Pré-tratamento químico combinado do bagaço da cana visando a produção de etanol de segunda geração

Abstract

O etanol de segunda geração (E2G) surge como alternativa sustentável de energia, uma vez que utiliza resíduos agroindustriais, tais como bagaço e palha da cana de açúcar, na sua produção. Estes materiais são constituídos majoritariamente por celulose, lignina e hemicelulose. A celulose é um dos produtos de maior interesse e, quando hidrolisada disponibiliza uma fração rica em hexoses facilmente fermentáveis. No entanto, ela encontra-se protegida por uma barreira de lignina e hemicelulose que dificulta a ação de micro-organismos, na sua conversão a monômeros de glicose. As etapas de pré-tratamento visam desagregar a matriz lignina-carboidrato e tornar acessível a celulose à sacarificação. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência do pré-tratamento químico do bagaço da cana de açúcar utilizando ácido sulfúrico diluído seguido do peróxido de hidrogênio alcalino. Os experimentos foram realizados em evaporador rotativo. O tratamento ácido ocorreu entre 105 °C e 120 °C e, concentração H2SO4 de 0,75% (v/v) e 1,45% (v/v). O tratamento alcalino oxidativo com H2O2 7,5% (v/v) a 80°C e pH 11,5. A avaliação da solubilização da lignina e hemicelulose foi mediante caracterização química do bagaço in natura e pré-tratado. O pré-tratamento ácido favoreceu a solubilização da fração hemicelulósica, enquanto que a combinação com H2O2 alcalino permitiu a solubilização / remoção da lignina e hemicelulose, com menor degradação da cadeia celulósica, baixa produção dos inibidores furfural e 5-hidroximetilfurfural e, baixa precipitação de resíduos sólidos. O pré-tratamento combinado a 1,45% (v/v) H2SO4 a 120 °C seguido de 7,5% H2O2 a 80 °C resultou numa fração sólida com 71,04% de celulose com remoção de 80,0% de hemicelulose e 73,3% lignina. As análises em Espectroscopia por Reflectância Difusa na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (DRIFTS) mostraram uma redução na intensidade das bandas espectrais relativas aos grupos funcionais presentes a lignina e hemicelulose do bagaço pré-tratado, quando comparado ao in natura, indicando alteração na estrutura química com a remoção destes compostos. Com a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi revelado mudanças morfológicas do bagaço pré-tratado com a formação de fendas e agregados amorfos. E, com as análises termogravimétricas (TGA) e análise térmica diferencial (DTA) observou-se que o bagaço pré-tratado apresentou maior estabilidade térmica que o bagaço in natura, em virtude da remoção da lignina e hemicelulose. Com o estudo, pode se verificar que o pré-tratamento combinado foi mais eficiente que o pré-tratamento em separado, aliado a condições operacionais amenas.