Publicação

Valorização de uma espécie arbórea infestante por extracção de lenhina com solventes de baixo impacto ambiental

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Um dos objetivos que permitem alcançar a sustentabilidade é a diminuição das necessidades energéticas baseadas em recursos fósseis privilegiando-se a utilização de recursos renováveis. A obtenção de biocombustíveis, como o bioetanol, a partir de biomassa lenhocelulósica é uma das soluções possíveis, que tem como premissa a biorrefinaria integrada. A obtenção de etanol é conseguida em quatro etapas: o pré-tratamento da biomassa, a hidrólise (ou sacarificação) dos polissacarídeos em açúcares, a fermentação dos açúcares em etanol e a sua purificação. O pré-tratamento da biomassa com líquidos de baixa temperatura transição vítrea ou de baixa temperatura eutéctica (líquidos LTTM) é ainda recente, permitindo a extração seletiva da lenhina da matriz lenhocelulósica, sem que ocorra degradação dos polissacarídeos de interesse para as etapas seguintes. Uma vez que a lenhina extraída se encontra numa forma bastante próxima à lenhina no seu estado natural, o seu potencial de valorização é elevado. Os líquidos LTTM são formados a partir de um dador e um aceitador de ligações de hidrogénio que, por norma, são reagentes de baixo impacte ambiental, ao contrário dos reagentes comumente utilizados. O estudo efetuado nesta dissertação focou-se no pré-tratamento de madeira de Acacia dealbata (Mimosa, com 27,4% de lenhina) com dois líquidos LTTM diferentes: (a) líquido GCP formado por glicerol e carbonato de potássio, tendo sido testadas quatros proporções molares distintas – 20:1, 50:1, 100:1 e 200:1; (b) líquido LCCETMA formado por ácido láctico e cloreto de (2-cloroetil)trimetilamónio, onde as proporções 5:1 e 100:1 foram testadas. Procedeu-se depois à hidrólise enzimática do material pré-tratado com a Cellic CTec2 e subsequente fermentação com a levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 266002. Relativamente ao pré-tratamento com o líquido GCP, verificou-se que o maior rendimento de dissolução (17,7% da madeira) foi alcançado pela proporção 50:1, permitindo a extração de 7,9% da lenhina (base madeira). Realizaram-se dois ciclos de pré-tratamento com o objetivo de aumentar a dissolução. Contudo, o seu efeito no aumento de dissolução da lenhina não se revelou significativo face ao consumo energético e de reagentes necessários. Procedeu-se ainda ao estudo da cinética de dissolução da lenhina usando o líquido [GCP 50:1]. Apesar de um aumento contínuo da dissolução da madeira com o tempo, verificou-se que após 10h de pré-tratamento a seletividade de dissolução da lenhina diminuía. Na etapa da hidrólise enzimática da madeira pré-tratada atingiu-se uma concentração de açúcares nos hidrolisados após 24h de hidrólise 50% maior que a obtida na hidrólise da madeira in natura com a mesma carga enzimática. Este resultado permitiu alcançar um rendimento em etanol de 43,1% após 6h de fermentação e uma produtividade em etanol de 0,58 g.(L.h)-1. O rendimento de dissolução após o pré-tratamento com o líquido LCCETMA foi inferior ao alcançado com o pré-tratamento com o GCP, mas mais seletivo, dado que até 88% da madeira dissolvida correspondia a lenhina. Estudou-se ainda a influência do aumento da severidade das condições operatórias – um e dois ciclos a 80 °C – sendo este acompanhado pelo aumento do rendimento de dissolução atingido bem como da lenhina dissolvida. Contudo, verificou-se que a seletividade é potenciada por condições de operação menos severas. A hidrólise e fermentação do material pré-tratado com LCCETMA levou à obtenção de rendimentos inferiores aos da madeira in natura, o que pode dever-se à presença de compostos inibidores na matriz lenhocelulósica, como o ácido láctico proveniente do líquido de dissolução. Na tentativa de precipitar a lenhina dissolvida nos líquidos LTTM obtiveram-se dois comportamentos distintos, verificando-se rendimentos de precipitação relativamente baixos para um ciclo de pré-tratamento com GCP, quer usando uma solução de água e acetona como anti-solvente, quer usando ácido sulfúrico. Pelo contrário, a precipitação de lenhina dissolvida no líquido LCCETMA, levou à obtenção de rendimentos bastante superiores independentemente do anti-solvente, variando entre 72 e 95%.
Autores principais:	Fernandes, Ana Raquel Raimundo
Assunto:	líquidos LTTM biomassa lenhocelulósica pré-tratamento hidrólise enzimática fermentação LTTM liquids lignocellulosic biomass pretreatment enzymatic hydrolysis fermentation
Ano:	2016
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Coimbra
Idioma:	português
Origem:	Estudo Geral - Universidade de Coimbra

Descrição
Resumo:	Um dos objetivos que permitem alcançar a sustentabilidade é a diminuição das necessidades energéticas baseadas em recursos fósseis privilegiando-se a utilização de recursos renováveis. A obtenção de biocombustíveis, como o bioetanol, a partir de biomassa lenhocelulósica é uma das soluções possíveis, que tem como premissa a biorrefinaria integrada. A obtenção de etanol é conseguida em quatro etapas: o pré-tratamento da biomassa, a hidrólise (ou sacarificação) dos polissacarídeos em açúcares, a fermentação dos açúcares em etanol e a sua purificação. O pré-tratamento da biomassa com líquidos de baixa temperatura transição vítrea ou de baixa temperatura eutéctica (líquidos LTTM) é ainda recente, permitindo a extração seletiva da lenhina da matriz lenhocelulósica, sem que ocorra degradação dos polissacarídeos de interesse para as etapas seguintes. Uma vez que a lenhina extraída se encontra numa forma bastante próxima à lenhina no seu estado natural, o seu potencial de valorização é elevado. Os líquidos LTTM são formados a partir de um dador e um aceitador de ligações de hidrogénio que, por norma, são reagentes de baixo impacte ambiental, ao contrário dos reagentes comumente utilizados. O estudo efetuado nesta dissertação focou-se no pré-tratamento de madeira de Acacia dealbata (Mimosa, com 27,4% de lenhina) com dois líquidos LTTM diferentes: (a) líquido GCP formado por glicerol e carbonato de potássio, tendo sido testadas quatros proporções molares distintas – 20:1, 50:1, 100:1 e 200:1; (b) líquido LCCETMA formado por ácido láctico e cloreto de (2-cloroetil)trimetilamónio, onde as proporções 5:1 e 100:1 foram testadas. Procedeu-se depois à hidrólise enzimática do material pré-tratado com a Cellic CTec2 e subsequente fermentação com a levedura Saccharomyces cerevisiae ATCC 266002. Relativamente ao pré-tratamento com o líquido GCP, verificou-se que o maior rendimento de dissolução (17,7% da madeira) foi alcançado pela proporção 50:1, permitindo a extração de 7,9% da lenhina (base madeira). Realizaram-se dois ciclos de pré-tratamento com o objetivo de aumentar a dissolução. Contudo, o seu efeito no aumento de dissolução da lenhina não se revelou significativo face ao consumo energético e de reagentes necessários. Procedeu-se ainda ao estudo da cinética de dissolução da lenhina usando o líquido [GCP 50:1]. Apesar de um aumento contínuo da dissolução da madeira com o tempo, verificou-se que após 10h de pré-tratamento a seletividade de dissolução da lenhina diminuía. Na etapa da hidrólise enzimática da madeira pré-tratada atingiu-se uma concentração de açúcares nos hidrolisados após 24h de hidrólise 50% maior que a obtida na hidrólise da madeira in natura com a mesma carga enzimática. Este resultado permitiu alcançar um rendimento em etanol de 43,1% após 6h de fermentação e uma produtividade em etanol de 0,58 g.(L.h)-1. O rendimento de dissolução após o pré-tratamento com o líquido LCCETMA foi inferior ao alcançado com o pré-tratamento com o GCP, mas mais seletivo, dado que até 88% da madeira dissolvida correspondia a lenhina. Estudou-se ainda a influência do aumento da severidade das condições operatórias – um e dois ciclos a 80 °C – sendo este acompanhado pelo aumento do rendimento de dissolução atingido bem como da lenhina dissolvida. Contudo, verificou-se que a seletividade é potenciada por condições de operação menos severas. A hidrólise e fermentação do material pré-tratado com LCCETMA levou à obtenção de rendimentos inferiores aos da madeira in natura, o que pode dever-se à presença de compostos inibidores na matriz lenhocelulósica, como o ácido láctico proveniente do líquido de dissolução. Na tentativa de precipitar a lenhina dissolvida nos líquidos LTTM obtiveram-se dois comportamentos distintos, verificando-se rendimentos de precipitação relativamente baixos para um ciclo de pré-tratamento com GCP, quer usando uma solução de água e acetona como anti-solvente, quer usando ácido sulfúrico. Pelo contrário, a precipitação de lenhina dissolvida no líquido LCCETMA, levou à obtenção de rendimentos bastante superiores independentemente do anti-solvente, variando entre 72 e 95%.

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