemicelulose e lignina (Cenário 2) e etanol, extrativos e lignina (Cenário 3). Essa abordagem representa uma possibilidade para a viabilização de biorrefinarias para diversificar as fontes de obtenção de produtos tradicionalmente obtidos de fontes não renováveis

Abstract: The ideal scenario to enable the production of fuels, materials and other chemicals from ligocellulosic biomass is a biorefinery. In this work, elephant grass was used as raw material in a biorefinery scheme, aiming at the production of cellulosic ethanol mainly, but also at the recovery...

Abstract: The ideal scenario to enable the production of fuels, materials and other chemicals from ligocellulosic biomass is a biorefinery. In this work, elephant grass was used as raw material in a biorefinery scheme, aiming at the production of cellulosic ethanol mainly, but also at the recovery of extractives, hemicellulose and lignin. Higher extractive recovery was achieved using pressurized liquid extractions (ca. 7% of biomass in natura), leading to extracts rich in phenolics and steroids. Diluted acid treatments extracted ca. 70% of hemicellulose and allowed the recovery of 190 kg of xylose/ton biomass. For lignin, 138 kg/ton of leaves and 85 kg/ton of stems were recovered by a sequential treatment using diluted acid and alkali solutions. However, a higher amount of ethanol was obtained when the alkaline treatment is applied alone and directly on the biomass (70 and 78 kg/ton of leaves and stems, respectively). Under sequential treatments, 62 and 60 kg/ton of leaves and stems were obtained, respectively. The use ball milling as a pretreatment step increased the conversion of cellulose into glucose. Chemical and morphological characterizations of pretreated substrates were used to explain the enzymatic hydrolysis results, which are strongly associated to the removal of hemicellulose and lignin from cellulosic fibers, to substrate exposure and to the increase of surface area and porosity. Finally, three scenarios were proposed, aiming at an integrated production of ethanol and lignin (Scenario 1); ethanol, hemicellulose and lignin (Scenario 2); or ethanol, extractives and lignin (Scenario 3). From these scenarios, elephant grass was used to produce fuels, materials and chemicals traditionally produced from non-renewable sources

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