Evaluation of the production of biofuels and chemicals from oil palm empty frit bunches (OPEFB) : a biorefinery aproach

Orientadora: Profa. Dra. Adenise Lorenci Woiciechowski

Coorientador: Prof. Dr. Carlos Ricardo Soccol

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia. Defesa: Curitiba, 28/07/2016

Inclui referências : f.22-29;51-54;77-81;105-109

Área de concentração: Agroindústrias e biocombustíveis

Resumo: O excessivo incremento na população, tem repercutido na alta demanda de combustíveis, alimento e químicos, sendo atualmente as principais fontes de energia e químicos não renováveis; petróleo, gás natural e carvão. O consumo e queima desmesurada tem repercutido na liberação na atmosfera de grandes quantidades de material particulado, gases de efeito estufa CO2, CH4, NOx e SOx, até níveis nunca registrados, repercutindo em mudanças climatológicas e alterações nos ecossistemas (efeito estufa). Portanto, para diminuir os efeitos desses gases na atmosfera, o impacto ambiental e melhorar a sustentabilidade da terra, existe a necessidade de desenvolver processos e produtos que sejam ambientalmente amigáveis, eficientes e sustentáveis. Nesse contexto, os materiais lignocelulósicos têm sido objeto de estudo no últimos anos, para produção de biocombustíveis, líquidos, sólidos e gasosos, e químicos de alto valor agregado. A utilização de biomassa como fonte de combustíveis e químicos tem uma grande vantagem sobre os convencionais processos petroquímicos, a geração de créditos de carbono pelo balanço negativo na produção total de CO2. No entanto, a viabilidade do uso de material lignocelulosico em processos industriais deve ser analisada mediante estudos técnico-econômicos e energéticos que permitam determinar o benefício econômico e a energia neta entregada pelo processo de biorefinamento de biomassa. A partir disso, neste trabalho é apresentado um estudo teórico-experimental da produção de etanol, xilitol e lignina usando os cachos vazios obtidos do processo de extração de óleo de palma Eleaeis Guineensis, cultivada no estado do Pará, Brasil. Foram desenvolvidos três pretratamentos: sequencial ácido/alcalino, explosão a vapor, explosão a vapor seguido de deslignificação alcalina. Dentro do conceito de biorrefinarias, foram caracterizadas e testadas diferentes propriedades biológicas da lignina obtida do processo ácido/alcalino, com a finalidade de propor usos alternativos da lignina fraccionada obtida nas etapas de pretratamento. Para determinar a efetividade dos pretratamentos foram desenvolvidos estudos experimentais de sacarificação enzimática analisada em função da digestibilidade enzimática dos cachos vazios tratados, no entanto, para determinar o tratamento mais adequado foi levado em consideração o balanço de energia e a energia neta entregada pela produção de etanol e lignina dentro do conceito de biorefineria.

Abstract: The global population is growing rapidly, therefore, the consumption of chemicals and fuels is largest, being the non-renewables the main sources of them. The consumption and burning of fossil fuels has had a significant impact on the environment and global climate, mainly because the presence of high levels in concentration of CO2, CH4, NOx and SOx in the atmosphere, producing changes in the environment, ecological disturbances and global warming. Consequently, at present it is necessary to develop new processes, using biotechnological and chemical tools, producing economical profits with environmentally friendly. The lignocellulosic biomass has been gaining special attention almost in the last two decades, because the uses of biomass as feedstock for biofuels and chemicals has a great advantage, which is the CO2 credits, by the negative balance of CO2 generation by the burning of biofuels. Nevertheless, the uses of lignocellulosic biomass as source of chemicals and biofuels must be analyzed through techno-economic and energetic evaluations, allowing to determine the economical profit and the net energy value given by the process. Based on this, this work presents the study of oil palm empty fruit bunches (OPEFB) as feedstock for ethanol, xylitol and lignin production, through theoretical and experimental approaches. Were made Three pretreatments; sequential acid/alkaline, steam explosion and steam explosion followed of alkaline delignification. The lignin obtained was characterized by conventional and modern techniques, to elucidate the presence of structures with industrial application, also, were tested different biological properties to re-valorize the lignin. The efficiency of pretreatment was measured in terms of enzymatic digestibility of OPEFB treated, however to determine the best pretreatment configuration, was carried out a techno-economic analysis, considering three possible configuration of biorefinery and four scenarios of production, producing twelve scenarios analyzed. The techno economic analysis was developed together with the energy balance of the process and determined the net energy value for all configuration and scenarios analyzed. Based on these results was established the most adequate configuration of biorefinery process in terms of economical profit and net energy value, for the biorefinery process of oil pam empty fruit bunches.