Steam explosion pretreatment development of sugarcane straw for second generation ethanol production via enzymatic hydrolysis

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da CostaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Biomassas de diversos tipos têm sido investigadas, ao redor do mundo, como matérias-primas para a produção de etanol de segunda geração, uma vez que esse é um biocombustível com grande potencial para substituir parte significativa dos combustíveis fósseis, refletindo em inúmeros benefícios sociais, ambientais e econômicos para a sociedade. No Brasil, o interesse pela palha de cana-de-açúcar tem aumentado nos últimos anos, uma vez que a estimativa de demanda por biomassa indica que a quantidade de bagaço, principal biomassa estudada nos últimos anos, não será suficiente. Neste trabalho investigou-se o pré-tratamento da palha de cana-de-açúcar por explosão com vapor visando maior rendimento e seletividade no fracionamento dos seus principais constituintes, além de maior conversão da celulose numa subsequente etapa de hidrólise enzimática. Foi empregado na primeira etapa de experimentos um planejamento fatorial fracionado para avaliar os efeitos das variáveis tempo, pressão, umidade e concentração de catalisador. Na segunda etapa do trabalho as variáveis tempo, pressão e catalisador foram investigadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) para identificar as regiões ótimas de processo por meio das superfícies de resposta. Dentro das condições investigadas os resultados obtidos demonstram que a palha de cana-de-açúcar é uma biomassa com grande potencial de aproveitamento para produção de etanol de segunda geração e o pré-tratamento por explosão com vapor é adequado para o seu processamento. Rendimento máximo de glicose na ordem de 78% foi alcançado após etapas de pré-tratamento (16 kgf/cm², 8 min, 2,1% m/m SO2) e hidrólise enzimática (8% TS, 2 FPU/gTS, 48 h)Abstract: Many different kinds of biomass have been investigated worldwide, as raw materials for the second generation ethanol production, since this is a biofuel with wide potential to replace a significant fraction of fossil fuels, reflecting numerous social, environmental and economical benefits for society. In Brazil, the interest in sugarcane straw has increased in recent years, as the estimated demand for biomass indicates that the amount of sugarcane bagasse, the main biomass studied in recent years, will not be enough. In this work, the steam explosion pretreatment of sugarcane straw was investigated to enhance the yield and selectivity in the fractionation of the main biomass constituents, as well as to enhance the cellulose conversion in a subsequent enzymatic hydrolysis process. In the first step a fractional factorial design was performed to study the effect of the factors time, pressure, humidity and catalyst concentration on the response variables. In the second step of the work the factors time, pressure and catalyst were investigated using a central composite design (CCD) to identify the optimal operational process regions through response surfaces. Within the investigated conditions the results obtained demonstrate that the sugarcane straw is a great potential biomass for second generation ethanol production and steam explosion pretreatment is suitable for this processing. Maximum glucose yield around 78% was achieved after pretreatment at 16 kgf /cm ², 8 min and using 2.1% SO2 as catalyst, followed by enzymatic hydrolysis at 8% (w/w) solids, 2 FPU cellulase / g pretreated straw after 48 hMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic