Produção de biocombustível de 2ª geração: obtenção de bioetanol a partir de cardo

Abstract

A incorporação de biocombustíveis líquidos, concretamente bioetanol, no setor dos transportes é um objetivo obrigatório com metas mínimas de incorporação definidas na União Europeia. Neste sentido, é reiterada a importância de garantir disponibilidade comercial dos biocombustíveis de 2ª geração, derivado das perturbações económicas e sociais originadas pela produção de biocombustíveis de 1º geração, produzidos a partir de matéria-prima alimentar e com consequências nefastas sobre as cadeias alimentares. Assim urge encontrar-se alternativas que passam pela utilização de matérias-primas lenhocelulósicas baratas, como é o caso do cardo. O objetivo deste trabalho é estudar a produção de bioetanol a partir de hidrolisados originados partindo do cardo. Estes hidrolisados são ricos em monossacáridos fermentáveis, nomeadamente em xilose, para conversão a bioetanol de 2º geração. Para além disso, apresentam também inibidores que requerem a sua remoção. Estudou-se o método de destoxificação com carvão ativado e comparou-se com um hidrolisado filtrado por membranas de nanofiltração. Utilizaram-se a levedura Scheffersomyces stipitis CBS5773 e a bactéria modificada Escherichia coli MSO4 para fermentação dos açúcares a bioetanol em diferentes condições experimentais. Realizaram-se quatro tipologias de ensaios em duplicado, ou seja, a partir de meio sintético LB ou YMP, de hidrolisado destoxificado com carvão ativado, de hidrolisado destoxificado por membranas e de hidrolisado não destoxificado. Os melhores resultados foram obtidos com a E. coli no ensaio com hidrolisado destoxificado por membranas, no qual se obteve uma taxa volumétrica de produção de etanol de 0,28 g/L.h, um rendimento em etanol de 0,45 g/g e uma eficiência de fermentação de 88,1%. No que concerne à S.stipitis, o hidrolisado destoxificado por membranas apresentou a taxa volumétrica de produção de etanol de 0,08 g/L.h, um rendimento em etanol de 0,28 g/g e uma eficiência de fermentação de 54,7%. Os resultados apresentados, permitem concluir que a produção de etanol a partir de hidrolisados de cardo, destoxificados com recurso a nanofiltração com membranas, apresenta uma alternativa muito promissora na produção de bioetanol de 2º geração, principalmente utilizando a E. coli modificada.

The liquid biofuels incorporation in the transportation sector, particularly bioethanol, has been legislated by the European Union as a step to the energy efficiency. Additionally, It is important to guarantee the biofuels commercial availability in order to tackle the socioeconomic challenges that come from the continued use of fossil fuels. However, it is important to ensure that these biofuels should be second generation, since the first generation biofuels mainly rely on food raw materials which could directly impact the food supply chain. Therefore, there is a need to find alternatives, which use cheap lignocellulosic raw materials such as cardoon. It is the purpose of this work to study the production of bioethanol from hydrolysates originated from cardoon. These hydrolysates are rich in fermentable monosaccharides such as xylose which are important for the conversion of second generation bioethanol. Moreover, they also contain inhibitors which require their removal. In this work, the approached adopted used hydrolysate detoxification with activated coal and compared with a filtered hydrolyzate through nanofiltration membranes. The Scheffersomyces stipitis CBS5773 yeast was used as well as the modified Escherichia coli MSO4 bacteria for the sugars fermentation in different experimental conditions. Four trials were performed, through the synthetic medium LB or YMP of detoxified hydrolyzate with coal activated; of detoxified hydrolyzate with membranes and non-detoxified hydrolyzate. The promising results of this study came from the use of E. coli through cardoon hydrolyzates in the trials of detoxified hydrolyzate with membranes which obtained an ethanol volumetric production of 0,28 g/L.h an ethanol efficiency of 0,45 g/g and a fermentation efficiency of 88,1%. Regarding the S.stipitis, the trial of detoxified hydrolysate obtained an ethanol volumetric production rate of 0,08 g/L.h an ethanol efficiency of 0,28 g/g and a fermentation efficiency of 54,7%. Based on these results, it can be concluded that the production of ethanol through cardoon hydrolyzate (detoxified with the use of nanofiltration with membranes), presents a suitable alternative for the production of second generation of bioethanol, especially with the use of the modified E. coli.