Avaliação do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática da palha de cana-de-açúcar para produção de etanol de segunda geração.

Industrialization has consumed the relevance of knowledge about energy sources, currently consumption of fossil fuels represents 80% of world demand. Aiming at this problem arise the biofuels. Brazil is one of the largest biomass producers in the world. This biomass yields the Second Generation Ethanol (E2G). Biomass conversion involves pretreatment; hydrolysis; fermentation and the recovery of ethanol by distillation. Pretreatment is one of the bottlenecks in large-scale production. To evaluate the pre-treatment, an experimental design was used 22 plus three points, with the variables being studied the concentration of H3PO4 (0,5-2,5%, m / v) and time (10-30 minutes) plus three points, totaling 7 experiments. All pretreatment experiments were performed in an autoclave at a fixed temperature of 121 ° C, maintaining a solid: liquid ratio of 1:10. After the pre-treatments, the enzymatic hydrolysis (in duplicate) of the solid fractions obtained, under the following conditions: 50 ºC, pH 4,8 (sodium citrate buffer), under constant agitation of 150 rpm in shaker shaker, using An enzyme from the Cellulase Complex (Novozymes) was applied by applying an enzymatic charge of 15 FPU/gstraw for 72 hours. The pretreatment efficiency was evaluated by the release of reducing sugars obtained in the pretreatment, solubilization of the macromolecular components and concentration of reducing sugars in the enzymatic hydrolyzate. The results were analyzed through Statistica 10.0 software, at a significance level of 5% (α = 0.05). The pre-treatments presented a concentration of reducing sugars varying from 2,34 to 8,23 g / L. The highest macromolecular solubilizations, being 19,94 and 23,80%, respectively, for the most severe acid condition (2,5% m/v). The acid concentration and time employed were statistically significant for the solubilization of macromolecular components at 95% confidence. After analysis of variance (ANOVA) for the coded model of the first order, it was verified that it was significant. In relation to the release of reducing sugars after the step of enzymatic hydrolysis, the highest concentration reached 5,20 g / L, the pretreatment time of 30 minutes and the concentration of 2,5% (m/v) H3PO4, which refers to the more severe condition applied in the present study. In the range studied, the variables did not present statistical significance, but there was an indication of the influence of the acid concentration on the sugars released after the enzymatic hydrolysis. Lignin is a major drawback for dilute acid treatment, but the temperature and reaction time also interfere. It is necessary to re-evaluate the process conditions and to look for other hypotheses that can corroborate the viability of the production of 2G Ethanol.A industrialização consumou a relevância do conhecimento sobre as fontes energéticas, atualmente o consumo de combustíveis fosseis representa 80% da demanda mundial. Visando essa problemática surgem os biocombustíveis. O Brasil é um dos maiores produtores de biomassa destacando-se a nível mundial. Essa biomassa obtém-se o Etanol de Segunda Geração (E2G). A conversão da biomassa envolve o pré-tratamento; a hidrólise; fermentação e a recuperação do etanol por destilação. O pré-tratamento é um dos gargalos na produção em larga escala. Para avaliação do pré-tratamento foi empregado um planejamento experimental 22, mais três pontos, sendo as variáveis estudadas a concentração de H3PO4 (0,5 – 2,5%, m/v) e tempo (10 – 30 minutos), mais três pontos centrais, totalizando 7 experimentos. Todos os experimentos de pré-tratamento foram realizados em autoclave, a temperatura fixa de 121 ºC, mantendo uma relação sólido: líquido de 1:10. Em seguida aos pré-tratamentos, foi realizada a hidrólise enzimática (em duplicata) das frações sólidas obtidas, nas seguintes condições: 50 ºC, pH 4,8 (tampão citrato de sódio), sob agitação constante de 150 rpm em shaker agitador, utilizando-se uma enzima do Complexo Celulase (Novozymes) aplicando-se uma carga enzimática de 15 FPU/gpalha, durante 72 horas. A eficiência dos pré-tratamento foi avaliada através da liberação de açúcares redutores obtidos no pré-tratamento, solubilização dos componentes macromoleculares e concentração de açúcares redutores no hidrolisado enzimático. Os resultados foram analisados através do software Statistica 10.0, ao nível de significância de 5% (α = 0,05). Os pré-tratamentos apresentaram uma concentração de açucares redutores variando de 2,34 a 8,23 g/L. As maiores solubilizações macromolecular, sendo de 19,94 e 23,80%, respectivamente, para a condição mais severa de ácido (2,5% m/v). A concentração de ácido e o tempo empregados apresentaram significância estatística para a solubilização de componentes macromoleculares a 95% de confiança. Após a análise de variância (ANOVA) para o modelo codificado de primeira ordem, verificou-se que o mesmo foi significativo. Em relação à liberação de açúcares redutores após a etapa de hidrólise enzimática, a maior concentração alcançada foi de 5,20 g/L o tempo de pré-tratamento de 30 minutos e concentração de H3PO4 2,5% (m/v), que se refere à condição mais severa aplicada no presente estudo. No intervalo estudado, as variáveis não apresentaram significância estatística, mas houve um indicativo da influência da concentração de ácido sobre os açúcares liberados após a hidrólise enzimática. A lignina é principal empecilho para o tratamento com ácido diluído, mas a temperatura e o tempo de reação também interferem. Faz-se necessário que se reavaliem as condições de processo e se busquem outras hipóteses que podem corroborar a viabilidade da produção do Etanol 2G