Produção de açúcares fermentáveis a partir de fibras residuais de uma fábrica de papel kraft

Abstract

O estudo de novos tipos de energia e seus processos de produção tem sido encorajada devido ao elevado consumo energético global. A biomassa lenhocelulósica, devido à sua ubiquidade, tem sido alvo de extensos estudos com vista à produção de açúcares fermentáveis, produtos intermédios em diversos processos industriais, ou etanol. Adicionalmente, a nível industrial, são produzidas quantidades elevadas de lamas primárias que ainda podem ser reaproveitadas para a obtenção de produtos com valor acrescentado.Os processos biotecnológicos são processos de baixo custo energético e manutenção, o que os torna especialmente interessantes para aplicações e processos industriais. Dentro desses processos, encontra-se a hidrólise enzimática, um processo que recorre a enzimas, como a celulase, para transformar celulose em glucose, um açúcar fermentável, e a sacarificação e fermentação simultâneas, ou SSF, um processo que se foca na produção de bioetanol com recurso a leveduras, como a levedura Saccharomyces cerevisiae, que consomem os açúcares simples na sua atividade metabólica.O principal objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade das lamas primárias, provenientes de uma fábrica de papel kraft, às quais foram adicionadas fibras recicladas, para a produção direta de açúcares fermentáveis, através do processo de hidrólise enzimática e para a produção de bioetanol, através da metodologia SSF.Observou-se que a partir do processo de hidrólise enzimática, a concentração máxima de glucose obtida para as lamas primárias foi de 15,2 g L-1, resultando num rendimento teórico de hidrólise de 64,6%. Posteriormente estudou-se a aplicação de um tratamento alcalino com fosfato monopotássico, um agente que permite remover tintas, onde se obteve uma concentração de açúcares de 19,6 g L-1 ao fim de 24 h de reação.Na metodologia SSF obtiveram-se concentrações máximas de etanol de 6,2 g L-1 para as lamas primárias sem tratamento e de 6,9 g L-1 para as lamas primárias com tratamento alcalino, para uma consistência de 3% de massa de suspensão. No entanto, para as lamas com o tratamento mencionado anteriormente, e para uma consistência superior, 6%, obteve-se uma concentração máxima de etanol de 11,8 g L-1.

The study of new types of energy and their production processes has been encouraged due to the high global energy consumption. Lignocellulosic biomass, due to its ubiquity, has been the subject of extensive studies considering the production of fermentable sugars, intermediate compounds in various chemical processes, and ethanol production. Additionally, at an industrial level, high quantities of sludge are produced that can still be used to generate products with greater value.Biotechnological processes are processes with a low energy and maintenance cost, which make them especially valued for industrial applications and processes. Within these processes, enzymatic hydrolysis is a process that uses enzymes, like cellulose, to transform cellulose into glucose, a fermentable sugar, and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) is a process that produces bioethanol with the utilization of yeasts, like Saccharomyces cerevisiae, who consume simple sugars for their metabolism to produce ethanol.The primary objective of this work was to study the viability of the primary sludge, given by a kraft paper facility, to which were added recycled fibres, for the direct production of fermentable sugars, by the use of the enzymatic hydrolysis process, and for bioethanol production, by the use of the SSF methodology.The maximum sugar concentration observed in the enzymatic hydrolysis, for the primary non-treated sludge was 15,2 g L-1, which represents a theoretical hydrolysis yield of 64,6%. Meanwhile, by applying an alkaline treatment with the aid of monopotassium phosphate, an additive that allows ink removal, a maximum sugar concentration of 19,6 g L-1 was obtained, after 24 h.In the SSF methodology, the maximum ethanol concentration was 6,2 g L-1 for the non-treated primary sludge and 6,6 g L-1 for the treated sludge, both for a mass concentration of 3%. However, for a higher consistency, 6%, a maximum ethanol concentration of 11,8 g L-1 was obtained for the treated primary sludge.