Produção de etanol de segunda geração a partir de um derivado de celulose

Abstract

O mundo se depara atualmente com a perspectiva de um significativo aumento na demanda por etanol. Para evitar que haja o limite da oferta ou a competição pelo uso da terra para a geração de energia e produção de alimentos, especialmente em locais que não dispõem de clima favorável ou extensão territorial para cultivo, torna-se necessário investir no desenvolvimento de tecnologias de segunda geração de produção de etanol. A produção de etanol a partir da biomassa lignocelulósica envolve quatro etapas: pré-tratamento para a remoção da lignina e hemiceluloses, hidrólise da celulose, fermentação da glicose e destilação. Devido ineficiência dos pré-tratamentos e alto grau de cristalinidade da celulose, o rendimento líquido da conversão desse polímero em glicose tem sido um dos grandes desafios na busca por uma tecnologia que viabilize o processo de hidrólise para torná-lo mais competitivo. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi desenvolver tecnologia para a produção de etanol de segunda geração, utilizando como matéria-prima o filtro de cigarro, que é constituído essencialmente por um derivado de celulose obtido do descarte da indústria de cigarro, o acetato de celulose, e dessa forma verificar a influência da substituição dos grupos OH na melhoria do acesso e reatividade da celulose. Os materiais foram analisados pelas técnicas: CHN, DRX, TGA, DSC, FTIR. Os difratogramas de raios X dos materiais mostraram uma grande diferença entre as cristalinidades da celulose e acetato de celulose. As reações de hidrólise foram realizadas em autoclave, à temperatura de 120 °C, variando-se a concentração de H2SO4 e o tempo de reação. A quantificação da glicose foi feita a 505 nm no espectrofotômetro UV-vis, através de teste enzimático colorimétrico utilizando um reagente específico. A composição dos hidrolisados foi analisada por HPLC (high performance liquid chromatography). O rendimento máximo em glicose, 92,3%, foi alcançado para a hidrólise do acetato de celulose em solução de H2SO4, 5%, por 180 minutos. Os testes de fermentação do hidrolisado com o maior teor de glicose foram realizados em biorreator tipo INFORS HT Multifors 2 Cell utilizando YNB e hidrolisado na proporção de 1/1, os quais foram mantidos sob agitação de 200 rpm, temperatura de 30 °C e sem aeração por 25 horas. Como agente fermentador foi utilizada a levedura Saccharomyces cerevisiae. O consumo de glicose e a produção de etanol foram quantificados durante a fermentação a partir de coletas de amostras do meio em intervalos de 2 horas e posterior análise por HPLC. A taxa de conversão da glicose em etanol foi 0,50 g/g e a eficiência da fermentação atingiu valores próximos de 100%. Os resultados encontrados foram extremamente importantes e esse estudo apontou novos caminhos para a hidrólise ácida com base na modificação química da celulose.