Bioprocesso de produção de etanol celulósico via tratamento com ozônio e hidrotérmico

Abstract

A necessidade de mitigação dos efeitos adversos resultantes da industrialização nos últimos três séculos é evidente e representa hoje um dos maiores desafios para a continuidade do desenvolvimento econômico sustentável. A produção de biocombustíveis a partir de resíduos lignocelulósicos opõe-se ao modelo extrativista de recursos fósseis e oferece uma alternativa de energia limpa e renovável para os combustíveis líquidos. Esta tese apresenta uma proposta de produção de etanol de segunda geração a partir de bagaço de cana-de-açúcar utilizando uma combinação dos pré-tratamentos ozonólise e hidrotérmico. O bagaço gerado apresentou propriedades químicas e estruturais favoráveis à hidrólise enzimática e fermentação alcoólica requeridas para a síntese de etanol por rota bioquímica. Os efeitos de deslignificação e solubilização da hemicelulose foram potencializados pela combinação de ozonólise ao pré-tratamento hidrotérmico, gerando uma biomassa com baixa quantidade de hemicelulose residual (4%), porcentagem mediana de lignina (14%) e enriquecida com até 80% de celulose de fácil digestibilidade por enzimas comerciais celulolíticas, acumulando mais de 50 g.L-1 de glicose a partir de 100 g.L-1 de bagaço, ou seja, com rendimento de cerca de 67% de conversão de glucana. O meio de cultivo hidrolisado foi fermentescível por leveduras industriais Saccharomyces cerevisiae com eficiência de fermentação superior a 90%. A combinação dos pré-tratamentos sobre o bagaço gerou um licor rico em xilose como subproduto e que pode ser utilizado como substrato para o cultivo de leveduras e fungos filamentosos no desenvolvimento de processos paralelos.

Mitigation of negative effects accumulated from industrialization in the last three centuries is nowadays demanded and it is one of the biggest challenges to support a sustainable economic development. Production of biofuels from lignocellulosic residues opposes to the traditional extractive model from fossil sources and it offers an alternative of clean and renewable liquid fuels. This thesis shows a proposal for production of second-generation ethanol from sugarcane bagasse by combining ozonolysis and hydrothermal pretreatments. The pretreated bagasse showed chemical and structural properties favorable to enzymatic hydrolysis and suitable for alcoholic fermentation required for the synthesis of ethanol by biochemical route. Effects on delignification and hemicellulose solubilization were potentiated by the combination of ozonolysis to hydrothermal process, generating a biomass with a low amount of residual hemicellulose (4%), medium composition of lignin (14%), and enriched to 80% of cellulose of high digestibility by commercial cellulolytic enzymes, reaching more than 50 g.L -1 of glucose from 100 g.L -1 of pretreated bagasse. It achieved around 67% of glucan conversion yield. The hydrolysate medium was fermentable by industrial yeasts Saccharomyces cerevisiae with fermentation efficiency up to 90%. The combination of pretreatments also generated a xylose-rich by-product (liquor), which was compatible with C5-yeasts and filamentous fungi cultivation as a substrate for putative side processes.