O bagaço de cana de açúcar é um resíduo lignocelulósico que, após a sua hidrólise, pode ser utilizado como substrato para a produção de hidrogênio (H2) por fermentação. O objetivo deste trabalho foi realizar pré-tratamentos do bagaço de cana com os ácidos clorídrico (HCl) e fosfórico (H3PO4) para a solubilização de carboidratos, produzindo o mínimo de inibidores, bem como para tornar a sua estrutura mais suscetível à hidrólise enzimática. Além disso, foi verificada a possibilidade de utilização dos hidrolisados na produção biológica de H2 por uma cultura mista de micro-organismos. A otimização das condições de pré-tratamento com os ácidos foi feita por meio de um planejamento experimental, variando-se a concentração entre 0,64 e 7,36 % (m/v), a temperatura de 63,20 a96,80°C e o tempo de 38,40 a 441,60 min. Nos hidrolisados obtidos foram determinadas as concentrações de açúcares redutores totais (ART) e de monossacarídeos, tais como a glicose, a xilose e a arabinose, além de potenciais inibidores de fermentação, o furfural, o hidroximetilfurfural (HMF) e o ácido acético. As condições de pré-tratamento do bagaço, nas quais foram obtidas as maiores concentrações de ART (13,88 g/L) foi utilizando 6,0 % (m/v) de HCl, em 360,00 min., a 90°C. Entretanto, sob estas condições, também foram detectadas as concentrações mais elevadas dos inibidores. A condição ótima para a hidrólise com o HCl, obtida através da análise estatística, na qual a concentração de inibidores foi minimizada e a de ART maximizada foi de 96,80ºC, 441,6 min e 7,36 % (m/v) de ácido. Para o pré-tratamento com o H3PO4, as condições ótimas foram as mesmas encontradas para o HCl, obtendo-se 4,98 g/L de ART. Os bagaços pré-tratados foram submetidos à hidrólise enzimática com a enzima Celluclast® e um extrato enzimático bruto com atividade de xilanases. A maior concentração de ART (20,98 g/L) obtida pelas duas hidrólises (ácido/enzimática) foi no bagaço pré-tratado com HCl no tempo de 360,00 min., 6,0 % (m/v) de ácido a 90°C, o qual também apresentou a maior concentração de inibidores (total de 1,23 g/L). O hidrolisado obtido com HCl que apresentou maior concentração de ART foi utilizado em ensaios de fermentação para a produção de H2 por cultura mista. / Sugarcane bagasse is a lignocellulosic residue that can be used as substrate to produce hydrogen (H2) by fermentation after hydrolysis. This study aimed to optimize the pretreatment of sugarcane bagasse with hydrochloric acid (HCl) and phosphoric acid (H3PO4), to solubilize carbohydrates and produce the minimal amount of inhibitors as well as make its structure more susceptible to enzymatic hydrolysis. In addition, we verified the possibility of using hydrolysates in the biological production of H2 by a mixed culture of microorganisms. We optimized the conditions for bagasse pretreatment with acids using an experimental designwe varied the concentration between 0.64 and 7.36% (w/v), the temperature from 63.20 to 96.80 °C, and the time from 38.40 to 441.60 min. In the hydrolysates, we determined the concentrations of total reducing sugars (TRS); monosaccharides such as glucose, xylose, and arabinose; and potential inhibitors of fermentation like furfural, hydroxymethylfurfural (HMF), and acetic acid. The conditions of bagasse pretreatment 6.0% (w/v) HCl, 360 min. and 90 °C led to the highest TRS concentrations (13.88 g L-1), but also to the highest concentrations of inhibitors. Statistical analysis revealed that the optimum conditions for the hydrolysis of sugar cane bagasse with HCl that minimized the concentration of inhibitors while maximizing the TRS concentration were: 96.80 °C, 441.6 min, and 7.36% (w/v) of acid. The optimum conditions for pre-treatment with H3PO4 were the same as those found for HCl; which yielded 4.98 g L-1 TRS. We subjected the pretreated bagasse to enzymatic hydrolysis with Celluclast® enzyme and to a crude enzyme extract with xylanase activity. For both hydrolyses (acid and enzymatic), the highest TRS concentration (20.98 g L-1) was achieved with the bagasse pretreated with HCl 6.0% (w/v) at 90 °C for 360.00 min., which also furnished the highest concentration of inhibitors (total 1.23 g L-1). The hydrolysate obtained with HCl contained higher TRS concentration was used as substrate in fermentation assays for the production of H2 by mixed culture.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-30T14:40:38Z No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-30T14:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The intensive animal production generates high volume of effluents, which is potentially damaging to the environment, when improperly managed. One of the production chains known for its high pollutant load is the swine production. An alternative of treatment is to remove ammoniacal nitrogen, which is one of the main pollutant, by nutrient biological removal processes. However, for this to occur properly the solid-liquid separation (SLS) becomes a fundamental step, due to the necessity to reduce total solids and its carbon/nitrogen ratio. Therefore, with the solids removal the discrete particles are removed thereby avoiding overload in subsequent treatment steps. In addition, besides the high nitrogen load, swine manure also presents high organic load when compared to sanitary sewage, which makes possible to use nitrification and denitrification processes to remove nitrogen without the need to add external carbon sources. The modified Ludzack-Ettinger system (MLE) is known as an efficient configuration to use this process for nitrogen and carbon removal from effluents. The objective of this study was to evaluate the influence of SLS process in swine manure for nitrogen removal using a MLE system. For such purpose, a MLE system was carried out with continuous feeding and aeration. The system was fed with effluent from a SLS in tapered decanter, with variable hydraulic retention time (HRT) as a function of volumetric organic matter concentration (volatile solids). The study was conducted in three stages (I, II and III), according to three different hydraulic retention times of the decanter (5, 10, and 30 minutes), pre-determined through tests of sedimentation. The system showed high nitrogen removal efficiency in the three phases under study, 99.6, 99.1%, and 96.5% in each respective phases I, II and III, with high total solids concentration reaching the value of 18.45 g L-1 in the third stage. In addition, the average of carbon removal efficiency was 74.8, 86.3, and 86.3% to phases I, II and III respectively. It was possible verify that the carbon (solids) increase has a detrimental effect on the MLE system, since there is an increase in the oxygen consumption and the sludge volume discarded, leading to an inhibitory effect observed in the kinetic data. It was possible to conclude that the proposed SLS technique used is efficient as a pre-treatment before the nitrogen removal from pig slurry in a MLE system. Moreover, settling times shorter than 30 minutes may cause reduction of nitrification and denitrification efficiency, as well as make the treatment system more expensive. / A produção intensiva de animais gera elevado volume de resíduos com potencial causador de impactos ambientais quando não gerenciados corretamente. Nesse sentido, a suinocultura é conhecida pela elevada carga poluente de seus dejetos. Uma das principais alternativas de tratamento do nitrogênio amoniacal, o qual é um dos principais poluentes, é a remoção biológica desse nutriente. Porém, para que esta ocorra corretamente, a separação sólido-líquido (SSL) torna-se uma etapa fundamental, devido à necessidade de reduzirem-se os sólidos totais e a relação carbono nitrogênio para que não haja comprometimento do processo supracitado. Com a remoção dos sólidos, as partículas discretas são removidas, evitando assim a sobrecarga nas etapas subsequentes de tratamento. Os dejetos de suínos, além da alta carga de nitrogênio apresentam elevada carga orgânica, quando comparados com esgoto sanitário, o que viabiliza a utilização do processo de nitrificação e desnitrificação para a remoção de nitrogênio, sem a necessidade de adição de fontes externas de carbono. O sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE) se caracteriza como uma configuração eficiente na remoção de nitrogênio e carbono de efluentes. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência das técnicas de separação sólido-líquido em dejetos suínos, na remoção de nitrogênio em sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE). Para isto, foi utilizado um sistema MLE com alimentação e aeração contínua. O sistema foi alimentado com efluente proveniente do processo de separação sólido-líquido, em decantador cônico, com TRH variável em função da carga orgânica volumétrica (sólidos voláteis) planejada. O estudo foi conduzido em três fases (I, II e III), em função de três diferentes tempos de retenção hidráulico no decantador (5, 10 e 30 minutos), pré-determinados por meio de testes de sedimentação. O sistema apresentou uma alta eficiência na remoção de nitrogênio nas três fases em estudo, em média de 99,6, 99,1 e 96,5% nas fases I, II e III, respectivamente, e suportou altas concentrações de sólidos, atingindo o valor de 18,45 g L -1, na terceira fase. Além disso, em média a eficiência de remoção de carbono foi de 74,8, 86,3 e 86,3% para as fases I, II e III, respectivamente. Foi possível verificar que o acréscimo de carbono (sólidos) tem um efeito prejudicial sobre o sistema MLE, visto que há um aumento no consumo de oxigênio e no volume de lodo a ser descartado, acarretando em um efeito inibitório, observado com base nos dados cinéticos. Diante desses resultados foi possível concluir que a SSL proposta é eficiente, como pré-tratamento para a remoção de nitrogênio de dejetos suínos em sistema MLE, sendo que tempos de decantação inferiores a 30 minutos podem causar redução na eficiência do processo de nitrificação e desnitrificação, além de encarecer o sistema de tratamento.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:06:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tome_JoseAugustoTravassosRios_M.pdf: 4646374 bytes, checksum: 2f87d48a0762211d0b01d5b50af6cc6e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Biomassas de diversos tipos têm sido investigadas, ao redor do mundo, como matérias-primas para a produção de etanol de segunda geração, uma vez que esse é um biocombustível com grande potencial para substituir parte significativa dos combustíveis fósseis, refletindo em inúmeros benefícios sociais, ambientais e econômicos para a sociedade. No Brasil, o interesse pela palha de cana-de-açúcar tem aumentado nos últimos anos, uma vez que a estimativa de demanda por biomassa indica que a quantidade de bagaço, principal biomassa estudada nos últimos anos, não será suficiente. Neste trabalho investigou-se o pré-tratamento da palha de cana-de-açúcar por explosão com vapor visando maior rendimento e seletividade no fracionamento dos seus principais constituintes, além de maior conversão da celulose numa subsequente etapa de hidrólise enzimática. Foi empregado na primeira etapa de experimentos um planejamento fatorial fracionado para avaliar os efeitos das variáveis tempo, pressão, umidade e concentração de catalisador. Na segunda etapa do trabalho as variáveis tempo, pressão e catalisador foram investigadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) para identificar as regiões ótimas de processo por meio das superfícies de resposta. Dentro das condições investigadas os resultados obtidos demonstram que a palha de cana-de-açúcar é uma biomassa com grande potencial de aproveitamento para produção de etanol de segunda geração e o pré-tratamento por explosão com vapor é adequado para o seu processamento. Rendimento máximo de glicose na ordem de 78% foi alcançado após etapas de pré-tratamento (16 kgf/cm², 8 min, 2,1% m/m SO2) e hidrólise enzimática (8% TS, 2 FPU/gTS, 48 h) / Abstract: Many different kinds of biomass have been investigated worldwide, as raw materials for the second generation ethanol production, since this is a biofuel with wide potential to replace a significant fraction of fossil fuels, reflecting numerous social, environmental and economical benefits for society. In Brazil, the interest in sugarcane straw has increased in recent years, as the estimated demand for biomass indicates that the amount of sugarcane bagasse, the main biomass studied in recent years, will not be enough. In this work, the steam explosion pretreatment of sugarcane straw was investigated to enhance the yield and selectivity in the fractionation of the main biomass constituents, as well as to enhance the cellulose conversion in a subsequent enzymatic hydrolysis process. In the first step a fractional factorial design was performed to study the effect of the factors time, pressure, humidity and catalyst concentration on the response variables. In the second step of the work the factors time, pressure and catalyst were investigated using a central composite design (CCD) to identify the optimal operational process regions through response surfaces. Within the investigated conditions the results obtained demonstrate that the sugarcane straw is a great potential biomass for second generation ethanol production and steam explosion pretreatment is suitable for this processing. Maximum glucose yield around 78% was achieved after pretreatment at 16 kgf /cm ², 8 min and using 2.1% SO2 as catalyst, followed by enzymatic hydrolysis at 8% (w/w) solids, 2 FPU cellulase / g pretreated straw after 48 h / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Aline Carvalho da Costa, Sarita Cândida Rabelo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T22:23:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cesario_AndreLuisLovizotto_M.pdf: 1900917 bytes, checksum: 0fed327fc6c7f68693cf8ad1e5f28b1c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O grande desafio para a produção de etanol de segunda geração está em produzir, eficientemente, um hidrolisado rico em açúcares que possa ser fermentado para produção de etanol. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do tamanho de partícula nas etapas de pré-tratamento e hidrólise enzimática do bagaço de cana. Também foram estudadas diferentes condições de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído com o objetivo de avaliar a solubilização dos componentes da biomassa e a recuperação dos açúcares no licor. A eficiência de cada condição de pré-tratamento foi avaliada através da liberação de açúcares na hidrólise enzimática. Foi observado que a temperatura teve grande influência na solubilização das hemiceluloses no pré-tratamento, alcançando o máximo de 87% a 140°C por 30 minutos. Nesta mesma condição, também foi observado o rendimento máximo de pentoses no licor, sendo de 77%. Não foi observada influência do tamanho de partícula no pré-tratamento, uma vez que os valores obtidos de solubilização e rendimentos foram semelhantes para as diferentes granulometrias, avaliadas em uma mesma condição. A avaliação da eficiência do pré-tratamento na hidrólise enzimática mostrou que as condições de pré-tratamento mais severas (as que removeram maiores quantidades de hemiceluloses) resultaram em maiores conversões à glicose, sendo o máximo alcançado de conversão de celulose de 55% e um rendimento global de 44% para o material pré-tratado a 140°C, 30 minutos com concentração de sólidos de 10% (m/v) na hidrólise. Também não foi observada influência do tamanho de partícula nesta etapa, uma vez que os rendimentos obtidos foram semelhantes para as diferentes granulometrias. Sendo assim, foi determinado que o tamanho de partícula, na faixa avaliada no presente trabalho, não exerceu influência no pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído e hidrólise enzimática, o que não demonstra a necessidade de reduzir o tamanho de partícula do bagaço. A melhor condição de pré-tratamento apresentou eficiente remoção das hemiceluloses e consequente recuperação de xilose no licor, porém a conversão da celulose na hidrólise enzimática não apresentou grande efetividade / Abstract: The main challenge for second generation ethanol production is to produce, effectively, a hydrolyzate rich in sugars that can be fermented to produce ethanol. This study aimed to evaluate the influence of particle size on pretreatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse. Different conditions of dilute acid pretreatment were studied to evaluate biomass solubilization and sugars recovery in the liquor. The efficiency of each pretreatment condition was evaluated by the release of sugars after enzymatic hydrolysis. It was observed that the temperature had a great influence on the hemicelluloses solubilization in the pretreatment, reaching a maximum of 87% at 140°C for 30 minutes. The maximum xylose yield was observed on the same condition (77 %). No influence of particle size in the pretreatment was observed, since the values of solubilization and yields were similar for the different particle sizes evaluated in the same condition. The most severe conditions of pretreatment (highest hemicelluloses solubilization) resulted in higher conversion to glucose, in which the maximum cellulose conversion was 55% and overall yield of 44 % for the material pretreated at 140°C for 30 minutes when the solids concentration in hydrolysis was 10% (w/v). No influence of particle size was observed at this step, since the yields were similar for the different particle sizes. Thus, it was determined that the particle size in the range evaluated in this study did not influence the dilute sulfuric acid pretreatment and enzymatic hydrolysis, which shows that there is no need for the particle size reduce of bagasse. The best pretreatment condition showed efficient removal of hemicelluloses and subsequent recovery of xylose in the liquor, but the conversion of cellulose in the enzymatic hydrolysis did not show great effectiveness / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_LilianePires_M.pdf: 2414568 bytes, checksum: edd69b0480cfd867aa41722490fde9b1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No cenário mundial atual, a procura por combustíveis e outros químicos desenvolvidos a partir de tecnologias sustentáveis tem se tornado uma demanda crescente. Neste contexto, diversas biomassas são investigadas ao redor do mundo, como matérias-primas para a produção de etanol de segunda geração que é considerado um biocombustível com grande potencial para substituir gradativamente os combustíveis fósseis. Estudos direcionados à produção de etanol celulósico demonstram que alterações simultâneas em importantes parâmetros, como tempo de pré-tratamento e teor de sólidos na hidrólise enzimática, influenciam diretamente no rendimento final do processo. O presente trabalho teve por objetivo estudar a influência da matéria-prima, por meio da coleta do bagaço de cana de açúcar em diferentes períodos da safra, no processo de produção de etanol. Para isso, foram avaliadas as etapas de pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação com ênfase na otimização da hidrólise enzimática. A execução foi dividida em três etapas. Na primeira, o bagaço de cana foi submetido a diferentes tempos de pré-tratamento (severidades na faixa de 4,01 a 4,10) por explosão a vapor em escala piloto. Em seguida, a biomassa pré-tratada resultante foi hidrolisada enzimaticamente, utilizando teores de sólidos, nesta etapa, de 8% e 12%, 0,5% de surfactante (p/p-TS), baixa carga da enzima Cellic Ctec2 (5FPU/g-celulose), temperatura de 50ºC e tempo de 48h. A fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae. A condição de pré-tratamento com severidade de 4,01 foi a que apresentou melhores resultados em todas as etapas e a escolhida para a continuidade deste trabalho. Na segunda etapa do trabalho, as variáveis teor de sólidos, carga enzimática e teor de surfactante da hidrólise enzimática foram investigadas através de um delineamento composto central rotacional (DCCR) para identificar as regiões ótimas de processo através das superfícies de resposta. Novamente a fermentabilidade dos caldos obtidos foi testada, usando-se a levedura Saccharomyces cerevisiae e suplementando o meio com melaço. Por meio da validação do modelo estatístico determinou-se a condição otimizada para realizar a hidrólise enzimática, 12% de teor de sólidos e 6 FPU/g-celulose de Cellic Ctec2. Na terceira etapa a variabilidade da matéria prima foi avaliada utilizando o pré-tratamento determinado na primeira etapa e a hidrólise otimizada na segunda. Foi possível concluir que as variações na composição do bagaço "in natura" não interferem no resultado final, que é a composição do caldo hidrolisado obtido, demonstrando que este é um processo com caraterísticas robustas, ou seja, que o resultado final não é influenciado pelas flutuações nas características da matéria-prima utilizada / Abstract: In the current global scenario, the demand for fuels and other chemicals developed from sustainable technologies has become an increasing demand. In this context, various biomasses are investigated around the world, as raw materials for the production of second generation ethanol, a biofuel that is regarded with great potential to gradually replace fossil fuels. Studies directed to produce cellulosic ethanol demonstrate that simultaneous changes in key parameters such as time of pre-treatment and solids content in the enzymatic hydrolysis directly influence the final yield of the process. The present work aims to study the influence of the raw material, through the gathering of sugarcane bagasse in different harvest periods in the ethanol production process. To that, the steps of pre-treatment, enzymatic hydrolysis and fermentation with emphasis on optimizing enzymatic hydrolysis were evaluated. This study was divided into three steps. In the first sugarcane bagasse was pretreated by steam explosion in pilot scale with different times of pretreatment (severities in the range of 4.01 to 4.10). Then, the resulting pretreated biomass was hydrolyzed enzymatically, using solids content of 8% and 12%, and 0.5% of surfactant (w / w, TS), low enzyme load Cellic Ctec2 (5FPU / g -cellulose), temperature of 50 ° C and time of 48 hours. The fermentability of the hydrolysates obtained was tested, using the Saccharomyces cerevisiae yeast. The condition of pretreatment severity of 4.01 showed the best results at throughout the process and it was chosen to continue this work. In the second step, enzymatic hydrolysis, the variables, solids content, enzyme loading and surfactant content were investigated using a central composite rotational design (CCRD) to identify the optimal process regions through response surfaces. Again fermentability of the hydrolysates obtained were tested using the Saccharomyces cerevisiae yeast and the medium was supplemented with molasses. By the statistical validation of the model, the optimized condition for enzymatic hydrolysis was determined, this is 12% solids and 6 FPU / g cellulose Cellic Ctec2. In the third step the raw material variability was evaluated by pretreatment determined in the first step and the optimized hydrolysis determined in the second step. It was concluded that variations in the composition of the sugarcane bagasse does not interfere in the final result, that is the composition of the hydrolyzate obtained, demonstrating that this is a robust process, ie, the result is not influenced by the variations in the characteristics of the used feedstock / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientadores: Maria Aparecida Silva, Mariana Altenhofen da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T02:47:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Butzke_AlandeSiqueira_M.pdf: 3517066 bytes, checksum: 98ea507901df168f0fbaa1708f00b19a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A utilização de biomassa para a produção de etanol de segunda geração é de grande importância para o setor energético mundial, no entanto o uso do bagaço de cana excedente nas usinas sucro-alcooleiras depende de um pré-tratamento para criar condições necessárias para a hidrólise enzimática. O objetivo deste trabalho foi avaliar a composição estrutural das frações de bagaço e a influência da umidade, temperatura e pressão na conversão em açúcares antes e após o pré-tratamento com CO2 supercrítico. Os experimentos de caracterização e hidrólise enzimática das frações de bagaço foram desenhados por um planejamento experimental fatorial completo 23 com triplicata no ponto central. A remoção de hemicelulose no pré-tratamento aumentou consideravelmente o teor de celulose nas frações de fibra (retida na peneira 48 mesh da série Tyler) e de medula. Verificou-se para condição de 60ºC e 250 bar, um aumento máximo de aproximadamente 50 % (umidade de 0 % em base seca) e de 30 % (umidade de 100 % em base seca) no teor de celulose nas frações de fibra e medula, respectivamente. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de fibra (7,7 g/L) foi para um teor de umidade igual a 0 % (base seca) em 24 horas de hidrólise enzimática, para a condição de 40ºC e 100 bar no pré-tratamento, com aumento de 16 % em relação à fração fibra sem pré-tratamento no mesmo tempo. O melhor resultado da conversão em glicose da fração de medula (8,2 g/L), foi para um teor de umidade igual a 100 % (base seca), para 60ºC e 100 bar, em 48 horas de hidrólise enzimática com um aumento de 16 % em relação à fração de medula sem pré-tratamento no mesmo tempo. Análises de difratometria de raios X mostraram alterações na cristalinidade da celulose para ambas as frações e a determinação da área superficial mostrou um aumento na quantidade de poros após o pré-tratamento. Verificou-se também a ausência do composto inibidor hidroximetilfurfural (HMF) nas frações de fibra e medula / Abstract: The use of biomass for second generation ethanol production is very important to the global energy sector, however, the use of sugarcane bagasse surplus in the sugar and alcohol plants depends on a pretreatment to create necessary conditions for enzymatic hydrolysis. The aim of this study was to evaluate the structural composition of bagasse fractions and moisture, temperature and pressure influence in sugars conversion before and after pretreatment with supercritical CO2. The physical characterization and enzymatic hydrolysis experiments of bagasse fractions were designed by a 23 full factorial design with three replications at the center point. The removal of hemicellulose by the pretreatment increased the cellulose content of fiber (retained in the sieve of 48 mesh Tyler series) and pith fractions. It was found that for 60°C and 250 bar, a increase of approximately 50 % (0 % moisture on a dry basis) and 30 % (moisture of 100 % on dry basis) in cellulose content for fiber and pith fractions, respectively. The best result of glucose conversion for fiber fraction (7,7 g/L) was for moisture content equal to 0 % (dry basis) after 24 hours of enzymatic hydrolysis, for 40°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the fiber fraction without pretreatment for the same period. The best result of glucose conversion for pith fraction (8.2 g/L) was for moisture content of 100 % (dry basis) after 48 hours of enzymatic hydrolysis, for 60°C and 100 bar, with an increase of 16 % compared to the pith fraction without pretreatment at the same interval. X-ray diffraction analysis exhibited crystallinity changes of cellulose for both fractions and surface area revealed an increase in the pores number after pretreatment. It was also presented the absence of inhibitor compound hydroxymethylfurfural (HMF) for fiber and pith fractions / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_ChristianeCurieldosSantosde_M.pdf: 1384731 bytes, checksum: f7030b49c79eb391a1b548ff3f6f0a5d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: No presente trabalho o desempenho do pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar com alta concentração de sólidos utilizando peróxido de hidrogênio alcalino foi avaliado. O objetivo foi aumentar a concentração de sólidos no pré-tratamento em relação a trabalhos anteriores (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Inicialmente um planejamento fatorial 23 foi realizado para avaliar a influência da temperatura (°C) e concentração de peróxido de hidrogênio alcalino (% v/v) no pré-tratamento, assim como da concentração de celulase (FPU/g bagaço) usada na hidrólise, na concentração de glicose obtida após a hidrólise enzimática. Este planejamento resultou em um modelo linear, que foi usado para determinar o caminho de máxima inclinação, seguindo o procedimento descrito por BARROS NETO el al. (2001). Novos experimentos foram realizados, determinando-se a vizinhança do ponto ótimo e, finalmente, um planejamento em estrela foi realizado em torno desta região, determinando-se as condições de pré-tratamento que resultam em concentração máxima de glicose após hidrólise (0,4014 g glicose/ g de bagaço bruto) quando o pré-tratamento foi realizado com 15% de sólidos e a hidrólise com 3% de sólidos. Este valor corresponde ao rendimento de 95,38% em glicose, obtido realizando-se o pré-tratamento por 1 hora, a 65ºC e concentração de peróxido de 8% v/v em pH de 11,5 e a etapa de hidrólise com concentração de celulase de 15 FPU/g e de ?-glicosidase de 25 CBU/g. Concentração de glicose de 0,3846±0,0014 g glicose/ g de bagaço bruto, correspondente a rendimento de 90,87±0,33% em glicose, foi obtida realizando-se o pré-tratamento a 55ºC e com 7% v/v de peróxido de hidrogênio alcalino, na mesma concentração de sólidos e tempo de pré-tratamento e considerando as mesmas condições de hidrólise. Esta concentração de peróxido corresponde a 0.47 mL de peróxido/ g de bagaço ou 0.69 g de peróxido/g bagaço, concentração bastante menor do que a usada nos trabalhos anteriores, que era superior a 2g de peróxido/g bagaço / Abstract: In this work the performance of the pretreatment of sugarcane bagasse with high solids concentration using alkaline hydrogen peroxide was evaluated. The objective was to increase the solids concentration in the pretreatment in relation to previous work (RABELO, 2007; GARCIA, 2009). Initially, a 23 factorial design was performed to evaluate the influence of temperature (°C) and alkaline hydrogen peroxide concentration (% v / v) in the pretreatment, as well as of the cellulase concentration (FPU / g pulp) used in the hydrolysis, in the concentration of glucose obtained after enzymatic hydrolysis. This design resulted in a linear model that was used to determine the maximum slope direction by following the procedure described in BARROS NETO et al. (2001). Further experiments were performed to identify the optimal region and, finally, a central composite design was performed around this region to determine the pretreatment conditions that result in maximum concentration of glucose after hydrolysis (0.4014 g glucose / g of raw bagasse) when the pre-treatment was conducted at 15% solids and the hydrolysis with 3% solids. This corresponds to a 95.38% glucose yield, obtained by performing pretreatment for 1 hour at 65 °C using 8% (v/v) of hydrogen peroxide at pH 11.5. Hydrolysis was conducted using 15 FPU cellulase/g bagasse and 25 CBU ?-glucosidase/g bagasse. Glucose concentration of 0.3846 ± 0.0014 g glucose/g of raw bagasse, corresponding to a 90.87 ± 0.33% glucose yield, was obtained by performing pretreatment at 55 °C with 7% v/v of alkaline hydrogen peroxide at the same concentration of solids and pre-treatment time and considering the same hydrolysis conditions. This concentration corresponds to 0.47 mL peroxide/g bagasse or 0.69 g peroxide/g bagasse, much lower than the concentrations used in previous studies, that were higher than 2 g peroxide/g bagasse / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Isabel Rodrigues / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:07:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Treichel_Helen_D.pdf: 2336096 bytes, checksum: bb4f87554ce5aa94a9f62d576648ac87 (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laura Plazas Tovar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T00:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_EmiliaSavioli_M.pdf: 7245588 bytes, checksum: 930b1984893789276ff0e09268cf77af (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O bagaço da cana-de-açúcar é uma das principais fontes renováveis como alternativa econômica para a produção de biocombustível de segunda geração (2G) e para a geração de eletricidade (cogeração). Neste processo, várias etapas são necessárias, dentre elas, a deslignificação se torna fundamental já que as cadeias celulósicas presentes na lignina dificultam o acesso das enzimas hidrolíticas. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento, avaliação e o estudo cinético do processo de deslignificação alcalino do bagaço da cana-de-açúcar proveniente da corrente de pré-tratamento com ácido sulfúrico diluído. Foi realizado um pré-tratamento inicial com ácido sulfúrico diluído, seguido de um estudo detalhado da deslignificação com variações de temperatura entre 80 e 120 °C, concentração de NaOH entre 0,5 e 1,5 % m/v e tempo de reação entre 30 e 90 min, estimando os parâmetros cinéticos. Posteriormente, realizou-se a hidrólise enzimática e, em sequência, a fermentação. Os resultados mostram que, com a aplicação do pré-tratamento catalisado com ácido sulfúrico diluído, há uma eficiente conversão das hemiceluloses de 76,31 ± 3,77 % e que temperaturas entre 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C, e tempos de reação de 90 min, mostram-se os mais indicados para o processo de deslignificação, este tendo a maior remoção de lignina encontrada no ponto de 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min atingindo 75,41 ± 0,73 %. A partir dos dados experimentais, foi possível estimar as constantes de velocidade (kb) constatando-se que estas diminuem com o aumento da temperatura no processo de deslignificação. Com a realização da hidrólise enzimática, foi possível afirmar que após decorridas 24 h ocorreu a liberação máxima dos açúcares, 47,95 g/L no ponto 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min, decorridas 72 h atingiu-se uma concentração de açúcares liberados de 50,08 g/L e um rendimento global de 53,47 %. Com a realização da fermentação, foram obtidos valores de YP/GLC para o bagaço de cana-de-açúcar PCA e para o seguido de deslignificação de 0,51 kgetanol/kgGLC e 0,47 kgetanol/kgGLC, respectivamente, com seus rendimentos de 100 % e 91,59 %. Vale ressaltar que as fermentações foram realizadas em um reator (PCA) e em um shaker (deslignificado), fator que pode ter levado a obter importantes diferenças nos valores de rendimento / Abstract: Sugarcane bagasse is an important renewable resource with cost-effective alternative for the production of second generation (2G) biofuel and electricity generation (cogeneration). In this process, some steps are required. However, delignification becomes essential due to the cellulose chains present in lignin hinder access of hydrolytic enzymes. Therefore, the goal of this work was the development, evaluation and the kinetic study of alkaline delignification process of sugarcane bagasse from acid pretreatment with dilute sulfuric acid. Firstly, it was carried out the acid pretreatment with dilute sulfuric acid. After, it was developed the detailed study of delignification process. Temperature ranged from 80 to 120 °C, NaOH concentration ranged from 0,5 to 1,5 % m/v and reaction time ranged from 30 to 90 min. Experimental results allowed to estimed the kinetic parameters. Moreover, enzymatic hydrolysis and fermentation processes were carried out. The results show that catalysed pretreatment using dilute sulfuric acid leads an efficient conversion of hemicellulose of 76,31 ± 3,77 % and temperatures between 80 ± 2 °C - 100 ± 2 °C and 90 min establishes the most suitable operating conditions for the delignification process reaching a 75,41 ± 0,73 % of lignin removal at 80 °C/0,5 % w/v NaOH/90 min. Kinetic data were estimated from experimental data. In this sense, the kinetic constants (kb) decrease as the temperature in the delignification process rise. Results from enzymatic hydrolysis showed that the maximum release of sugars occurred after 24 h, 47,95 g/L at 80 °C/0,5 % m/v NaOH/90 min and, at 72 h of enzymatic hydrolysis, the released sugar achieved a concentration of 50,08 g/L and a mass yield of 53,47 %. Results from fermentation process showed that YP/GLC for the PCA sugarcane bagasse and for the followed by delignification of 0,51 kgetanol/kgGLC and 0,47 kgetanol/kgGLC, respectively, attained a process yield of 100 % and 91,59 %, respectively. It is noteworthy that these were carried out in a reactor (PCA) and in a shaker (delignificated), a factor that may have led to obtain important differences in yield values / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T17:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_LuizaHelenadaSilva_D.pdf: 5727888 bytes, checksum: 3fc2a39cd00a52ce751d2f8d545dce8c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A indústria sucroalcooleira é uma atividade de grande importância para o Brasil, e tem o bagaço de cana-de-açúcar como o principal subproduto, o qual pode ser utilizado para a produção de etanol de 2ª geração. Nesse contexto, são cada vez maiores os estudos relacionados com as tecnologias de pré-tratamento, etapa fundamental para a eficiente produção deste tipo de combustível. Entretanto, o custo de reagentes e gastos com tratamento de águas residuais ainda é um obstáculo para este tipo de tecnologia. Assim, o presente trabalho teve como objetivo estudar 3 tipos de pré-tratamentos do bagaço de cana-de-açúcar: H2SO4 diluído, Peróxido de hidrogênio alcalino (PHA) e hipoclorito-hidrogênio peróxido (Ox-B), com a utilização de elevadas cargas de sólidos, tanto na etapa de pré-tratamento quanto na de hidrólise enzimática, visando a redução do uso de reagente e do consumo de água. Para todos os pré-tratamentos foram realizados planejamentos experimentais de 3 níveis (3²). O material pré-tratado com H2SO4 diluído, PHA e Ox-B foi submetido a hidrólise enzimática com 10% (m/v) de sólidos, com carga enzimática de 15 FPU/g e 25 CBU/g de bagaço. Para a melhor condição do pré-tratamento realizado com PHA foi estudada a substituição do uso do NaOH por KOH e Mg(OH)2 para ajuste do pH em 11,5. Um estudo do aumento da carga de sólidos na hidrólise enzimática também foi realizado (batelada simples e alimentada) para os materiais pré-tratados com os três reagentes estudados, sendo os hidrolisados submetidos a fermentação com S. cerevisiae. As maiores conversões obtidas na hidrólise enzimática para carga de sólidos de 10% (m/v) foram: 60,80% para o H2SO4, 76,00% para o PHA, 66,9% para o Ox-B. O aumento da carga de sólidos na hidrólise enzimática teve efeito negativo na conversão. O material pré-tratado com PHA foi o que mostrou melhores resultados tanto para a hidrólise enzimática como para a fermentação, que atingiu rendimento máximo de 84,48% de etanol a 34ºC a 20% (m/v) de sólidos no pré-tratamento e 10% (m/v) de sólidos na hidrólise enzimática / Abstract: The sugar industry is a very important activity for Brazil, and has the bagasse sugarcane as the main by-product, which can be used for the 2nd generation ethanol production. In this context, there are increasing studies related to pretreatment technologies, essential step for efficient production of this type of fuel. However, the cost of reagents and treatment costs of waste waters are still an obstacle for this type of technology. Thus, this study aimed to evaluate three types of pretreatments of sugarcane bagasse: diluted H2SO4 , alkaline hydrogen peroxide (APH) and hypochlorite-hydrogen peroxide (Ox-B), using high solid loadings, both in the pretreatment and the enzymatic hydrolysis step in order to reduce reagent usage and consumption of water. For all pre-treatments were carried out experimental design of three levels (3²). The pretreated material with dilute H2SO4, APH and Ox-B was subjected to enzymatic hydrolysis with 10% (w/v) solids, with enzyme load of 15 FPU/g and 25 CBU/g of residue. To the best condition pretreatment was performed with PHA studied substitution of KOH for the NaOH and Mg(OH)2 for pH adjustment to 11.5. A study of increased solids loading in the enzymatic hydrolysis was also performed (simple and fed batch) for pretreated material with the three reagents studied, and the hydrolysates subjected to fermentation with S. cerevisiae. The highest conversions obtained in the enzymatic hydrolysis to solids loading of 10% (w/v) were 60.80% for the H2SO4 76.00% for the APH, 66.9% for Ox-B. The increased of solids loading on enzymatic hydrolysis had a negative effect on conversion. The pre-treated material showed that the PHA was the best results for both the enzymatic hydrolysis and also for fermentation, reaching a maximum yield of 84.48% ethanol at 34 ° C with 20% (w/v) solids in the pre-treatment and 10% (w/v) solids in the enzymatic hydrolysis / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutora em Engenharia Quimica