Publicação
Production of cellulosic sugars and bioethanol
| Resumo: | O sistema de produção atual baseia-se num fluxo linear de recursos insustentável, que conduz a problemas ambientais e compromete as gerações futuras. Conscientes desta problemática, os governos e outras entidades internacionais têm definido metas globais com o objetivo de acelerar a transição do uso de recursos fósseis para renováveis, ambicionando a neutralidade carbónica e promovendo o modelo de economia circular. Os biocombustíveis avançados são reconhecidos como uma fonte de energia renovável com potencial para garantir a segurança do aprovisionamento energético e permitir que o sector dos transportes cumpra as metas de descarbonização a médio prazo. Apesar de toda a investigação nesta área, a produção de etanol celulósico à escala industrial é praticamente negligenciável, principalmente devido aos elevados custos de investimento e de produção. Neste sentido, a integração desta abordagem no contexto de uma biorrefinaria multiproduto poderá ser a chave para aumentar a sua competitividade. A indústria de pasta e papel é um sector estratégico para ser convertido numa biorrefinaria de base florestal, tendo como vantagens competitivas o know-how, as infraestruturas existentes e operações logísticas já bem estabelecidas para lidar diariamente com elevado volume de resíduos florestais. A espécie Eucalyptus globulus é a mais utilizada no sector nacional de produção de pasta de papel, uma vez que as suas excelentes propriedades papeleiras resultam em produtos de qualidade premium. O descascamento da madeira é uma etapa essencial, uma vez que a casca tem um impacto negativo no rendimento do processo de cozimento, conduzindo a tempos de reação prolongados e comprometendo a qualidade da pasta. Assim, a casca de Eucalyptus globulus é um resíduo industrial abundante e é, na sua maioria, queimado para fins energéticos. No entanto, tem surgido um interesse crescente em converter a casca de eucalipto em produtos de maior valor acrescentado, no âmbito do modelo de negócio de economia circular de base florestal. A produção de açúcares celulósicos é uma via promissora para a valorização da casca de eucalipto, que pode ser convertida numa ampla gama de bioprodutos e biocombustíveis, nomeadamente bioetanol. A inexistência de etanol celulósico em Portugal é a força motriz para o enfoque nesta alternativa de valorização. Neste sentido, o principal objetivo desta tese de doutoramento consistiu em demonstrar a viabilidade técnica da produção de açúcares celulósicos e etanol a partir da casca de Eucalyptus globulus pré-tratada através do cozimento kraft. Neste sentido, foram avaliadas duas configurações distintas: a hidrólise e fermentação em separado e em simultâneo. Por um lado, a configuração separada permitiu valorizar com sucesso um dos principais subprodutos dos processos fermentativos, a biomassa pós-fermentação. A biomassa pós-fermentação mostrou ter potencial para ser reutilizada como inóculo em, pelo menos, onze ensaios de fermentação consecutivos. Além disso, o autolisado obtido a partir deste subproduto provou ser uma excelente alternativa à suplementação do meio de fermentação com extrato de levedura comercial. Por outro lado, a configuração integrada permitiu aumentar consideravelmente a produção de etanol celulósico e o desempenho global. Além disso, os custos associados às operações unitárias intermédias de preparação do hidrolisado são evitadas, uma vez que ambos os bioprocessos ocorrem em simultâneo no mesmo biorreator. Ambas as abordagens parecem ser promissoras, com potencial para reduzir custos e aumentar a competitividade, constituindo um novo paradigma para o sector da pasta e do papel. |
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| Autores principais: | Amândio, Mariana Soraia Tomás |
| Assunto: | Açúcares celulósicos Etanol celulósico Casca de Eucalyptus globulus Biomassa pós-fermentação Pré-sacarificação Cellulosic sugars Cellulosic ethanol Casca de Eucalyptus globulus Spent yeast Pre-saccharification |
| Ano: | 2023 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso embargado |
| Instituição associada: | Universidade de Coimbra |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Resumo: | O sistema de produção atual baseia-se num fluxo linear de recursos insustentável, que conduz a problemas ambientais e compromete as gerações futuras. Conscientes desta problemática, os governos e outras entidades internacionais têm definido metas globais com o objetivo de acelerar a transição do uso de recursos fósseis para renováveis, ambicionando a neutralidade carbónica e promovendo o modelo de economia circular. Os biocombustíveis avançados são reconhecidos como uma fonte de energia renovável com potencial para garantir a segurança do aprovisionamento energético e permitir que o sector dos transportes cumpra as metas de descarbonização a médio prazo. Apesar de toda a investigação nesta área, a produção de etanol celulósico à escala industrial é praticamente negligenciável, principalmente devido aos elevados custos de investimento e de produção. Neste sentido, a integração desta abordagem no contexto de uma biorrefinaria multiproduto poderá ser a chave para aumentar a sua competitividade. A indústria de pasta e papel é um sector estratégico para ser convertido numa biorrefinaria de base florestal, tendo como vantagens competitivas o know-how, as infraestruturas existentes e operações logísticas já bem estabelecidas para lidar diariamente com elevado volume de resíduos florestais. A espécie Eucalyptus globulus é a mais utilizada no sector nacional de produção de pasta de papel, uma vez que as suas excelentes propriedades papeleiras resultam em produtos de qualidade premium. O descascamento da madeira é uma etapa essencial, uma vez que a casca tem um impacto negativo no rendimento do processo de cozimento, conduzindo a tempos de reação prolongados e comprometendo a qualidade da pasta. Assim, a casca de Eucalyptus globulus é um resíduo industrial abundante e é, na sua maioria, queimado para fins energéticos. No entanto, tem surgido um interesse crescente em converter a casca de eucalipto em produtos de maior valor acrescentado, no âmbito do modelo de negócio de economia circular de base florestal. A produção de açúcares celulósicos é uma via promissora para a valorização da casca de eucalipto, que pode ser convertida numa ampla gama de bioprodutos e biocombustíveis, nomeadamente bioetanol. A inexistência de etanol celulósico em Portugal é a força motriz para o enfoque nesta alternativa de valorização. Neste sentido, o principal objetivo desta tese de doutoramento consistiu em demonstrar a viabilidade técnica da produção de açúcares celulósicos e etanol a partir da casca de Eucalyptus globulus pré-tratada através do cozimento kraft. Neste sentido, foram avaliadas duas configurações distintas: a hidrólise e fermentação em separado e em simultâneo. Por um lado, a configuração separada permitiu valorizar com sucesso um dos principais subprodutos dos processos fermentativos, a biomassa pós-fermentação. A biomassa pós-fermentação mostrou ter potencial para ser reutilizada como inóculo em, pelo menos, onze ensaios de fermentação consecutivos. Além disso, o autolisado obtido a partir deste subproduto provou ser uma excelente alternativa à suplementação do meio de fermentação com extrato de levedura comercial. Por outro lado, a configuração integrada permitiu aumentar consideravelmente a produção de etanol celulósico e o desempenho global. Além disso, os custos associados às operações unitárias intermédias de preparação do hidrolisado são evitadas, uma vez que ambos os bioprocessos ocorrem em simultâneo no mesmo biorreator. Ambas as abordagens parecem ser promissoras, com potencial para reduzir custos e aumentar a competitividade, constituindo um novo paradigma para o sector da pasta e do papel. |
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