Deslignificação e sacarificação do capim colonião (panicum maximum) utilizando líquido iônico

Abstract

Em decorrência da crescente demanda energética mundial e da preocupação acerca da escassez futura de fontes de energia fósseis, o desenvolvimento de novas tecnologias para obtenção de energia de fontes renováveis se apresenta como uma solução para os desafios das próximas gerações. Esse trabalho tem como objetivo estudar duas etapas importantes de uma rota de produção de bioetanol: o pré-tratamento e a sacarificação do capim colonião (Panicum maximum), que é uma biomassa composta essencialmente por lignina, celulose e hemicelulose. Embora já exista tecnologia para obtenção de etanol a partir de outros compostos lignocelulósicos, como a palha do trigo e a própria palha da cana-de-açúcar, não foi encontrada referência anterior sobre a utilização do capim colonião como matéria-prima, o que motivou a pesquisa sobre o tema. O capim foi seco e moído e suas características referentes ao tamanho médio de partícula e umidade foram determinadas. Posteriormente, a biomassa foi submetida a um tratamento com o líquido iônico acetato de 1-etil-3-metil imidazólio para possibilitar a quebra das fibras da celulose. Esse tratamento foi realizado em função do tempo, temperatura e concentração para estudar o efeito dessas variáveis na produção de açúcares redutores através da hidrólise enzimática. A melhor condição de deslignificação estudada nesse trabalho foi à seguinte: temperatura de 157 °C, tempo de reação de 30 minutos de reação e concentração de 14 % em massa de biomassa. Além do teor de lignina, o capim deslignificado assim como o não deslignificado, tiveram seus teores de holocelulose, celulose e cinzas analisados. A etapa seguinte avaliou a hidrólise enzimática do capim deslignificado e não deslignificado à 20 FPU/g de substrato. A melhor condição encontrada para deslignificação resultou na conversão de 69,8 % de glicose e 54,2 % de açúcares redutores totais, analisados, respectivamente, via método DNS e Kit LABTEST Glicose Liquiform Ref.: 133. Além disso, foi testada a hidrólise ácida do capim deslignificado com ácido sulfúrico na concentração de 1 M, temperatura de 120 °C e tempo de reação de 2 horas. O resultado foi a conversão de 27,2 % dos açúcares redutores e 57,4 % da glicose. A fermentação foi realizada utilizando Sacharomyces Cerevisae dos açúcares redutores totais obtidos através da melhor condição estudada de pré-tratamento e hidrólise enzimática e determinou-se a produção de etanol anidro por cromatografia gasosa. O resultado global do processo foi de 70,6 gramas de etanol por quilograma de capim colhido.

Due to the growing global energy demand and concerns about future shortage of fossil energy sources, the development of new technologies to produce fuel from renewable energy sources is seen as a good solution to the challenges of next generations. This work aims to study two important stages of a bioethanol production route, pretreatment and saccharification of guinea grass (Panicum maximum), which is a biomass composed mainly of lignin, cellulose and hemicellulose. Although there is already technology to produce ethanol from other lignocellulosic compounds, such as wheat straw and sugarcane bagasse and straw, no previous reference was found on the use of guinea grass as raw - material, which motivated research on the topic. The grass was dried and ground and its characteristics regarding the average particle size and moisture content were determined. Then, the biomass was subjected to a pre-treatment using the ionic liquid 1-ethyl-3-methyl imidazolium acetate to increase the possibility of access to the cellulose fibers. This pre-treatment was carried out at different times, temperatures and concentrations to assess the optimum point of delignification, which means, the operational condition that could maximize enzymatic hydrolysis stage as much as possible. The best delignification condition studied in this work was the following: temperature of 157 °C, reaction time of 30 minutes and concentration of 14 % in mass of biomass. In addition to lignin content, the pre-treated grass as well as the non-pre-treated grass had their holocellulose, cellulose and ash content analyzed. The next step evaluated was the enzymatic hydrolysis of non-pre-treated and pre-treated grass on 20 FPU / g of substrate. The best condition achieved for pre-treatment resulted in the conversion of 69.8% of glucose and 54.2% of reducing sugars, respectively analyzed via DNS and Kit Glucose LABTEST Liquiform method Ref.: 133. It was tested the acid hydrolysis of pre-treated grass with sulfuric acid 1M, temperature of 120 °C and time reaction of 2 hours. The result was the conversion of 27.2 % of reducing sugars and 57.4 % of glucose. It was used Saccharomyces Cerevisae cells to proceed the fermentation of reducing sugars obtained through the pre-treatment (best condition studied in this work) and enzymatic hydrolysis of the material and the amount of ethanol was determined by gas chromatography. The global process result was the production of 70.4 grams of ethanol per kilogram of green grass.