Energia

IPT constrói reator para tratamento de biomassa

Com informações do IPT - 01/06/2011

O equipamento é omposto por três partes - a caldeira, o reator propriamente dito (para o tratamento do bagaço) e o ciclone, no qual é recolhido o bagaço tratado.
[Imagem: IPT]

Combustível e matérias-primas químicas

Os estudos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) em fontes renováveis de matérias-primas para a substituição dos derivados de petróleo acabam de ganhar um novo recurso com a instalação de um reator para o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar no Laboratório de Biotecnologia Industrial.

O equipamento está sendo empregado com a finalidade de tornar o bagaço mais susceptível ao processo de hidrólise enzimática para a geração de açúcares, que poderão fazer parte da fabricação de combustíveis líquidos - como o etanol de segunda geração - e produtos químicos por meio de processos de fermentação.

Reator de explosão a vapor

Os pesquisadores do IPT optaram pelo sistema de explosão a vapor, que se mostrou o de menor custo em análise feita pelo próprio instituto em 2000 sobre a viabilidade econômica dos vários métodos de pré-tratamento de biomassa.

Composto por três partes - a caldeira, o reator propriamente dito (para o tratamento do bagaço) e o ciclone, no qual é recolhido o bagaço tratado - o equipamento foi fabricado sob encomenda com recursos provenientes do projeto de modernização do Instituto.

A montagem do reator foi feita em um espaço que respeita as condições de segurança, em razão das altas pressões e temperaturas envolvidas no processo de pré-tratamento, e uma sala de controle foi construída ao lado da instalação com toda a instrumentação necessária para a operação de forma remota.

Celulose

A celulose, a hemicelulose e a lignina são os três principais componentes do bagaço de cana-de-açúcar, mas o escopo do trabalho no IPT está concentrado somente na celulose.

Para o pré-tratamento, a biomassa é submetida a condições de alta pressão e temperatura e, em seguida, a uma redução brusca da pressão - daí a origem do termo explosão a vapor.

A operação é necessária em razão da alta recalcitrância do bagaço, que dificulta a quebra da estrutura das fibras e a atuação das enzimas na geração dos açúcares.

Sem ácidos

"Nossa proposta de trabalho excluiu o uso de ácidos, pois eles provocam a formação de subprodutos prejudiciais à etapa seguinte de fermentação e demandam equipamentos mais resistentes e caros", afirma Alfredo Maiorano, coordenador do laboratório e responsável do projeto. "Para que as fibras fiquem suscetíveis ao ataque das enzimas e o rendimento seja maior, é necessário esse pré-tratamento que desestrutura a forte composição tridimensional e permite a formação de poros, tornando mais fácil a penetração das enzimas e o ataque somente da celulose".

Além da dificuldade na quebra da estrutura das fibras, outro problema enfrentado na obtenção de açúcares é o custo das enzimas e a capacidade catalítica das substâncias disponíveis no mercado, que não permitem ainda a execução da hidrólise enzimática de forma mais rápida.

Para eliminar este gargalo, o Laboratório de Biotecnologia Industrial está executando uma série de pesquisas voltadas à produção das celulases, que são as enzimas responsáveis pela quebra da celulose e produção da glicose.

Explodir o bagaço

É necessário controlar a operação antes e após o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar e, para realizar os ensaios de análises químicas, foram adquiridos sistemas de cromatografia líquida e gasosa, também com recursos provenientes do projeto de modernização do IPT.

"Não basta 'explodir' o bagaço: é preciso comparar amostras submetidas a diversas temperaturas e pressões, e encontrar as melhores condições de explosão e de hidrólise para a geração de um volume maior de açúcares", afirma Maiorano.

É nesta nova série de equipamentos que são realizados ensaios de caracterização, com a medição dos níveis de celulose e de todos os subprodutos formados no início e no término dos processos de pré-tratamento e de hidrólise.

Hidrólise enzimática

O estudo do processo de hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar ocorre paralelamente ao projeto articulado pelo IPT para a instalação de uma planta-piloto de gaseificação de biomassa na cidade de Piracicaba, voltada à produção de biogás.

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Na comparação entre as duas propostas, Maiorano não vê contradições.

"Há ainda muitas dúvidas na rota biotecnológica, adotada por nós, e na rota termoquímica, escolhida para o projeto em Piracicaba. Pela gaseificação, é gerado um gás de síntese que pode ser convertido por via química em diversos produtos, mas também pode ser transformado em etanol ou metanol por via biotecnológica", afirma ele.

"A grande característica do IPT é esta multidisciplinaridade, e temos competências para estudar as duas vias, que podem convergir em algum momento para comparação dos resultados. O objetivo de um instituto de pesquisas é justamente mostrar as vantagens e as limitações de um projeto," conclui.