BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Biorrefinaria da Cana-de-açúcar:
Matéria-prima e produtos definindo o Processo
Prof. Dr. Antonio Aprigio da Silva Curvelo
Instítuto de Química de São Carlos - USP
Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol - CNPEM
V Encontro da Escola Brasileira de Química Verde – CTBE – Campinas – 19-20/10/2015
BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Sumário
q  Objetivos
q  Biorrefinaria da Cana-de-açúcar
q  Biorrefinaria de 1ª Geração: Matéria-prima e Produtos
q  Biorrefinaria Integrada (1ª e 2ª Gerações): Matéria-prima e Produtos
q  Biorrefinaria Integrada (Modificado): Fracionamento da Biomassa
q  O Pré-tratamento é sempre necessário?
q  Onde “começa” a Biorrefinaria da Cana-de-açúcar?
q  Considerações Finais
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Objetivos
•  Escola de Química Verde: Fórum de Discussões
•  Valorização da Cana-de-açúcar
§  Necessidade de Fracionamento / Pré-tratamentos
•  A integração Biorrefinaria 1G + Biorrefinaria 2G
•  Utilização integral de Subprodutos e Efluentes
•  Conclusões
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
A Cana-de-açúcar na Biorrefinaria de 1a Geração
http://www.tereosinternacional.com.br - 18/10/2015
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
A Cana-de-açúcar na Biorrefinaria de 1a Geração
Colmo integral: Moagem – Caldo – Açúcar e Etanol
Bagaço de Cana-de-açúcar: Cogeração – Ração animal
Folhas / Palha: Permanece no campo
Torta de filtro: Volta ao campo
Vinhaça: Volta ao campo
Cinzas: Volta ao campo
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
A nascente indústria de Etanol 2G deve se associar com a
indústria de Etanol 1G (consolidada)?
Figura 1. Fluxograma de produção de etanol de 1ª geração
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
A Cana-de-açúcar na Biorrefinaria Integrada (1ª e 2a Gerações)
Colmo integral: Moagem – Caldo – Açúcar e Etanol
Bagaço de Cana-de-açúcar: Cogeração – Ração animal
Folhas / Palha: Campo
Torta de filtro: Volta ao campo
Vinhaça: Volta ao campo
Cinzas: Volta ao campo
Bagaço de Cana-de-açúcar: Pré-tratamento – Etanol – HMF e derivados
Folhas / Palha: Pré-tratamento – Etanol
Licor contendo Xilanas / Xilose: Etanol (?) – Xilitol – Furfural e derivados
Licor contendo Ligninas: Fenóis (?) – Vanilina (?) – Cogeração
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
A nascente indústria de Etanol 2G deve se associar com a
indústria de Etanol 1G (consolidada)?
Figura 2. Fluxograma de produção de etanol reunindo a 1a e a 2ª gerações.
(C5 representam pentoses – principalmente xilose e C6 representa glicose)
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A Cana-de-açúcar: Estruturação em Tecidos
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Bagaço Integral – MO – 425x (Geplacea – 1990)
A separação das frações Fibra e Medula é possível?
Em que momento a separação das frações Fibra e Medula pode ser realizada?
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tilbytechnologies.com – 18/10/2015
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COMFITH
COMRIND
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Consequências do Fracionamento na Qualidade do Caldo de Cana
tilbytechnologies.com – 18/10/2015
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Consequências do Fracionamento no Processo de Extração do Caldo
Relação (média) carga aplicada vs volume de caldo extraído.
Volume de caldo extraído a diferentes pressões de esmagamento.
Conjunto 1
Conjunto 2
Conjunto 3
Conjunto 4
discos + anéis discos anéis discos anéis discos anéis
Carga
(ton)
diâmetro total
diâmetro espessura diâmetro espessura diâmetro espessura
30 mm
volume
(ml)
29 mm 0,5 mm 28 mm 1 mm 28 mm 1,5 mm
volume volume volume volume volume volume
(ml)
(ml)
(ml)
(ml)
(ml)
(ml)
1
8,8
10,8
0
14,1
0,2
13,1
0,8
2
16,1
15,5
0
16,6
0,7
15,1
1,6
3
17,6
16,7
0,1
17,8
0,9
16,3
2,0
4
18,7
17,5
0,15
18,5
1,1
16,9
2,3
5
19,9
18,3
0,6
19,8
1,3
17,7
2,5
Bárbara Branquinho Duarte – Dissertação de Mestrado – USP - 2013
Volume = volume acumulado
Volume = volume acumulado
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Consequências do Fracionamento no Teor de Umidade do Bagaço
Relação (média) carga aplicada vs teor de umidade do resíduo
Conjunto 1
discos + anéis
Volume total extraído
(mL)
Massa residual (bagaço)
(g)
Umidade – Resíduo
(%)
Conjunto 2
discos
anéis
Conjunto 3
discos
anéis
Conjunto 4
discos
anéis
diâmetro
diâmetro espessura diâmetro espessura diâmetro espessura
30 mm
29 mm 0,5 mm
28 mm
1 mm
28 mm
1,5 mm
19,9
18,3
0,6
19,8
1,3
17,7
2,5
10,3
8,4
3
9,3
5,3
6,23
4,9
48,7
50,6
37,7
55,9
38,5
49,1
37,3
1,93
2,18
0,2
2,13
0,25
2,84
0,51
Relação Volume extraído/
massa bagaço
(mL/g)
Bárbara Branquinho Duarte – Dissertação de Mestrado – USP - 2013
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Extrativos presentes nas Folhas e no Colmo da Cana-de-açúcar
R
R4
R= C9H19, 24-metilcolesta-3,6-diona (1)
R= C10H21, 24-etilcolesta-3,6-diona (2)
R= C10H19, 24-etilcolesta-22-en-3,6-diona (3)
R5
R3
R2O
O
O
O
R
R1
OH
R= C9H19, 6-hidroxi-campest-4-en-3-ona (4)
R= C10H21, 6-hidroxistigmast-4-en-3-ona (5)
R= C10H19, 6-hidroxistigmasta-4,22-dien-3-ona (6)
O
(15) tricin-7-O-neohesperosideo: R1=R3=H, R4=R6=OCH3, R2= Glc-Rha, R5= OH
(16) vitexina: R1=R2=R4=R6=H, R3= Glc, R5= OH
(17) orientina: R1=R2=R6=H, R3= Glc, R4=R5= OH
(18) schaftosideo: R1=Glc, R2=R4=R6=H, R3= Ara, R5= OH
O
OH
R6
R
Flavonoides isolado de folhas, suco e
bagaço da Cana-de-açúcar.
R= C9H19, 24-metilcolest-4-en-3-ona (7)
R= C10H21, 24-etilcolest-4-en-3-ona (8)
R= C10H19, 24-etilcolesta-4,22-dien-3-ona(9)
O
H
H
H
H
Et
H
HO
HO
HO
H
campesterol (10)
stigmasterol (11)
β-sitosterol (12)
H
arundoin (13)
sawamilletin (14)
Esteroides (e terpenos) isolados das folhas e “torta de
filtro” (do processamento) da Cana-de-açúcar.
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Composição Química da Cera presente no Colmo da Cana-de-açúcar
H3C
H3C
H3C
H3C
OH
tetracosanol (C24OH)
OH
hexacosanol (C26OH)
OH
octacosanol (C28OH)
OH
triacontanol (C30OH)
O
H3C
H3C
H3C
H
hexacosanal (C25CHO)
O
H
octacosanal (C27CHO)
triacontanal (C29CHO)
O
H
Componentes majoritários presentes na Cera da Cana-de-açúcar.
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Recalcitrância das Frações Rind e Pith da Cana-de-açúcar
Siqueira et al. Biotechnology for Biofuels 2011, 4:7
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Biorrefinaria Integrada - Modificada.
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A Cana-de-açúcar na Biorrefinaria Integrada (Modificada)
Colmo – Fração Medula: Moagem – Caldo – Açúcar e Etanol
Colmo – Fração Fibra: Extração de Cera – Fibra industrial – Cogeração
Bagaço de Cana-de-açúcar (Fração Medula): Cogeração
Folhas / Palha: Extração de produtos naturais
Torta de filtro: Fração minimizada – Volta ao campo
Vinhaça: Utilização em pré-tratamentos (Etanol 2G) – Volta ao campo (posterior)
Cinzas: Utilização em pré-tratamentos (Etanol 2G) – Volta ao campo (posterior)
Bagaço de Cana-de-açúcar (Fração Medula): Pré-tratamento
Fração C6: Etanol – HMF e derivados
Licor contendo Xilanas / Xilose: Etanol (?) – Xilitol – Furfural e derivados
Licor contendo Ligninas: Fenóis (?) – Vanilina (?) – Cogeração
Folhas / Palha: Pré-tratamento – Etanol
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Onde começa a Biorrefinaria da Cana-de-açúcar?
V Encontro da Escola Brasileira de Química Verde – CTBE – Campinas – 19-20/10/2015
BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Considerações Finais (1/2)
Ø  Biorrefinaria: Conceito e Processos
ü  Refinaria como Conceito
ü  Processos a serem desenvolvidos
Ø  Relações Matéria-prima / Processos / Produtos
ü  Pré-tratamentos
ü  Especificidade dos Tecidos Vegetais
ü  Fracionamento Prévio da Cana-de-açúcar
ü  Extração de Produtos Naturais
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BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Considerações Finais (2/2)
Ø  Biorrefinaria
ü  Necessidade de Abordagem Multidisciplinar
ü  Pesquisa Fundamental e Pesquisa Aplicada
²  Processos e Equipamentos de Conversão
Ø  Biorrefinaria da Cana-de-açúcar
ü  Integração Biorrefinaria 1G + 2G
ü  Necessidade de Pré-tratamentos – f [Produtos]
ü  Utilização Integral da Cana-de-açúcar
v  Matéria-prima, Produtos e Subprodutos
V Encontro da Escola Brasileira de Química Verde – CTBE – Campinas – 19-20/10/2015
BiorreﬁnariadaCana-de-açúcar:Matéria-primaeprodutosdeﬁnindooProcesso
Agradecimentos aos Estudantes, Colaboradores e
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