Aproveitamento energético a partir da digestão anaeróbia de hidrolisado hemicelulósico gerado pelo pré-tratamento por auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar considerando o contexto da biorrefinaria.

Abstract

Este trabalho teve como principal objetivo otimizar a partir de um planejamento experimental as variáveis operacionais temperatura (T), tempo (t) e razão sólido-líquido (RSL) para a auto-hidrólise (AH) do bagaço de cana-de-açúcar (BC), visando produzir um hidrolisado hemicelulósico (HH) com características propícias para digestão anaeróbia (DA) e produção bioquímica de metano (PBM). Os resultados indicaram que os HH gerados em condições severas de AH com maior solubilização de hemiceluloses e com maiores teores de açúcares, C5-C6, não foram os mais adequados para produção de metano. Provavelmente isto tenha ocorrido pelo acúmulo de compostos tóxicos e/ou recalcitrantes (furanos e fragmentos de lignina). Condições mais moderadas (170°C, 35 min e RSL = 0,33 g BC.mL H2O-1) geraram um HH com maior PBM (0,79 Nm3 CH4. kg COT-1), o que foi confirmado pela ferramenta estatística de desejabilidade. O HH obtido a partir da condição DC2 gerada pelo modelo de desejabilidade (178,2°C, 43,6 min e RSL = 0,24 g BC .ml H2O-1) apresentou as menores concentrações de compostos tóxicos, o que culminou com menor acúmulo de ácidos graxos voláteis (AGVs) e maiores PBM (1,56 Nm3 CH4. g COT-1) durante a DA. O modelo de Gompertz foi usado para ajustar os dados de produção de CH4 durante a DA. O melhor HH apresentou uma taxa máxima de produção de metano (RCH4) de 2,6 mmol CH4.d-1. Além disso, a digestão anaeróbia foi realizada em dois estágios (acidogênico-metanogênico, DA-2S), em reatores descontínuos, no qual o estágio acidogênico atuou como uma fase prévia de hidrólise e biodetoxificação. Isto permitiu a utilização de condições mais severas de pré-tratamento do BC por AH, T = 178,6°C e t = 55 min (DC3) e T = 182,9°C e t = 40,71 min (DC4), que, resultaram em maior extração de hemiceluloses do BC (DC3 = 77,40% e DC4 = 73,90%), o que consequentemente melhorou o balanço energético líquido do processo proposto gerando uma energia livre de 3,15 MJ.kg BC-1 a partir da combustão do biogás gerado na digestão anaeróbia em dois estágios do hidrolisado hemicelulósico.