Produção de Etanol por Hidrólise Enzimática de Bagáceo: Desafios e Estratégias, Notas de estudo de Biotecnologia

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Produção^ de^ Etanol^ Via

hidrólise i á i d b

enzimática^ de^ bagaçoMaria^ Filomena^ de^ Andrade

Rodrigues/ /

• Aproveitamento energético da cana Petrobras,

Potencial de conversão do Bagaço em^ etanol^ Kg^

Kg^

litros

hidrolise^ fermentaçãocelulose 200 glicose^209

etanol^123

celulose^200 glicose

209 etanol

hemicelulose^158 lignina^100

xilose

proteinas^17 arabinose

126 etanol

cinza^25 agua^500

total^186

agua^500

total^186 Rossell, 2006

Aproveitamento^ da^ cana

(Bonomi et al 2008)(Bonomi^ et al, 2008)

Bagaço de canaBagaço^ de^ cana Componente^ Referências^ Ladisch &SvarczkopfBanerjee &(1991)Pandey (2002)

IPT (2000)( ) y ( ) (^ ) Celulose^ 38%^ 32-48%

40% Hemicelulose^ 34%^ 19-24%

38% Lignina^ 11%^ 23-32%

20% Cinzas^ 17%^ 3.2-5.5%

2% Amostra de bagaço pré-tratado e seco.

Produção de etanol via hidrólise enzimática de bagaço^ Dif^ t^ ti

d^ é t^ t^ t Pré-tratamento Catalisador^ t(min),^ MétodoT(°C)

Condições da HidróliseRendimentoRendimentoEnzimáticada glicoseda Xilose (%)(%)

Referências Diferentes tipos de pré-tratamento

(^ ) NHconc.^ 5, 90^ 1% glicano, lavado, 15 FPU^3 AFEX / g celulose

96 77,7^ Dale, 1982 Ca (OH)^4 1% glicano, lavado, 15 FPU^2 ÁLCALIsemanas,/ g celulose^55

92 52,8^ Kaar, 2000 55 Hidrólise ácida –HSO^ 20, 160^ 1% glicano, lavado, 15 FPU^2 41 0,49 %/ g celulose

91,6^ 91,2^ Kálmán, 2002 Hidrólise ácida –HSO^ 5 %^ 90, 120^ 3 % de sólidos, 15 FPU / g^2 4 2 sólidos, 72 h

54,6^100 Varga, 2002 HSO^ 5, 190^ 5 % de sólidos, lavado, 25^2 4 Vapor-1 FPU / g sólidos, 48 h

73,6^61 Mosier et al,^2005 SO^ 5, 190^ 2 % de sólidos, lavado, 15^2 Vapor-2 FPU / g sólidos, 96 h

90 84 Varga, 2004 HO^ 15, 190^ 1 % glicano, lavado, 15 FPU^2 Explosão a vapor / g celulose

85,2^ 26,3^ Lloyd, 2005 O^ , NO^ ,15, 190^ 2 % de sólidos, lavado, 25Oxidação com^2 2 CO^ FPU / g sólidos, 24 h^3 HO, solução (^2) fraca de ácido ou

74 53,7^ Ohgren et al,2005. fraca de ácido ouálcali

(Galbe e Zacchi 2007).

Desafios e estratégias de P&D para o sucesso do pré-tratamento ¾Redução^ da^ formação^

de^ inibidores^ para^ as^ enzimas^ ou microorganismos da fermentação (p.ex. condições mais brandas) ¾^ Deslignificação do bagaço - É importante?g^ ç^ g ç^

p ¾^ Pré-tratamento biológico? ¾^ Maximizar acessibilidade do bagaço à ação enzimática¾^ Maximizar acessibilidade do bagaço à ação enzimática ¾^ Minimizar a perda de açúcares ¾^ Maximizar a obtenção de outros subprodutos de valor agregado (p ex¾^ Maximizar a obtenção de outros subprodutos de valor agregado (p.ex.lignina) ¾^ Minimizar o uso de energia produtos químicos e equipamentos¾^ Minimizar o uso de energia, produtos químicos e equipamentos ¾^ Processo escalonável para produção industrial.

Hidrólise Ácida x Hidrólise Enzimática. Hidrólise c/ ácida diluído^ Hidrólise Enzimática Condições mais agressivas^ Condições amenasCondições^ mais agressivas^ Condições amenasBaixos rendimentos^ Alto rendimento da hidrólise Forma subprodutos inibidores daEvita formação Inibidor daf^ t^ ã

f^ t^ ã fermentação^

fermentação Baixo custo da hidrólise^

Custos ainda elevados Hidrólise de tempo curto^

Longo tempo para a hidrólise. Ramos (2007)

Hidrólise Enzimática Desafios e estratégias de P&D para o sucesso da hidróliseenzimática ¾ Rendimento^ = 90 to 95%;¾ Rendimento^ 90 to 95%; ¾ Processos^ com^ alta^ concentração

de^ bagaço^ –^ soluções^ mais concentradas de açúcares ¾^ Enzimas mais tolerantes a altas concentrações de glicose¾^ Enzimas mais tolerantes a altas concentrações de glicose ¾^ Redução do tempo de hidrólise ¾ Desenvolvimento^ de^ processo

de^ sacarificação^ e^ fermentaçãop ç^

ç simultâneas ¾ Produção de celulase com bagaço pré-tratado

in situ

Hidrólise Enzimática Desafios e estratégias de P&D para o sucesso da hidróliseenzimática ¾ Desenvolvimento de processo de sacarificação fermentaçãosimultâneas^ ƒMicrorganismos termotolerantes produtores de etanolMi^ i^ f^ t d^ d^ C6^ C5ƒMicrorganismos fermentadores de C6 e C5. ¾ Produção^ de^ celulase^ com^ bagaço

pré^ tratado^ in^ situ ¾ Produção^ de^ celulase^ com^ bagaço

pré-tratado^ in^ situ ƒseleção de novos micro-organismos produtores de enzimas utilizandobagaçobagaço ƒmutagênese^ de^ cepas^ fúngicas

ou^ engenharia^ genética^ de microrganismos ƒExploração^ do^ vasto^ potencial^

biocatalítico^ da^ biodiversidade^ como Exploração^ do^ vasto^ potencial^ biocatalítico^ da^ biodiversidade^ como ferramenta para a descoberta de novas enzimas lignocelulolíticas.

Fermentação^ S. cerevisae