Hidrólise Ácida da Celulose Presente na Casca de Arroz

HIDRÓLISE ÁCIDA DA CELULOSE PRESENTE NA CASCA DE ARROZ PARA POSTERIOR OBTENÇÃO DE ETANOL CELULÓSICO1 

 

LOPES, N. O.2, MIRANDA, C. F.3

  

(1) Trabalho executado com recursos disponibilizados pelo Centro Universitário de BH;

 (2) Estudante; Centro Universitário de Belo Horizonte;

   (3) Orientador: Centro Universitário de Belo Horizonte;

Contato2: [e-mail]

 

RESUMO – O constante debate acerca dos malefícios causados ao meio ambiente pela emissão de gases poluentes devido à queima de derivados do petróleo, iniciou a busca de estratégias para a produção de combustíveis que sejam sustentáveis. O presente trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade de se obter etanol a partir da casca de arroz, através de três etapas principais: pré-tratamento da casca, para a remoção de grande parte da lignina; hidrólise ácida, para formação de glicose; e fermentação, para obtenção do etanol. O pré-tratamento da casca de arroz se mostrou eficiente, uma vez que obteve-se a casca tratada de coloração amarelo-claro, evidenciando a remoção de parte da lignina. No processo de hidrólise ácida, obteve-se melhor eficiência quando se utilizou ácido sulfúrico a 30 %, apresentando valores de sólidos solúveis e de açúcares redutores maiores. No processo de fermentação, concluiu-se que o método escolhido para a produção de etanol é eficiente, no entanto é possível otimizar essa etapa do processo, removendo os subprodutos da etapa de hidrólise, denominados inibidores da fermentação, a fim de obter-se maior rendimento do produto.

1. INTRODUÇÃO

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O constante debate acerca dos malefícios acarretados pela dependência mundial de reservas de petróleo, em junção à iminente escassez dessa fonte energética, ocasionou a necessidade de buscar estratégias para uma maior produção e maior consumo de combustíveis que sejam renováveis e sustentáveis (FURLAN, 2009). Visto que, atualmente, os derivados do petróleo estão interligados não apenas às fontes energéticas, como também às fontes alimentícias, medicinais, vestimentas, entre outros.

O uso dos biocombustíveis tem como principal objetivo ampliar os meios de produção de derivados energéticos, proporcionando a substituição parcial de combustíveis fósseis e, em consequência, a redução de emissões de gases, uma vez que a queima de combustíveis fósseis representa aproximadamente 82 % das emissões dos gases causadores do efeito estufa (FURLAN, 2009).

O etanol celulósico obtido a partir da casca de arroz representa uma alternativa promissora para expandir a produção de biocombustíveis, uma vez que a matéria-prima é rica em biomassa lignocelulósica, composta por 51,5 % de celulose (OLIVEIRA et al., 2009). Essa matéria-prima é considerada resíduo agrícola, consequentemente, toneladas são descartadas anualmente de forma indevida, ocasionando a emissão de gás metano, contribuindo ainda mais para o Aquecimento Global. Estima-se que esta quantidade de casca de arroz apresenta potencial para a produção de 205 bilhões de litros de etanol celulósico por ano (MILANEZ et al., 2015).

O presente trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade de se obter etanol celulósico a partir da casca de arroz, através de três etapas principais: pré-tratamento da casca, para a remoção de grande de parte da lignina; hidrólise ácida, para a formação de glicose; e fermentação, para obtenção do etanol.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Pré-tratamento Da Casca De Arroz

Em uma primeira etapa, as cascas de arroz foram moídas, lavadas e secas. Em seguida, as cascas foram submetidas a dois pré-tratamentos, a fim de se remover grande parte da lignina presente na matéria-prima, com o intuito de otimizar a etapa de hidrólise, sendo o primeiro realizado em solução de hidróxido de sódio (NaOH) e o segundo em solução alcalina de peróxido de hidrogênio (H2O2).

Pré-tratamento alcalino com NaOH: Foram submetidas ao tratamento, 100,0 g da casca de arroz moída in natura, em volume de solução conforme a relação 4 % (m/v). O procedimento ocorreu em banho-maria a 80 °C, com agitação mecânica pelo tempo pré-estabelecido de 4 horas. Essa reação foi realizada 7 vezes. No término do procedimento, a suspensão foi filtrada e lavada em excesso de água destilada. Para esse tratamento, o trabalho apresentado baseou-se nas metodologias de Zuluaga et al. (2009) e Johar et al. (2012) descrito por Oliveira et al. (2009), com algumas modificações.

Pré-tratamento alcalino com H2O2 e NaOH: Em etapa posterior ao tratamento alcalino com NaOH, as cascas foram colocadas em uma mistura de H2O2 conforme a relação 16 % (v/v) e NaOH de acordo com a relação 5 % (m/v). O procedimento foi realizado em banho-maria a 55 °C, com agitação mecânica pelo tempo estabelecido de 1 hora e 30 minutos.  Após esse período o material foi lavado em excesso de água destilada e colocado em estufa a 50 °C por 24 horas. Para esse tratamento, o trabalho apresentado baseou-se na metodologia de Teodoro et al. (2011) descrito por Nascimento et al. (2013), com algumas modificações.  

2.2. Hidrólise Ácida Da Casca De Arroz  

Em etapa posterior, a casca de arroz tratada foi submetida a um processo de hidrólise ácida na presença de solução de ácido sulfúrico (H2SO4) em concentrações e tempos variados, realizado a partir de duas técnicas distintas: hidrólise em Autoclave e hidrólise em Banho-maria de glicerina.

Hidrólise ácida em autoclave: Pesou-se 15 g de casca de arroz tratadas e, posteriormente, colocou-as em Erlenmeyers contendo soluções de H2SO4 nas concentrações de 0,5 M (2,61 %), 1,0 M (5,21 %) e 1,5 M (7,83 %), seguindo a relação de 1 g de casca/ 20 g de solução ácida. Os frascos foram fechados com auxílio de algodão, alumínio e fita crepe e, em seguida, foram levados, em duplicata, para o equipamento denominado autoclave, em pressão manométrica de 1,2 kgf/cm2 e em temperatura de 121 ºC. Os tempos de hidrólise foram de 15, 30 e 60 minutos (ANTÔNIO, 2010).