Biotecnologia Industrial: Biocombustíveis

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27/10/2013
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Universidade Federal do Rio de JaneiroUniversidade Federal do Rio de Janeiro
Campus MacaéCampus Macaé
Disciplina de Biologia Celular e BiotecnologiaDisciplina de Biologia Celular e Biotecnologia
MACAÉ-RJ
OUTUBRO DE 2013
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL: BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL: 
BIOCOMBUSTÍVEISBIOCOMBUSTÍVEIS
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Biomassa é toda matéria orgânica naturalmente isenta
de traços de fossilização, abrangendo qualquer material de
origem animal, vegetal, de fungos, liquens, algas e
microorganismos.
Toda biomassa submetida a processos de combustão
para disponibilizar energia, é denominada de Biocombustível.
Essa combustão, libera energia térmica, dióxido de
carbono (CO2) e água (H2O).
BIOCOMBUSTÍVEISBIOCOMBUSTÍVEIS
Os biocombustíveis são classificados quanto a origem,
processos de obtenção e complexidade industrial.
Contudo, são caracterizados três tipos de
biocombustíveis, (1) tradicionais de queima direta; (2)
modernos de queima indireta e (3) biocombustíveis líquidos.
BIOCOMBUSTÍVEISBIOCOMBUSTÍVEIS
BIOCOMBUSTÍVEISBIOCOMBUSTÍVEIS
Os dois biocombustíveis industrias mais utilizados são o
etanol e o biodiesel.
São normalmente utilizados como substitutos ou
complementares dos combustíveis fosseis, em misturas que
variam de 2 a 75%.
Por exemplo, gasolina E5, significa que a mesma
recebeu 5% de etanol, enquanto o diesel B5, significa eu o
mesmo recebeu 5% de biodiesel.
ETANOLETANOL
Os processos de obtenção do etanol são caracterizados
por transformação bioquímica de açucares em alcoóis através
da fermentação.
Açucares podem estar prontamente disponíveis na
matéria-prima ou serem oriundos de conversões do amido ou
da celulose, exigindo outras etapas químicas.
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ETANOLETANOL
Para a produção do etanol, independente da matéria-
prima, a mesma passa por uma prensagem física.
No etanol, a partir da cana-de-açúcar, a prensagem tem
o intuito de liberar os açúcares naturais.
Sendo posteriormente submetidos a fermentação por
cepas de bactérias ou fermentos sintéticos.
ETANOLETANOL
Ao nível molecular a reação da fermentação direta de
açucares disponíveis, a reação pode ser representada da
seguinte forma:
ETANOLETANOL
Na obtenção do etanol, a partir do amido, pode-se
utilizar como matéria-prima, o trigo, milho, cevada, mandioca,
beterraba e batata.
Esse processo é estendido pela adição de uma etapa
anterior a fermentação.
Após a prensagem física, a matéria resultante é
hidrolisada para disponibilizar as moléculas de açúcar.
ETANOLETANOL
A reação da fermentação, utilizando o amido para a
produção do etanol, pode ser representada da seguinte forma:
ETANOLETANOL
No etanol celulósico, obtido o restolho agrícola, o
processo de conversão é mais elaborado.
Há a necessidade do uso de enzimas que
desestabilizam as fibras vegetais e consequentemente
quebram as moléculas de celulose.
Após a hidrolise são liberadas moléculas de açúcar que
atuarão no processo fermentativo.
ETANOLETANOL
A reação da fermentação utilizando celulose:
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Qual matériaQual matéria--prima promove um incremento prima promove um incremento 
maior no preço do produto final?maior no preço do produto final?
ETANOLETANOL
O incremento da complexidade bioquímica implica em
um alongamento da cadeia produtiva.
Mas essa complexidade nem sempre terá um custo
adicional na produção.
Devido ao uso de enzimas específicas, a produção de
etanol a partir de celulose, promove um aumento no custo final
do produto.
ETANOLETANOL
Figura. Participação da matéria-prima e do processamento no custo total de produção
de etanol
PRODUÇÃO DO ETANOLPRODUÇÃO DO ETANOL
A produção do etanol pode ser obtida a partir de várias
matérias-primas.
Basicamente o processo de obtenção do etanol é o
mesmo independente da matéria-prima utilizada.
No Brasil a matéria-prima utilizada em larga escala para
a produção do álcool etílico, é a cana-de-açúcar.
PRODUÇÃO DO ETANOLPRODUÇÃO DO ETANOL
O corte da cana-de-açúcar, é baseado na maturação do
colmo (caule).
O corte poderá ser feito de forma manual ou
mecanizada.
A lei no 11.241/2002, trata da queimada controlada em
canaviais, e que a mesma deve ser totalmente eliminada até
2031.
Qual a finalidade de promover a queimada do Qual a finalidade de promover a queimada do 
canavial?canavial?
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PRODUÇÃO DO ETANOLPRODUÇÃO DO ETANOL
Com o intuito de eliminar as folhas do caule, pois são
laminares, e facilitando assim a colheita.
A colheita mecanizada resolveria A colheita mecanizada resolveria 
o problema das queimadas?o problema das queimadas?
PRODUÇÃO DO ETANOLPRODUÇÃO DO ETANOL PRODUÇÃO DO ETANOLPRODUÇÃO DO ETANOL
Matéria-prima Lavagem Moagem
Bagaço
Filtração
Fermentação Mosto
Destilação
Álcool (Anidro, Hidratado)
→ → →
→
→
→
→
→
PRODUÇÃO DO ETANOL CONSORCIADAPRODUÇÃO DO ETANOL CONSORCIADA
1000 Kg→
70 L álcool
910 L vinhoto
→ 90 Kg
12 L álcool
156 L vinhoto
→
→
→
BIODIESELBIODIESEL
O Biodiesel são ésteres de ácidos graxos derivados de
triglicerídeos por transesterificação com metanol ou etanol.
Transesterificação são reações que se obtém um éster a
partir de outro éster.
É metodologia rápida, viável e barata e de grande
aplicabilidade na produção de biodiesel.
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BIODIESELBIODIESEL BIODIESELBIODIESEL
Qual a principal matériaQual a principal matéria--prima para a prima para a 
produção de biodiesel?produção de biodiesel?
BIODIESELBIODIESEL
BIODIESELBIODIESEL BIODIESELBIODIESEL
O Biodiesel fornece entre 85 e 95% da energia do diesel
convencional.
Porém quando adicionado ao diesel (B1 ou B20),
aumenta a qualidade do combustível diminuindo a emissão de
partículas poluentes.
Outro aspecto importante a produção de biodiesel,
refere-se a glicerina produzida por transesterificação.
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ETANOL LIGNOCELULÓSICOETANOL LIGNOCELULÓSICO
Lignocelulose são macromoléculas orgânicas (pectinas,
ligninas, hemicelulose e celuloses).
Resíduos agrícolas como bagaço e palha de cana-de-
açúcar, cascas, gramíneas e resíduos florestais, são ricos
nessas macromoléculas.
Processo oneroso, devido a grande quantidade de
enzimas utilizadas no processo de obtenção.
ETANOL ALGÁCEOETANOL ALGÁCEO
Obtido pela transesterificação de lipídios de microalgas.
As microalgas, através de sua atividade fotossintética,
acumulam grande quantidade de biomassa.
Em comparação às plantas oleaginosas, as microalgas
apresentam maior eficiência em produtividade lipídica (até 80%
do peso seco em óleo), reproduzem-se rapidamente e
requerem menor área de cultivo.