Tratamento oxidativo de cascas de café com ozônio com vistas à produção de biogás e etanol 2G.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Lívia Caroline dos
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9350
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
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Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.De acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), o Brasil é o maior exportador mundial de café e, consequentemente, gerador de uma considerável quantidade de resíduos (cascas de café) que representam uma fonte natural, barata e abundante que pode ser utilizada para produção sustentável de bioenergia, biocombustíveis e bioprodutos de maior valor agregado. Nesse aspecto, a produção de biogás e bioetanol de segunda geração (2G) a partir desta biomassa, seria uma alternativa estratégica e interessante do ponto de vista ambiental, mas requer uma etapa de pré-tratamento para fracionar seus constituintes lignocelulósicos. No presente trabalho foi utilizado o pré-tratamento oxidativo com ozônio das cascas de café, cujas variáveis estudadas incluíram a razão líquido sólido (RLS, mL/g), o pH e a carga de ozônio específica aplicada (COEA, mg O3/gcascas). O objetivo principal do pré-tratamento foi solubilizar as hemiceluloses e a lignina, de forma a gerar uma fração sólida rica em celulose (que poderia ser direcionada à produção de etanol 2G após sua hidrólise enzimática) e uma fração líquida residual destinada à recuperação de energia via produção de biogás (metano e hidrogênio). Após a hidrólise enzimática, a fração sólida que resultou em maior produção estimada de etanol 2G (36 mg etanol/g casca pré-tratada) foi aquela resultante do ensaio que empregou RLS de 10 mL/g, pH 11 e COEA de 81,0 mg O3/g cascas. O hidrolisado gerado nessas condições obteve, por digestão anaeróbia em fase única, uma produção de metano de 29 NmL CH4/g cascas. Considerando a digestão anaeróbia em fase única, a maior produção de biogás (36 NmL CH4/g cascas) foi obtida com o hidrolisado gerado no ensaio que empregou RLS 10 mL/g, pH 11 e COEA 18,5 mg O3/g cascas, levando a uma recuperação energética de 0,81 kJ/g cascas. Carvão ativado em pó (CAP), na dose de 4 g/L, foi adicionado ao frasco-reator com vistas a reduzir a toxicidade aos microrganismos anaeróbios e melhorar a recuperação energética deste processo, levando a uma produção de metano de 86 NmL CH4/g cascas e recuperação de energia de 2,37 kJ/g cascas. Por outro lado, ao se aplicar a digestão anaeróbia em duas fases, a produção de metano aumentou para 49 NmL CH4/g cascas, com produção adicional de hidrogênio de 19 NmL H2/g cascas, cuja queima combinada resultaria em recuperação energética de 1,40 kJ/g cascas. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que as cascas de café possuem potencial para serem utilizadas como matéria-prima em bioprocessos, ao gerar, a partir do pré-tratamento por ozonização, hidrolisados susceptíveis à digestão anaeróbia para a produção de biogás (CH4 e H2) e uma fração sólida susceptível à produção de etanol de segunda geração.According to the Brazilian National Supply Company (CONAB), Brazil is the world's largest exporter of coffee and, as a result, generates a considerable amount of waste (coffee husks) that represent a natural, cheap and abundant source that can be used for the sustainable production of bioenergy, biofuels and higher value added bioproducts. In this aspect, the production of second generation biogas and bioethanol (2G) from this biomass would be an strategic and interesting alternative from an environmental point of view, but it requires a pretreatment stage to fractionate its lignocellulosic constituents. In the present study, oxidative ozone pretreatment of the coffee husks was tested, whose variables included the solid liquid ratio (RLS, mL/g), pH and applied specific ozone load (COEA, mg O3/g husks). The main objective of the pre-treatment was to solubilize hemicelluloses and lignin, in order to generate a solid fraction rich in cellulose (which could be directed to the production of 2G ethanol after its enzymatic hydrolysis) and a residual liquid fraction intended to the recovery of energy via biogas (methane and hydrogen) production. Solid fraction that led to the highest estimated 2G ethanol production (36 mg ethanol/g pretreated husk) was that resulting from the pretreatment test employing RLS of 10 mL/g, pH 11 and COEA of 81,0 mg O3/g husks. The hydrolyzate obtained under these conditions generated, by anaerobic digestion in a single step, a methane production of 29 Nml CH4/g husks. Considering single-stage anaerobic digestion, the highest biogas production (36 NmL CH4/g husks) was obtained with the hydrolyzate generated in the test using RLS 10 mL/g, pH 11 and COEA 18,5 mg O3/g husks, leading to an energy recovery of 0,81 kJ/g husks. Powdered activated carbon (CAP) at the 4 g/L dose was added to the reactor to reduce toxicity to anaerobic microorganisms and to improve the energy recovery of this process, leading to methane production of 86 NmL CH4/g husks and energy recovery of 2,37 kJ/g husks. On the other hand, when two-stage anaerobic digestion was applied, methane production increased to 49 NmL CH4/g husks, with additional hydrogen production of 19 NmL H2/g husks, whose combined burning would result in energy recovery of 1,40 kJ/g husks. The results obtained in this study show that the coffee husks have the potential to be used as raw material in bioprocesses, by generating, after its ozonation, hydrolysates susceptible to anaerobic digestion for the production of biogas (CH4 and H2) and a solid fraction susceptible to the production of second generation ethanol.Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 19/01/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. 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