Biorrefinarias para a produção de 2,3-butanodiol

Abstract

Os sistemas de biorrefinarias que integram processos de conversão de biomassa para a produção de combustíveis, energia e produtos químicos a partir de recursos renováveis estão cada vez mais ganhando espaço no desenvolvimento industrial, devido a crescente busca por inovação e sustentabilidade de processos, visto à menor disponibilidade de combustíveis fósseis no decorrer dos últimos anos. Tanto biomassas não-celulósicas como as lignocelulósicas são resíduos energéticos com vasta abundância e baixo custo no mercado, o que as torna atrativas fontes de carbono para as indústrias de produtos químicos e energéticos, como o 2,3-butanodiol (2,3-BD). O 2,3-BD é considerado um produto químico e combustível promissor devido às suas extensas aplicações na indústria, sendo bemconceituado para produção a partir de processos de conversão biotecnológica, utilizando fontes de carbono alternativas. Dessa maneira, o objetivo deste trabalho foi realizar uma pesquisa literária baseada no conceito de biorrefinarias voltadas a produção de 2,3-BD. Neste trabalho, foi feita uma pesquisa sistemática da literatura, onde foram consultados 63 artigos, 14 teses, 4 livros e 3 relatórios, a fim de revisar o desenvolvimento geral de processos produtivos de biorrefinaria, incluindo os substratos utilizados, as rotas de conversão empregadas e os produtos que podem ser obtidos nesse procedimento, com enfoque no 2,3- BD. Estratégias para sua produção biotecnológica eficiente foram analisadas com base no processo fermentativo de microrganismos capazes de sintetizar o 2,3-BD a partir de diferentes substratos empregados, através de uma revisão delineada da rota metabólica aplicada, dos diversos microrganismos capazes de sintetizá-lo e das condições de operação necessárias para sua produção eficiente. Esta revisão também abrange as distintas estratégias aplicadas para a recuperação e purificação de 2,3-BD, pois, atualmente, o processamento downstream é umas das principais barreiras para a sua fermentação industrial eficiente e econômica. Embora esse processamento ainda não seja totalmente otimizado, há grande potencial para tornar-se uma alternativa atraente e economicamente viável. Assim, também foram revisadas validações econômicas atuais encontradas de processos integrados de destilação, principal método vigente para a purificação de 2,3-BD em larga escala, avaliando os custos de operação e de equipamentos de diferentes esquemas propostos, a fim de serem obtidos projetos energeticamente eficientes capazes de suprir a desvantagem do consumo excessivo de energia.

Biorefinery systems that integrate biomass conversion processes for the production of fuels, energy and chemicals from renewable resources are increasingly gaining ground in industrial development, due to the growing search for innovation and process sustainability, given the lower availability of fossil fuels over the past few years. Both non-cellulosic and lignocellulosic biomass are energy residues with vast abundance and low cost in the market, making them attractive sources of carbon for the chemical and energy industries, such as 2,3- butanediol (2,3-BD). 2,3-BD is considered a promising chemical and fuel product due to its extensive applications in the industry, being well-regarded for production from biotechnological conversion processes, using alternative carbon sources. Thus, the objective of this work was to carry out a literary research based on the concept of biorefineries aimed at the production of 2,3-BD. In this work, a systematic literature search was carried out, in which 63 articles, 14 theses, 4 books and 3 reports were consulted, in order to review the general development of biorefinery production processes, including the substrates used, the conversion routes employed and the products that can be obtained in this procedure, focusing on 2,3-BD. Strategies for its efficient biotechnological production were analyzed based on the fermentation process of microorganisms capable of synthesizing 2,3-BD from different substrates used, through a delineated review of the applied metabolic route, of the various microorganisms capable of synthesizing it and operating conditions necessary for its efficient production. This review also covers the different strategies applied for the recovery and purification of 2,3-BD, as, currently, downstream processing is one of the main barriers to its efficient and economical industrial fermentation. Although this processing is not yet fully optimized, there is great potential to become an attractive and economically viable alternative. Thus, current economic validations found for integrated distillation processes were also reviewed, the main current method for the large-scale purification of 2,3-BD, evaluating the operation and equipment costs of different proposed schemes, in order to obtain projects energy efficient systems capable of overcoming the disadvantage of excessive energy consumption.