Development and optimization of first and second generation bioethanol and electricity production processes from sugarcane

O aumento na demanda por biocombustíveis motivou a produção de bioetanol a partir de materiais lignocelulósicos (etanol de 2ª geração). Bioetanol é produzido em larga escala no Brasil a partir da cana-de-açúcar (etanol de 1ª geração) há mais de trinta anos. Grandes quantidades de materiais lignocelulósicos (bagaço e palha) são geradas durante o processamento da cana-de-açúcar; o bagaço é queimado para produção de energia, e a palha é queimada para facilitar a colheita ou deixada no campo. Buscou-se neste estudo determinar as melhores condições para inserção da produção de etanol de 2ª geração no Brasil a partir das frações lignocelulósicas da cana-de-açúcar, que possibilita o aumento da produção de etanol usando a mesma área cultivada e permite o uso de parte da infraestrutura do processo convencional. Neste sentido, são estudadas tecnologias que maximizam a produção de etanol, incluindo aquelas que diminuem o consumo de energia do processo convencional. Além disso, diferentes tecnologias para produção de etanol de segunda geração foram comparadas, incluindo diferentes tipos de pré-tratamento e condições de hidrólise enzimática. Simulações computacionais foram desenvolvidas para comparar as tecnologias; os resultados mostram que: a otimização do consumo de energia do processo convencional de produção de etanol e o uso de parte da palha são essenciais para aumentar significativamente a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar; o teor de sólidos utilizado nas reações de hidrólise apresenta um grande impacto na produção de etanol total; ganhos podem ser obtidos ao se integrar a produção de etanol de 2ª geração e eletricidade em uma destilaria autônoma convencionalIncrease on biofuels demand has motivated the production of bioethanol from lignocellulosic materials (2nd generation ethanol). Bioethanol has been produced in large scale in Brazil from sugarcane (1st generation ethanol) for more than 30 years. Large amounts of lignocellulosic materials (bagasse and trash) are generated during sugarcane processing; bagasse is burnt for production of energy, while trash is burnt in the field to improve the harvest or left in the field. The best conditions for insertion of 2nd generation ethanol production in Brazil using sugarcane lignocellulosic fractions as feedstock were investigated in this study, leading to an increase on ethanol production using the same cultivated area and part of the infrastructure already available at the conventional process. In this way, technologies for maximization of ethanol production from sugarcane, including those that decrease energy consumption of the conventional ethanol production process were evaluated. In addition, different technologies for production of 2nd generation ethanol were compared, including different pretreatment methods and conditions for enzymatic hydrolysis. Simulations were developed to compare these technologies; results show that optimization of the energy demand of the conventional ethanol production process and use of part of the trash in the industry are crucial in order to increase ethanol production from sugarcane; solids content of hydrolysis reactions presents an important impact on overall ethanol production; signi_cant gains can be obtained when 2nd generation ethanol and electricity production are integrated in an autonomous distiller