Biomassa derivada de cana-de-açúcar e cana energia submetidas a hidrólise ácida e enzimática para produção de etanol

Abstract

A produção de etanol no Brasil é desenvolvida principalmente através do caldo e melaço de cana-de-açúcar. Considerando-se o aumento da demanda por combustíveis, a biomassa lignocelulósica surge como alternativa pois é o recurso biológico renovável mais abundante da terra. A produção de cana-de-açúcar gera diversos resíduos, como a palhada, deixada no campo após a colheita mecanizada, e o bagaço, que é separado do caldo na operação de moagem dos colmos de cana, e atualmente existem programas de melhoramento genético que visam o desenvolvimento de variedades com altos teores de lignina, para o uso na geração de energia elétrica. Essa biomassa lignocelulósica é composta por cerca de 70% de polímeros de açúcar, materiais que têm grande potencial para a produção de etanol. Este estudo foi realizado objetivando o uso da palhada, bagaço e clones de cana energia, através de pré-tratamento e hidrólise, avaliando seus potenciais para a produção de etanol. Utilizou-se 6 amostras de biomassa: a palhada de três variedades de cana-de-açúcar, coletadas em épocas diferentes; bagaço de cana; e dois clones de cana energia. Estes materiais foram caracterizados com relação a composição de celulose, hemicelulose, lignina, extrativos e cinzas e, logo após, passaram por pré-tratamento ácido, do qual foi obtido um licor, que foi concentrado e destoxificado, para o uso no processo fermentativo. Utilizou-se a estirpe de levedura Rhodotorula glutinis que apresenta habilidade de assimilar xilose. Foram realizadas fermentações, em três repetições, avaliando-se a viabilidade celular, viabilidade de brotos e brotamentos das células. Avaliou-se também o consumo de xilose e produção de etanol. Foram analisadas quantidade de nutrientes minerais em todas as etapas desta pesquisa. Foi realizada a hidrólise enzimática da celulignina e avaliado a composição do hidrolisado. Das biomassas secas, foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura e poder calorífico inferior e superior. Observou-se que a palhada, bagaço de cana-de-açúcar e os clones de cana energia apresentam características diferentes com relação a sua composição e após o prétratamento, há redução em torno de 90% nos teores de hemicelulose . A XXI viabilidade celular, brotamentos e viabilidade de brotos tiveram uma redução, em relação à viabilidade do inóculo, de cerca de 40%, o que pode ter sido afetado por compostos contaminantes produzidos durante o pré-tratamento ácido. O processo fermentativo também foi influenciado negativamente sendo o rendimento da fermentação da xilose em torno de 20% para cana energia e o menor resultado observado a partir do bagaço de cana (em torno de 4%), indicando a possibilidade da produção de maiores quantidades de Etanol. Na hidrólise enzimática, foram liberadas quantidades de glicose sendo os maiores rendimentos para a palhada das três diferentes variedades de cana, em torno de 30%. Os nutrientes reduziram significativamente das biomassas in natura, para a biomassa pré-tratada. Parte dos nutrientes foram solubilizados no prétratamento, o que pode ser observado na análise do licor. O hidrolisado apresentou quantidade reduzida de nutrientes, indicando que para uma fermentação eficiente é necessário que haja suplementação de açúcares e nutrientes. Houve aumento em torno de 500 a 1000kcal/Kg para os tratamentos com relação ao poder calorífico dos materiais in natura para os materiais após a hidrólise enzimática.