{"id":48438,"date":"2021-07-23T18:48:38","date_gmt":"2021-07-23T18:48:38","guid":{"rendered":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/?page_id=48438"},"modified":"2021-07-23T18:51:22","modified_gmt":"2021-07-23T18:51:22","slug":"rotas-integradas","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/lnbr.cnpem.br\/biovalue\/rotas-tecnologicas\/rotas-integradas\/","title":{"rendered":"LNBR | BioValue – Rotas Integradas"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column width=”3\/4″][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_column_text]<\/p>\n

Rotas integradas bioqu\u00edmicas e termoqu\u00edmicas para produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis avan\u00e7ados<\/strong><\/p>\n

A produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis e outros bioprodutos a partir de materiais lignocelul\u00f3sicos \u2013 compostos de celulose, hemicelulose e lignina \u2013 tradicionalmente tem sido feita por meio de duas plataformas tecnol\u00f3gicas distintas.<\/p>\n

A primeira, baseada em processos bioqu\u00edmicos, nos quais as fra\u00e7\u00f5es da biomassa, s\u00e3o convertidas em a\u00e7\u00facares sol\u00faveis por meio de pr\u00e9-tratamento e hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica. Essas fra\u00e7\u00f5es solubilizadas s\u00e3o ent\u00e3o transformadas em biocombust\u00edveis como o etanol e o butanol por processos fermentativos utilizando micro-organismos, respons\u00e1veis por converter os a\u00e7\u00facares em biocombust\u00edveis por meio de uma sequ\u00eancia de rea\u00e7\u00f5es metab\u00f3licas.<\/p>\n

A segunda plataforma consiste em processos termoqu\u00edmicos, no quais a biomassa \u00e9 transformada em intermedi\u00e1rios de baixo peso molecular por meio de pir\u00f3lise ou gaseifica\u00e7\u00e3o, produzindo bio-\u00f3leo ou g\u00e1s de s\u00edntese, respectivamente. Esses intermedi\u00e1rios s\u00e3o posteriormente transformados em biocombust\u00edveis por processos de s\u00edntese Fischer-Tropisch, adequa\u00e7\u00e3o de propriedades, upgrade e fracionamento. Ambas as plataformas possuem vantagens e desvantagens que influenciam nos seus indicadores de sustentabilidade.<\/p>\n

Processos bioqu\u00edmicos t\u00eam a vantagem de necessitarem equipamentos mais simples, uma vez que as rea\u00e7\u00f5es de hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica e fermenta\u00e7\u00e3o ocorrem normalmente a temperatura e press\u00e3o ambientes. Exce\u00e7\u00e3o ocorre para os reatores de pr\u00e9-tratamento, que normalmente representam um ponto cr\u00edtico em termos de investimento nos processos bioqu\u00edmicos. Processos bioqu\u00edmicos tamb\u00e9m necessitam grandes quantidades de energia t\u00e9rmica para a separa\u00e7\u00e3o dos produtos dos meios de ra\u00e7\u00e3o, que ocorrem em meio dilu\u00eddo, al\u00e9m de produzirem grandes quantidades de efluentes l\u00edquidos. Tamb\u00e9m possuem tempos de rea\u00e7\u00e3o relativamente longos, e a convers\u00e3o de alguns materiais pode ser baixa, como \u00e9 o caso da lignina e dos produtos da sua degrada\u00e7\u00e3o. Essa fra\u00e7\u00e3o da biomassa pode permanecer em estado s\u00f3lido, a depender do pr\u00e9-tratamento utilizado, e produtos da solubiliza\u00e7\u00e3o parcial podem atuar como inibidores para as rea\u00e7\u00f5es seguintes de hidr\u00f3lise e fermenta\u00e7\u00e3o, diminuindo, al\u00e9m da produtividade os rendimentos do processo<\/strong><\/a>.<\/p>\n

Processos termoqu\u00edmicos, por sua vez, normalmente requerem equipamentos mais complexos, visto que as rea\u00e7\u00f5es ocorrem a temperaturas e press\u00f5es elevadas, mas essa desvantagem \u00e9 em parte compensada por tempos de rea\u00e7\u00e3o significativamente mais curtos. Outra caracter\u00edstica dos processos termoqu\u00edmicos \u00e9 que todas as fra\u00e7\u00f5es da biomassa lignocelul\u00f3sica \u2013 celulose, hemicelulose e lignina \u2013 s\u00e3o convertidas. Apesar de possu\u00edrem grande convers\u00e3o, esses processos tamb\u00e9m apresentam algumas inefici\u00eancias na transforma\u00e7\u00e3o do carbono em produtos de interesse, como \u00e9 o caso da forma\u00e7\u00e3o de alcatr\u00e3o e di\u00f3xido de carbono como produtos indesejados. A desconstru\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica da biomassa por meio de processos de pir\u00f3lise e gaseifica\u00e7\u00e3o produz grandes quantidades de energia t\u00e9rmica e el\u00e9trica, e o processo normalmente \u00e9 autossuficiente em termos de energia<\/a><\/strong>.<\/p>\n

Como alternativa a esses processos convencionais de convers\u00e3o de biomassa, a combina\u00e7\u00e3o dos processos termoqu\u00edmicos e bioqu\u00edmicos cria uma nova plataforma de convers\u00e3o: processos h\u00edbridos que podem potencializar as sinergias entre os processos e fornecer alta efici\u00eancia de convers\u00e3o de carbono para os produtos desejados.<\/p>\n

Diversas propostas t\u00eam sido apresentadas para a integra\u00e7\u00e3o dessas duas plataformas tecnol\u00f3gicas.Algumas dessas propostas baseiam-se em utilizar processos termoqu\u00edmicos como uma etapa de processamento inicial da biomassa (Shen et al., 2015; Kumar et al., 2019). Essa estrat\u00e9gia visa superar a recalcitr\u00e2ncia da biomassa, eliminando a necessidade dos reatores de pr\u00e9-tratamento e o uso de coquet\u00e9is enzim\u00e1ticos dos processos bioqu\u00edmicos. Tanto a pir\u00f3lise quanto a gaseifica\u00e7\u00e3o podem ser utilizadas como primeira etapa do processo, que segue com a fermenta\u00e7\u00e3o do bio-\u00f3leo ou do g\u00e1s de s\u00edntese. O bio-\u00f3leo de pir\u00f3lise apresenta em sua composi\u00e7\u00e3o hidrocarbonetos que podem ser utilizados como combust\u00edveis drop-in e compostos oxigenados como a\u00e7\u00facares e \u00e1cidos carbox\u00edlicos, normalmente indesejados em um processo termoqu\u00edmico standalone. Com o adequado processo de separa\u00e7\u00e3o, esses compostos oxigenados podem servir de substrato para produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis por processo fermentativo.<\/p>\n

A fermenta\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m pode ser aplicada ao g\u00e1s de s\u00edntese produzido no processo de gaseifica\u00e7\u00e3o, com a vantagem de ser menos restritiva em termos da raz\u00e3o mon\u00f3xido de carbono:hidrog\u00eanio e da presen\u00e7a de contaminantes que o processo de s\u00edntese Fischer-Tropsch, bem como apresentar maior seletividade. Vale lembrar, contudo, que em ambos os casos desafios adicionais para o processo de fermenta\u00e7\u00e3o precisam ser superados, como por exemplo a alta presen\u00e7a de inibidores no bio-\u00f3leo de pir\u00f3lise e problemas de transfer\u00eancia de massa para fermenta\u00e7\u00e3o de compostos gasosos no caso da fermenta\u00e7\u00e3o de g\u00e1s de s\u00edntese.<\/p>\n

Uma outra estrat\u00e9gia de integra\u00e7\u00e3o de processos baseia-se na utiliza\u00e7\u00e3o de processos termoqu\u00edmicos para processar a biomassa n\u00e3o convertida oriunda de processos bioqu\u00edmicos (Klein et al., 2018). Essa \u00e9 a estrat\u00e9gia que vem sendo estudada no projeto BioValue. Em um processo puramente bioqu\u00edmico, a biomassa n\u00e3o solubilizada, composta fundamentalmente de lignina e da fra\u00e7\u00e3o mais recalcitrante da celulose, \u00e9 utilizada como combust\u00edvel para o processo de cogera\u00e7\u00e3o, respons\u00e1vel por fornecer a energia necess\u00e1ria para o processo de convers\u00e3o empregado. Alternativamente, essa biomassa residual do processo bioqu\u00edmico pode servir como mat\u00e9ria-prima para produ\u00e7\u00e3o adicional de biocombust\u00edveis a partir de processos termoqu\u00edmicos. Uma das vantagens \u00e9 que essa biomassa n\u00e3o convertida no processo bioqu\u00edmico \u00e9 rica em lignina, a fra\u00e7\u00e3o da biomassa lignocelul\u00f3sica com menor teor de oxig\u00eanio, o que favorece os processos termoqu\u00edmicos, aumentando sua efici\u00eancia de convers\u00e3o. Outra vantagem reside nos excedentes de energia t\u00e9rmica e el\u00e9trica dos processos termoqu\u00edmicos, que podem fornecer a energia necess\u00e1ria para o processo bioqu\u00edmico, eliminando a necessidade das unidades de cogera\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

A integra\u00e7\u00e3o dos processos bioqu\u00edmicos e termoqu\u00edmicos resultar\u00e1 numa maior produ\u00e7\u00e3o de biocombust\u00edveis a partir da mesma quantidade de biomassa e, certamente, representa um passo importante no sentindo de aumentar a sustentabilidade dos processos, buscando sempre menores impactos ambientais e melhores desempenhos econ\u00f4micos e sociais.<\/p>\n

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

Shen et al., 2015: A thermochemical\u2013biochemical hybrid processing of lignocellulosic biomass for producing fuels and chemicals<\/a><\/p>\n

Kumar et al., 2019: A comprehensive review on thermochemical, biological, biochemical and hybrid conversion methods of bio-derived lignocellulosic molecules into renewable fuels<\/a><\/p>\n

Klein et al., 2018: Techno-economic and environmental assessment of renewable jet fuel production in integrated Brazilian sugarcane biorefineries<\/a><\/p>\n

[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_row_inner disable_element=”yes”][vc_column_inner width=”1\/4″]