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dc.contributor.authorPratto, Bruna
dc.date.accessioned2019-03-15T20:32:04Z
dc.date.available2019-03-15T20:32:04Z
dc.date.issued2019-02-18
dc.identifier.citationPRATTO, Bruna. Estudo da produção de bioetanol e biobutanol a partir da palha de cana-de-açúcar. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11086.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11086
dc.description.abstractThe present thesis studied the hydrolysis and fermentation steps of the hydrothermally pretreated sugarcane straw (cellulosic fraction), aiming bioethanol and biobutanol production. In regards to the hydrolysis step, it is of paramount importance obtaining high glucose concentrations for a feasible bioethanol production. On the other hand, finding an overall efficient process may be challenging since criteria as yield and productivity, may be conflicting sometimes. Thus, a multi-criteria optimization was applied in order to find a balance between yield and productivity in the bioethanol production via pre-saccharification (PS) followed by saccharification and simultaneous fermentation (SSF). PS experiments were carried out evaluating effects of enzymatic dosage, biomass loading, and PS time. After each PS assay, SSF step was run for 24 h. The performance of the whole process (PS + SSF) was evaluated based on overall ethanol yield and productivity. Under optimized conditions, operating in a high solid loading (19.3% w/v), it was possible to obtain an ethanol concentration of 5.6% v/v in a short total processing time of 45 h (hydrolysis + fermentation), which corresponds to approximately 290 L of ethanol per tonne of pretreated sugarcane straw. Also, in the enzymatic hydrolysis step, and as an alternative to the batch PS process, it was studied the fed-batch operation feeding substrate and enzyme, with a total of 21 % w/v of solid load. The suggested feeding policy in this study took into account feeding of substrate and enzyme in a way that the substrate concentration was maintained constant and the reaction rate was maintained equal to or higher than 70 % of the initial hydrolysis reaction rate. In the optimum feeding profile, it was possible to achieve a glucose concentration of 160 g/L, which corresponds to 80 % of cellulose-to-glucose conversion. In addition, it was verified that the non-complete conversion is associated with the non-productive enzyme adsorption, as well as the presence of recalcitrant cellulose. Finally, the thesis also evaluated the potential of biobutanol production by means of ABE (acetone-butanol-ethanol) fermentation using the same biomass. Two hydrolysis-fermentation strategies (SHF - separated hydrolysis and fermentation and PSSSF - pre-saccharification followed by simultaneous saccharification and fermentation), and two biomass concentrations (10 and 15 % w/v) were evaluated. For both strategies, the 10 % w/v concentration was more favorable (~ 4 times higher) with respect to the ABE production, once there was no need to include a detoxification step. Comparing both strategies, the PSSSF achieved a slightly higher ABE production (10.5 g/L to 13.5 g/L) and 60 % higher productivity. In the best condition (10 % w/v - PSSSF), it would be possible to estimate an yield of 170 L of ABE per tonne of pretreated sugarcane straw, corresponding to 65 L of acetone, 95 L of butanol and 10 L of ethanol.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectBioetanolpor
dc.subjectBiobutanolpor
dc.subjectPalha de cana-de-açúcarpor
dc.subjectSacarificação e fermentação simultâneaspor
dc.subjectOtimização multi-critériospor
dc.subjectBatelada alimentadapor
dc.subjectBioethanoleng
dc.subjectSugarcane straweng
dc.subjectSimultaneous saccharification and fermentationeng
dc.subjectMulti-criteria optimizationeng
dc.subjectFed-batch processeng
dc.titleEstudo da produção de bioetanol e biobutanol a partir da palha de cana-de-açúcarpor
dc.title.alternativeStudy of the bioethanol and biobutanol production from sugarcane straweng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Cruz, Antonio José Gonçalves da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028por
dc.contributor.advisor-co1Sousa Júnior, Ruy de
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1983482879541203por
dc.description.resumoNa presente tese foram estudadas as etapas de hidrólise e fermentação do processo de produção de bioetanol e biobutanol a partir da palha de cana-de-açúcar (fração celulósica) pré-tratada hidrotermicamente. Na etapa de hidrólise é de suma importância obter altas concentrações de glicose para uma produção viável de bioetanol. Por outro lado, o desafio está em encontrar um processo otimizado, atendendo a critérios por vezes conflitantes, como rendimento e produtividade. Desse modo, um método de otimização multi-critério foi aplicado a fim de se obter um equilíbrio entre rendimento e produtividade na produção de etanol de segunda geração, por meio de pré-sacarificação (PS) seguida de sacarificação e fermentação simultâneas (SSF). Experimentos de PS foram realizados avaliando os efeitos da concentração de enzima e biomassa e tempo de PS. Após cada ensaio de PS, a etapa de SSF foi executada durante 24 h. O desempenho de todo o processo (PS + SSF) foi avaliado com base na eficiência e produtividade global em etanol. Sob condições otimizadas, operando em uma concentração elevada de biomassa (19,3 % m/v), foi possível obter uma concentração de etanol de 5,6 % v/v, o que corresponde a aproximadamente 290 L de etanol por tonelada de palha de cana pré-tratada, em um tempo de processamento total (hidrólise + fermentação) de 45 h. Ainda, na etapa de hidrólise enzimática, e como alternativa ao processo PS em batelada, estudou-se também a operação em batelada alimentada de substrato e enzima, com processamento de carga de substrato similar (21 % m/v). A estratégia de alimentação levou em consideração a alimentação do substrato e da enzima de forma que a concentração do substrato fosse mantida constante e a taxa de reação mantida igual ou superior a 70 % da velocidade inicial de reação de hidrólise. Com a determinação de um perfil ótimo de alimentação, foi possível atingir concentrações de glicose em torno de 160 g/L, que correspondeu a 80 % de conversão de celulose a glicose. Adicionalmente, verificou-se que a incompleta conversão está associada à adsorção não produtiva das enzimas, bem como a presença de celulose recalcitrante. Por fim, a tese também avaliou o potencial de produção de biobutanol por meio de fermentação ABE (acetona-butanol-etanol) a partir da mesma biomassa. Duas estratégias de hidrólise e fermentação (SHF, hidrólise e fermentação separadas e PSSSF, pré-sacarificação seguida de sacarificação e fermentação simultâneas) e duas concentrações de biomassa (10 e 15 % m/v) foram avaliadas. Para ambas as estratégias, a concentração de 10 % m/v se mostrou mais favorável (~ 4 vezes maior) uma vez que não houve a necessidade de detoxificação do hidrolisado para obter produção de ABE satisfatória. Para a concentração de 10 % m/v, o processo PSSSF alcançou uma produção de ABE ligeiramente maior (10,5 g/L para 13,5 g/L) e produtividade 60% mais elevada. Na melhor condição (10 % m/v - PSSSF) seria possível estimar um rendimento de 170 L de ABE por tonelada de palha de cana-de-açúcar pré-tratada, sendo 65 L de acetona, 95 L de butanol e 10 L de etanol.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: #2016/10636-8por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1931896866841745por


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