Autor(es):
Vieira, Sara Soares 
Data: 2009
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10400.22/2425
Origem: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Assunto(s): Bioetanol; Biomassa; Destilação; Fermentação; Hidrólise enzimática; Pré-tratamento
Descrição
Mestrado em Engenharia Química Este trabalho teve como objectivo produzir bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR. A escolha do referido resíduo surgiu como possibilidade de valorizar este produto, caso fosse uma alternativa mais interessante para o escoamento do mesmo.
O procedimento experimental envolveu distintas etapas, tais como, trituração da matéria-prima, pré-tratamento, hidrólise enzimática, fermentação dos açúcares e determinação da conversão dos açúcares a etanol por fermentação.
Para a optimização do pré-tratamento, a amostra foi submetida a quatro tratamentos prévios distintos: hidrólise ácida, hidrólise alcalina, organosolv e hidrotermólise. A hidrotermólise foi estudada sob duas condições operatórias de pressão (16 bar e atmosférica). A partir da análise dos resultados obtidos concluiu-se que a hidrólise alcalina é o processo que resultou numa maior capacidade de produção de glucose (89,2%). As condições utilizadas neste processo foram 200 mL de uma solução hidróxido de sódio a 10% para 20 g de biomassa, à pressão de 2 bar, a uma temperatura de 124 ºC e um tempo de contacto de 6 minutos.
Para a optimização da hidrólise, desenvolveu-se um planeamento factorial 22, ou seja, com dois níveis e dois factores, realizando-se duas réplicas nos vértices e três réplicas no centro, com vista a optimizar as condições experimentais: temperatura e razão volume de enzima/ quantidade de biomassa, que conduziram à maior concentração de açúcares totais, e consequentemente à maior produção de etanol. Para isso realizaram-se no total 11 ensaios, dos quais 8 correspondem a condições nos vértices e 3 no centro. A análise dos açúcares foi efectuada a partir de 3 técnicas analíticas: refractometria, espectrofotometria UV-Vis e HPLC.
Pela análise dos resultados do planeamento, conclui-se que se enquadrou o óptimo. As melhores condições usadas foram respectivamente: temperatura = 65 ºC e razão volume de enzima/quantidade de biomassa 5 mL/100 g. Estas condições foram usadas na optimização das etapas posteriores (fermentação e destilação).
Relativamente à eficiência média da hidrólise, o valor obtido foi de 84,5%. Este encontra-se próximo do valor teórico esperado (88%).
A eficiência média da fermentação foi de 59,4%, sendo a massa média de etanol obtida de 1,9 g (obtido a partir de uma massa média de 7,39 g de celulose e hemicelulose), para um máximo teórico de 3,32 g. A justificação para este baixo valor de eficiência, poderá dever-se à inexistência de ar em quantidade suficiente ou à baixa actividade das leveduras. This work aimed to produce bioethanol from an organic waste from LIPOR composting central. Such waste was chosen because of the possibility to value this product, if it were a more interesting alternative for the flow of it.
The experimental procedure involved different steps, such as grinding of raw material, pre-treatment, enzymatic hydrolysis, fermentation of sugars and determination of the conversion of sugars to ethanol by fermentation.
For the pre-treatment optimization, samples were submitted to four different prior treatments: acid or alkaline hydrolysis, organosolv and hidrothermolysis. Hidrothermolysis was studied under two operating conditions of pressure (16 bar and atmospheric). Analyzing the results lead to the conclusion that alkaline hydrolysis was the process that resulted in an increased production of glucose (89.2%). The conditions used in this process were 200 mL of a sodium hydroxide solution at 10% to 20 g of biomass, a pressure of 2 bar, a temperature of 124 °C and a contact time of 6 minutes.
To optimize the hydrolysis, a factorial planning 22 was developed, with two levels and two factors, by performing two replicates at the corners and three replicates in the center, in order to optimize the experimental conditions: temperature and volume ratio of enzyme/ amount of biomass that would lead to higher concentration of total sugars, and consequently higher production of ethanol. For that a total of 11 trials were run, 8 of which correspond to conditions at the corners and 3 in the center. The analysis of sugars was carried out using 3 analytical techniques: refractometry, UV-Vis spectrophotometry and HPLC.
An analysis of the results of this experimental planning concluded that fits the optimal. The best conditions used were respectively: temperature of 65 °C and volume ratio of enzyme/ amount of biomass 5 mL/100 g. These conditions were used in the later stages (fermentation and distillation).
For the average efficiency of hydrolysis, the value obtained was 84.5%. This is close to the expected theoretical value (88%).
The average efficiency of fermentation was 59.4%, and the average mass of ethanol produced was 1.9 g (obtained from an average weight of 7.39 g of cellulose and hemicellulose), for a theoretical maximum of 3.32 g. The justification for this low value of efficiency may be due to absence of air in a sufficient amount or low activity of yeast.
