Estudo da cadeia de valor da celulose. Avaliação do ciclo de vida do ácido lático

• Autor(a) principal: Silva, Daniel Martins da
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/20992
• topic: Ácido lático; Avaliação de ciclo de vida; Celulose; Fermentação; Hidrólise enzimática; Lactic acid; Life cycle assessment; Cellulose; Fermentation; Enzymatic hydrolysis

Atualmente, os plásticos oferecem uma vasta gama de aplicações indispensáveis para a sociedade. Esta dependência torna-se cada vez mais insustentável, com impactes a nível social, ecológico e económico por vários motivos: (1) origem em matéria-prima fóssil; (2) a grande maioria dos polímeros que produzimos são polímeros sintéticos, que possuem uma baixa taxa de degradação. Tendo em conta o referido e as exigências futuras, a necessidade de substituir os plásticos convencionais por novos materiais de origem natural, e, cumulativamente, biodegradáveis é cada vez mais urgente. No âmbito do estágio curricular no ISQ, este trabalho surge alinhado com o projeto BIOMAC, que procura desenvolver conhecimento ao longo da cadeia de produção dos bio-plásticos. Com este enquadramento, foi desenvolvido um estudo com enfoque na cadeia de valor da celulose. A celulose, juntamente com a lignina e a hemicelulose, pode ser extraída de biomassa lignocelulósica. Esta biomassa, que podemos encontrar em plantas e algas, é a fonte mais abundante e renovável de polímeros naturais. A partir do polímero celulose podemos obter diversos produtos de valor acrescentado como a nanocelulose, o ácido lático e o ácido succínico. O ácido lático, químico com elevado potencial e amplamente utilizado na produção de polímeros (PLA, ou polylactic acid), foi o elemento selecionado para o caso de estudo desta dissertação. Deste modo, o objetivo do presente trabalho é o de avaliar os impactes ambientais do ciclo de vida do ácido lático através da metodologia de Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Foram analisados dois cenários distintos: (i) produção do ácido lático à escala laboratorial; (ii) produção do ácido lático à escala piloto. Com suporte na metodologia de ACV foi traçado o perfil ambiental dos dois cenários, identificando quais os principais pontos críticos de cada um, de modo a identificar medidas de melhoria para cada cenário. A unidade funcional utilizada foi 1 kg de ácido lático. O inventário do ciclo de vida foi elaborado de acordo com dados da literatura e com a base de dados Ecoinvent v3. Os resultados de impacte ambiental do ciclo de vida foram obtidos através do método de avaliação “ReCiPe 2016 Midpoint (H) V1.06 / World (2010) H”, disponível no software SimaProTM 9.3.0.3. Assim, foram analisadas 18 categorias de impacte. Relativamente aos resultados obtidos, no caso da produção de ácido lático à escala laboratorial, este estudo permitiu concluir que os principais pontos críticos do processo são a produção de polpa de café, a hidrólise enzimática e a fermentação (incluindo o inóculo), representando 12%, 30% e 57% dos impactes totais, respetivamente. No que diz respeito a produção à escala piloto, os pontos críticos são os mesmos, sendo que neste caso o principal é a fase de hidrólise enzimática, com 51% dos impactes totais. A polpa de café e a fase de fermentação (com inóculo) representam 28% e 19% dos impactes totais, respetivamente. Em ambos os cenários, as enzimas e o consumo energético apresentam maior relevância para os impactes totais, sendo que, a principal diferença entre as duas escalas se encontra sobretudo no consumo energético por unidade funcional, que, naturalmente, é muito superior na produção em escala laboratorial. Com o intuito de entender melhor a importância do consumo de eletricidade nos cenários analisados, este estudo apresenta também uma análise de sensibilidade. Nesta, o mix energético inicial foi substituído pelo mix energético norueguês (que tem uma maior percentagem de energia de fontes renováveis). Os resultados obtidos demonstram que a substituição por um mix que contenha maiores frações de energias renováveis permite diminuir significativamente os impactes associados ao consumo energético. Relativamente ao caso da produção à escala laboratorial, foram registadas reduções entre 80 e 95% dos impactes totais na maioria das categorias. A fase de fermentação (com inóculo), originalmente o principal ponto crítico desta escala, registou uma diminuição acentuada, passando agora a representar apenas 26% dos impactes. No caso da escala piloto, as reduções não são tão acentuadas, registando-se diminuições entre 25 e 65%. A fase de fermentação (com inóculo), anteriormente um ponto crítico do processo, deixa de o ser visto que nesta situação apenas representa 5% dos impactes totais. Os resultados demonstrados neste trabalho permitem identificar e indicar quais são os processos e/ou produtos que devem ser otimizados de modo a obtermos polímeros que sejam uma solução económica e ambientalmente viável. De modo a melhorar a produção sugere-se a otimização da produção de polpa de café e enzimas, e a redução dos consumos energéticos. Futuramente seria interessante realizar estudos sobre os processos de produção de enzimas e meios de cultura e fazer uma análise cradle-tograve do processo de produção do ácido lático.