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Laboratórios de Desenvolvimento de
Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ

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Produção Científica: Teses de Doutorado

Produção de Bioetanol da Torta de Mamona (Ricinus communis L.) obtida do Processo Biodiesel

Autor: Walber Carvalho Melo
Data da Defesa: 07 de Março de 2008
Orientadores: Nei Pereira Jr., PhD e Lidia Maria Melo Santa Anna, DSc
Programa: TPQB - Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ/UFRJ

Resumo

No contexto dos biocombustíveis, os sucedâneos naturais e renováveis para a gasolina e o diesel são o bioetanol e o biodiesel, podendo este ser produzido por transesterificação etílica do óleo de mamona.

Como toda atividade antrópica, a agroenergia gera demandas tecnológicas e impactos que precisam ser mitigados. O resíduo sólido da prensagem das sementes de mamona (torta de mamona - TM), rico em amido e sais minerais, tem como problemática a ocorrência de proteína tóxica (ricina).

A demanda de biodiesel prevista até 2013 sinaliza para o crescimento na geração de TM, que precisa ser correta e seguramente destinada. O desafio deste trabalho é a utilização dessa biomassa para produção de bioetanol, otimizando, em escala laboratorial, o processo de hidrólise do amido que, concomitantemente, assegure a destoxificação da torta.

São avaliadas através de planejamentos multivariados a hidrólise química e a hidrólise enzimática. O processo a ser estabelecido conta com as duas etapas em série.

A primeira, de pré-tratamento ácido (relação S:L de 1:6, H2SO4 0,1 mol/L, 120 °C, 40 minutos, 150 rpm) assegura a destoxificação da TM, de acordo com testes de toxicidade do resíduo sólido da hidrólise (IC50), tendo evidenciado uma redução de toxicidade de 10 vezes em relação à torta in natura. Testes in vivo (DL50) apontam uma redução de 237 vezes na toxicidade da TM. O resíduo sólido ainda pode compor 10 % (m/m) de ração para gado de corte, propiciando a economia de R$ 30,00/ tonelada ração. Esta etapa química gera um meio com concentração de hidroximetil-furfural, um subproduto inibidor, de 0,6 g/L e com 26 g/L de açúcares redutores (EfHA=32 %), que, fermentado, produz 11 g/L de etanol (QP=1,38 g/L h e YP/S=0,45 g/g).

A etapa de pré-tratamento ácido é seguida por hidrólise enzimática utilizando-se a-amilase (150 mL/g, 90 °C, 4 h, pH 6) e glicoamilase (150 mL/g , 60 °C, 4 h, pH 5), que resulta em 75 g/L de açúcares (EfHE=92 %), convertidos a 34,5 g/L de etanol após fermentação por S. cerevisiae comercial (Fleischmann®) com concentração celular de 10 g/L, em biorreator com volume de 1 L, a 33 °C (QP = 4,25 g/L h e YP/S=0,46 g/g). Esses valores indicam a produção de 270 L de etanol por tonelada de torta de mamona.

Uma vez que o processamento de 2 toneladas de sementes gera 1 ton de óleo e 1 ton de torta, o etanol obtido é 1,68 vezes superior ao volume demandado no processo de transesterificação do óleo extraído nos moldes do processo de obtenção de biodiesel desenvolvido em escala de planta piloto no Centro de Pesquisas da Petrobrás.

LADEBIO - Laboratório de Desenvolvimento de Bioprocessos da Escola de Química da UFRJ