{"id":48434,"date":"2021-07-23T18:36:17","date_gmt":"2021-07-23T18:36:17","guid":{"rendered":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/?page_id=48434"},"modified":"2021-07-23T18:41:27","modified_gmt":"2021-07-23T18:41:27","slug":"rotas-bioquimicas","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/biovalue\/rotas-tecnologicas\/rotas-bioquimicas\/","title":{"rendered":"LNBR | BioValue – Rotas Bioqu\u00edmicas"},"content":{"rendered":"

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Rotas Bioqu\u00edmicas para produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis avan\u00e7ados<\/strong><\/p>\n

Diversas rotas tecnol\u00f3gicas de produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis a partir de materiais lignocelul\u00f3sicos se baseiam em processos bioqu\u00edmicos, ou seja, processos de convers\u00e3o que utilizam microrganismos ou enzimas como catalisadores.<\/p>\n

Processos enzim\u00e1ticos podem ser utilizados para o fracionamento e solubiliza\u00e7\u00e3o da biomassa lignocelul\u00f3sica, como, por exemplo, na hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica das fra\u00e7\u00f5es celulose e hemicelulose da biomassa, gerando a\u00e7\u00facares simples, como a glicose e a xilose. Os a\u00e7\u00facares presentes nesses hidrolisados podem, ent\u00e3o, ser utilizados em processos fermentativos para produzir biocombust\u00edveis considerados \u201cavan\u00e7ados\u201d ou de \u201csegunda gera\u00e7\u00e3o\u201d em raz\u00e3o de sua origem lignocelul\u00f3sica. Tipicamente, podem ser produzidos dessa forma os mesmos biocombust\u00edveis tradicionalmente obtidos a partir de mat\u00e9rias primas a\u00e7ucaradas ou amil\u00e1ceas como, por exemplo, o etanol e o butanol produzidos a partir do caldo da cana-de-a\u00e7\u00facar ou do amido do milho, os quais por essa raz\u00e3o s\u00e3o considerados \u201cconvencionais\u201d ou de \u201cprimeira gera\u00e7\u00e3o\u201d.<\/p>\n

Os processos fermentativos mais empregados para a produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis s\u00e3o a fermenta\u00e7\u00e3o alco\u00f3lica<\/strong>, que utiliza leveduras do g\u00eanero Saccharomyces<\/em> para produzir etanol a partir de alguns a\u00e7\u00facares simples, e a fermenta\u00e7\u00e3o butan\u00f3lica<\/strong>, na qual bact\u00e9rias do g\u00eanero Clostridium<\/em> convertem a\u00e7\u00facares simples em uma mistura de butanol, etanol e acetona. Tanto o etanol como o butanol s\u00e3o biocombust\u00edveis aprovados em diversos pa\u00edses para uso automotivo, em substitui\u00e7\u00e3o \u00e0 gasolina. Tamb\u00e9m vale mencionar a digest\u00e3o anaer\u00f3bia<\/strong>, processo no qual um cons\u00f3rcio de microrganismos \u00e9 utilizado para converter uma grande diversidade de mol\u00e9culas org\u00e2nicas (inclusive polimerizadas) em biog\u00e1s. O biog\u00e1s \u00e9 uma mistura de metano e di\u00f3xido de carbono que pode ser utilizada diretamente como combust\u00edvel em motores a explos\u00e3o, ou purificada pela remo\u00e7\u00e3o do CO2 para gerar o biometano, substituto do g\u00e1s natural.<\/p>\n

Todos os processos bioqu\u00edmicos mencionados acima se desenvolvem em condi\u00e7\u00f5es an\u00f3xicas, ou seja, em aus\u00eancia de oxig\u00eanio atmosf\u00e9rico. Na aus\u00eancia de um agente oxidante forte como o oxig\u00eanio, \u00e9 limitada a capacidade dos microrganismos de extrair energia qu\u00edmica dos substratos presentes. Como resultado, uma grande parte da energia contida nos substratos continua presente nos produtos da fermenta\u00e7\u00e3o. Por exemplo, na fermenta\u00e7\u00e3o alco\u00f3lica, o etanol produzido ainda cont\u00e9m cerca de 92% da energia contida na glicose, embora possua aproximadamente a metade da massa original:<\/p>\n

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Como resultado, o biocombust\u00edvel obtido cont\u00e9m mais energia por unidade de massa do que o material lignocelul\u00f3sico de partida ou o carboidrato dele derivado. Esse efeito de \u201cdensifica\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica\u201d est\u00e1 presente em todos os processos fermentativos mencionados e decorre de uma redistribui\u00e7\u00e3o dos \u00e1tomos de oxig\u00eanio contidos no substrato: a maior parte deles se concentra no CO2<\/sub> produzido na fermenta\u00e7\u00e3o, deixando, portanto, o outro produto com um conte\u00fado de oxig\u00eanio menor do que o do carboidrato utilizado como mat\u00e9ria-prima. Quanto menor for o conte\u00fado de oxig\u00eanio no biocombust\u00edvel produzido, maior ser\u00e1 seu poder calor\u00edfico.<\/p>\n

Os processos enzim\u00e1ticos ou microbianos referidos acima se desenvolvem em temperaturas de 30 a 50o<\/sup>C e em press\u00e3o atmosf\u00e9rica, condi\u00e7\u00f5es muito mais brandas que as utilizadas nos processos termoqu\u00edmicos de convers\u00e3o de biomassa, como a pir\u00f3lise ou a gaseifica\u00e7\u00e3o. Em consequ\u00eancia, os reatores utilizados nas convers\u00f5es bioqu\u00edmicas industriais s\u00e3o tipicamente muito mais simples do que os reatores termoqu\u00edmicos.<\/p>\n

Entretanto, as convers\u00f5es bioqu\u00edmicas s\u00e3o mais lentas e se processam em solu\u00e7\u00f5es aquosas relativamente dilu\u00eddas e, por isso, elas t\u00eam baixas produtividades volum\u00e9tricas quando comparadas \u00e0s convers\u00f5es termoqu\u00edmicas. Quando requerem ajuste do pH do meio fermentativo, os processos bioqu\u00edmicos podem demandar quantidades importantes de \u00e1cidos ou de \u00e1lcalis como insumos operacionais. O processamento em meio aquoso tamb\u00e9m acarreta um consumo relevante de energia t\u00e9rmica em opera\u00e7\u00f5es de concentra\u00e7\u00e3o das solu\u00e7\u00f5es de a\u00e7\u00facares alimentadas aos biorreatores e\/ou separa\u00e7\u00e3o de produtos por destila\u00e7\u00e3o gerando, al\u00e9m disso, volumes importantes de efluentes aquosos (vinha\u00e7as) que podem requerer tratamento para remo\u00e7\u00e3o de sua carga org\u00e2nica antes de sua disposi\u00e7\u00e3o final.<\/p>\n

Em consequ\u00eancia, as biorrefinarias que produzem etanol de primeira gera\u00e7\u00e3o (etanol 1G) possuem uma unidade de cogera\u00e7\u00e3o de calor e eletricidade dimensionada de forma a prover \u00e0 planta a carga t\u00e9rmica demandada, podendo gerar excedentes export\u00e1veis de eletricidade. Ao mesmo tempo, a vinha\u00e7a da destilaria pode ser encaminhada a uma unidade de digest\u00e3o anaer\u00f3bia permitindo recuperar energia dessas correntes dilu\u00eddas na forma de biog\u00e1s.<\/p>\n

Mundialmente, a produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis avan\u00e7ados por via fermentativa \u00e9 incipiente. Entretanto, volumes importantes de etanol s\u00e3o produzidos por processos bioqu\u00edmicos de primeira gera\u00e7\u00e3o, principalmente nos EUA (a partir do amido do milho) e no Brasil (a partir do caldo ou do mela\u00e7o de cana-de-a\u00e7\u00facar). No segundo caso, a produ\u00e7\u00e3o de etanol de primeira gera\u00e7\u00e3o (etanol 1G) \u00e9 acompanhada da produ\u00e7\u00e3o de grandes excedentes de res\u00edduos lignocelul\u00f3sicos na forma de baga\u00e7o e palha de cana, os quais poderiam, por exemplo, ser destinados \u00e0 produ\u00e7\u00e3o fermentativa de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o (etanol 2G), no que seria ent\u00e3o uma biorrefinaria de cana 1G2G. Alternativamente, parte dos res\u00edduos lignocelul\u00f3sicos pode ser destinada a processos de convers\u00e3o termoqu\u00edmica integrados \u00e0 biorrefinaria 1G, ensejando oportunidades de aumento da efici\u00eancia energ\u00e9tica de todo o processo.<\/p>\n

Por fim, cabe ressaltar que as fermenta\u00e7\u00f5es alco\u00f3lica e butan\u00f3lica e tamb\u00e9m a obten\u00e7\u00e3o de biometano a partir do biog\u00e1s s\u00e3o processos que originam correntes de CO2<\/sub> biog\u00eanico muito puras, as quais podem ser utilizadas em processos de sequestro geol\u00f3gico de carbono ou de produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis sint\u00e9ticos com utiliza\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio eletrol\u00edtico (processos \u201cPower-to-X\u201d), gerando, em ambos os casos, redu\u00e7\u00f5es adicionais nas emiss\u00f5es de gases de efeito estufa.<\/p>\n

Refer\u00eancias Bibliogr\u00e1ficas Fundamentais<\/strong><\/p>\n

Alcoholic fermentation of carbon sources in biomass hydrolysates by Saccharomyces cerevisiae: current status<\/a><\/p>\n

Anaerobic digestion of hemicellulose hydrolysate produced after hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse in UASB reactor<\/a><\/p>\n

Techno-economic analysis and climate change impacts of sugarcane biorefineries considering different time horizons<\/a>[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_row_inner disable_element=”yes”][vc_column_inner width=”1\/4″]