Produção de Açúcares para Bioetanol a partir da Palha de Milho de Fitorremediação de Solos

• Autor(a) principal: Reis, Pedro Filipe Martins dos
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/17041
• topic: Bioetanol; Biomassa lignocelulósica; Contaminação com metais pesados; Fitorremediação; Palha de milho; Bioethanol; Corn stover; Heavy metal contaminated soil; Lignocellulosic biomass; Phytoremediation

O uso intensivo de combustíveis fósseis tem levantado desafios ambientais, económicos e sociais, tais como o agravamento do aquecimento global e a escassez de reservas de petróleo bruto, o que provoca a necessidade de utilização de recursos mais sustentáveis. A biomassa é uma fonte viável para a produção de biocombustíveis e outros bioprodutos, como o bioetanol, que é visto como o biocombustível mais promissor para o futuro. A biomassa lignocelulósica, como a palha de milho, é uma matéria-prima interessante para a produção de etanol, visto que é globalmente abundante e não compete para uso do solo com outras culturas alimentares. Outra problemática corrente é o aumento de poluentes orgânicos e metais pesados no solo, derivados do rápido crescimento económico e industrial, que têm de ser tratados. A planta do milho apresenta propriedades fitorremediativas, tais como a fitoacumulação de metais pesados. O resíduo da palha de milho proveniente da fitorremediação de metais pesados em solos, é uma fonte interessante e potencialmente sustentável para a produção de etanol lignocelulósico, valorizando um resíduo que de outra forma seria descartado. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de valorização de uma biomassa lignocelulósica (palha de milho) resultante da fitorremediação de um solo contaminado com metais pesados como o zinco (Zn) e o cádmio (Cd), através da obtenção de açúcares para produção de bioetanol. O processo de produção de bioetanol lignocelulósico requer pré-tratamento da biomassa para uma produção eficiente. O pré-tratamento com ácido diluído aplicado antes da hidrólise enzimática tem sido uma das alternativas mais usadas. Este estudo focou-se na otimização das etapas de pré-tratamento com ácido diluído e de hidrólise enzimática, aplicados a caules de milho colhidos num solo de controlo e em solos contaminados com metais pesados (de fitorremediação), avaliando o efeito dos metais no processo geral. A otimização do pré-tratamento foi feita usando 3,3 g de biomassa e 50 mL de solução de HCl ou de HNO3, a 60 rpm, variando 3 parâmetros, de acordo com um Central Composite Design (CCD) ortogonal, com 3 pontos centrais: temperatura (63,2, 70,0, 80,0, 90,0 e 96,8 °C), tempo de reação (5, 80, 190, 300 e 375 min) e concentração de ácido (1,0, 2,0, 3,5, 5,0 e 6,0% v/v). Devido à avaria do equipamento HPLC, os resultados do pré-tratamento com ácido diluído não puderam ser avaliados, pelo que foi decidido que as condições de pré-tratamento empregues antes da hidrólise enzimática seriam 6,6 g de palha de milho + 100 mL de solução de HCl a 3,5% v/v, a uma temperatura de 80 °C, durante 360 min, com 60 rpm de agitação. Para a otimização da hidrólise enzimática, foram consideradas 3 variáveis, segundo um CCD ortogonal, com 3 pontos centrais: temperatura (29,0, 32,2, 37,0, 41,8 e 45,0 °C), tempo de contacto (2,0, 10,8, 24,0, 37,2 e 46,0 h) e volume de enzima, Ultraflo, da Novozymes, (50, 140, 275, 410 e 500 μL). Os açúcares redutores presentes no hidrolisado resultante da hidrólise enzimática, foram quantificados pelo método DNS. As condições ótimas para a biomassa do solo de Controlo ocorreram à temperatura de hidrólise de 32,2 °C, tempo de reação de 10,8 h e volume de enzima de 140 μL. No que diz respeito aos resultados da otimização da biomassa do solo contaminado de Estarreja, foram inconclusivos, possivelmente devido a variações não controladas das condições de operação, que ocorreram para algumas amostras. A concentração máxima de açúcar obtida foi 60,3 g/L (760,1 gaçúcar/kgbiomassa) para a biomassa do solo de Controlo, e 34,4 g/L (388,3 gaçúcar/kgbiomassa) para a biomassa do solo de Estarreja. O modelo de previsão para a palha de Controlo, encontrado pelo software JMP, revelou a conversão teórica de 61,0 g/L de açúcar nos hidrolisados.