Análise de pré-tratamento de biomassa lignocelulósica para produção de biogás utilizando hidrólise ácida e básica

Abstract

A população mundial está ficando maior e, como consequência, tem-se aumentado a demanda pelo consumo de combustíveis fósseis, o que pode, em pouco tempo, levar ao esgotamento desse recurso. Logo, a crescente necessidade mundial por energia, associada aos efeitos maléficos, altamente poluentes ao meio ambiente, da combustão de combustíveis fósseis, impõem a urgência no desenvolvimento de tecnologias geradoras de energia limpa e renovável. No espectro de opções de fontes alternativas de energia, estão as matrizes nucleares, eólica, solar, dentre outras. Ademais, a biomassa consta como uma fonte de energia renovável que vem sendo amplamente pesquisada pelo mundo, uma vez que tem sido empregada para a geração de biogás – além da utilização do calor gerado pela sua queima, algo historicamente realizado. Embora seja uma fonte promissora, a biomassa possui estrutura recalcitrante, para ação de micro-organismos responsáveis pela conversão em biogás, sobretudo pela presença de lignina. Assim, com o objetivo de atenuar o problema, os pré-tratamentos da biomassa são de fundamental importância. A partir da necessidade de decompor a lignina a fim de torná-la mais acessível para melhora do processo de biodigestão anaeróbica, este estudo pretendeu comparar os prétratamentos de hidrólise ácida e básica de biomassa lignocelulósica para produção de biogás. Posto isto, o presente estudo teve como objetivo comparar os pré-tratamentos de hidrólise ácida e básica para a produção de biogás, tomando-se como base três fontes de biomassa: coco, malte e cana-de açúcar. Tal escolha ocorreu devido à alta disponibilidade dessas matrizes em níveis nacional e regional. Além do referido estudo, foi feita a análise das composições físico-químicas das biomassas lignocelulósicas e também realizada uma avaliação econômica preliminar a respeito dos custos relacionados aos gastos energéticos e de matérias-primas (ácido sulfúrico e hidróxido de sódio). A parte experimental deste trabalho, que determina a composição físico-química das biomassas, demostra os valores de sólidos voláteis (SV) para coco, bagaço de cana e bagaço de malte – respectivamente, 90,07%, 84,08% e 96,64% – e de sólidos fixos (SF) para as mesmas biomassas – respectivamente, 9,93%, 15,92% e 3,35%. O levantamento bibliográfico dos pré-tratamentos ácidos e alcalinos apontam a variedade de condições utilizadas pelos autores e a avaliação de custo demonstrou que a matéria-prima tem maior proporção no cálculo final de custo, apresentando-se nos cálculos que a hidrólise ácida com o ácido sulfúrico tem custo mais elevado que a hidrólise básica com hidróxido de sódio.

The world-wide population is getting bigger and, as a consequence, it has increased the demand for fossils fuel consumption, which can, in a short time, lead to the exhaustion of this resource. Therefore, the increasing world-wide necessity for energy, associated with the maleficent effect, highly pollutant to the environment, of the fossil fuel combustion, imposes the urgency in the development of generating technologies of clean and renewable energy. In the specter of options of alternative sources of energy there are the nuclear, aeolian, and solar matrices, amongst others. Moreover, the biomass consists as a renewable energy source that is being widely researched through the world, once it has been used for the generation of biogas - aside from the use of the heat generated for its burning, something historically carried through. Although it is a promising source, the biomass possesss recalcitrant structure, for the action of responsible microrganisms for the conversion in biogas, mainly due to the presence of lignin. Thus, with the objective to mitigate the problem, the daily pretreatments of the biomass are of substantial importance. From the necessity to decompose the lignin in order to make it more accessible for the improvement of the process of anaerobic biodigestion, this study intended to compare the acid and basic hydrolysis daily pretreatments of lignocellulosic biomass for the production of biogas. Therefore, the present study aimed to compare the pretreatments of acid and basic hydrolysis for the production of biogas, based on three sources of biomass: coconut, malt and sugarcane. Such choice occurred due to high availability of these matrices in national and regional levels. In addition to the aforementioned study, it was made the analysis of the physicochemical compositions of the lignocellulosic biomasses and it was also carried out a preliminary economic evaluation regarding the costs related to the energy expenses and to raw materials (sulfuric acid and sodium hydroxide). The experimental part of this work, which determines the physicochemical composition of the biomass, shows the values of volatile solids (VS) for coconut, sugarcane bagasse and malt bagasse – respectively, 90.07%, 84.08% and 96.64% – and fixed solids (FS) for the same biomass – respectively, 9.93%, 15.92% and 3.35%. The bibliographical search of the acid and alkaline daily pretreatments points to the variety of conditions used by the authors and the cost evaluation demonstrated that the raw material has greater ratio in the final calculation of cost, presenting in the calculations that the acid hydrolysis with the sulfuric acid has a higher cost than basic hydrolysis with sodium hydroxide.