Avaliação comparativa da moagem de alta energia e ultrassom como pré-tratamentos de matéria-prima utilizada na produção de etanol de segunda geração

Abstract

Este trabalho avaliou o desempenho das técnicas de cominuigao com moinho atritor (MA) e sonicação com ultrassom de sonda (US) no pré-tratamento e hidrólise da celulose microcristalina (tamanho médio das particulas 50pm) para obtenção de açúcares fermentáveis. Analisou-se a influência dos seguintes parametros operacionais: densidade de poppa (dp) (20 e 30 g/dm3), velocidade de agitagao do MA (300, 450, 600 e 750 rpm) e pot6ncia do US (100, 125, 150 e 175W), tendo sido avaliado comparativamente o consumo energético na cominuição. A concentração de enzimas hidroliticas foi mantida em 115mg/L. A quantidade de açúcares redutores totais (ART) liberados foi determinada pelo método do icido 3,5- dinitrosalicilico (DNS) e o indice de cristalinidade (/cr) das amostras de celulose foi determinado por difração de raios-x (DRX). A morfologia pós-tratamento foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e, por energia dispersiva de raios-X (EDS), as diferengas de elementos químicos provocadas na celulose por cada um dos pré-tratamentos. Os resultados mostraram que em ambos os métodos, a menor dp resulta em maiores rendimentos glicosidicos. Apesar da redução no /cr e da alteração morfológica do substrato ter sido muito mais pronunciada com MA, as maiores quantidade de açúcares foram obtidas com celulose pré-tratada no US. Além disso, o consumo energético do US é substancialmente menor (53%). A análise química confirmou a presença de contaminantes (AI e Zr) nas amostras tratadas com MA. O ultrassom revela-se então como um método de grande potencial para reduzir custos e aumentar os rendimentos de açúcares fermentáveis no processo de obtenção do etanol de segunda geração.

This study evaluated the performance of the techniques of attrition mill (AM) and ultrasonlcation (US) in the pre-treatment and hydrolysis of microcrystalline cellulose (average particle size 50pm) to obtain fermentable sugars. We analyzed the influence of the following operating parameters: pulp density (dp) (20 and 30 g/dm3), stirring speed of AM (300, 450, 600 and 750 rpm) and US power (100, 125, 150, and 175 W). The concentration of hydrolytic enzymes was maintained at 115mg/L. The amount of total reducing sugars (TRS) released was determined by the 3,5- dinitrosalicilico (DNS) and the crystallinity index (/c.) of pulp samples were determined by x-ray diffraction (XRD). It was determined the morphological differences and chemical differences caused by each of the pretreatments by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDS), respectively. The energy consumption of the methods was compared. The results showed that for both methods, the lowest dp results in higher glycoslde yields. Despite the reduction in /c, and morphological alteration of the substrate have been much more pronounced with AM, the greatest amount of sugars were obtained with cellulose pretreated in the US. Furthermore the energy consumption of US is substantially lower (53%). Chemical analysis confirmed the presence of contaminants (AI and Zr) in the samples treated with AM. The ultrasound revealed then as a method of great potential to reduce costs and increase yields of fermentable sugars in the process of obtaining the second-generation ethanol.