AULA 13- PROCESSO FERMENTATIVO - PRODUCAO ETANOL

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PROCESSOS FERMENTATIVOS
PRODUÇÃO INDUSTRIAL DO 
ETANOL
BIOMASSA 
Alguns Conceitos
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Energia da BioMassa
� Biomassa: é constituída principalmente de substâncias de 
origem orgânica Fonte renovável de energia.
� A lenha e o carvão são muito utilizada para a produção de 
energia por biomassa. No Brasil, já representou 40% da 
produção energética. A grande desvantagem, na utilização 
da lenha, é o desmatamento das florestas. Outras 
propostas:
• Bagaço de cana de açucar;
• Pó de serra;
• Casca de arroz;
• Capim elefante;
• Papel já utilizado;
MATERIAIS UTILIZADOS COMO BIOMASSA
� Como funciona? 
�A partir do processo de fotossíntese,
a energia solar é armazenada sob a forma de 
energia química que depois irá ser convertida em 
outras formas de energia.
�Formas de conversão: 
�Queima (combustão)/Fermentação/Gaseificação 
da matéria orgânica.
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Maneiras de extrair energia da Biomassa via BTL
• BTL: Tecnologia que transforma Biomassa através de uma rota termo-
química em combustível sintético.
� Combustão de sólidos
� Transformação da energia química dos combustíveis em calor.
� Gaseificação
� Conversão de combustíveis sólidos em gasosos, por meio de reações 
termoquímicas envolvendo vapor/ar/O2.
• Produção de gás de síntese rico em H2 e CO.
� Pirólise
� Aquecimento do combustível na ausência de ar.
� Fermentação
� Processo biológico anaeróbico que converte o açucar de plantas em 
álcool (com recurso de leveduras)
� O produto final é essencialmente o etanol.
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Matriz Energética Brasileira vs Mundial
Vantagens na Utilização da Biomassa
� Baixo custo de aquisição;
� As cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as 
proveniente de combustíveis fósseis. Não emite dióxido de 
enxofre;
� Menor risco ambiental;
� Recurso renovável;
� Emissões não contribuem para o efeito estufa.
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Desvantagens na utilização da Biomassa
� Menor poder calorífico;
� Maior possibilidade de geração de material particulado 
para a atmosfera. Maior investimentos são necessários nos 
equipamentos para a remoção do material particulado.
� Dificuldade no estoque e armazenamento.
Biocombustível de maior sucesso: Etanol
• Ajustável ao setor de transporte � Desafios enfrentados:
• Desenvolvimento de propriedades físicas adequadas; 
• Logística de distribuição e de armazenamento; 
• Combustão, menor capacidade energética;
� Desenvolvimento por parte de EMBRAPA: 
�Responsável por um considerável ganho de 
produtividade(2.500 l/hec) e aperfeiçoamento de 
técnicas de extração do álcool da cana.
PRO-ÁLCOOL
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OBTENÇÃO DO ETANOL
� Caso em estudo: 
�Matéria Prima: cana de açucar
� PRODUÇÃO INDUSTRIAL:
� 2 processos envolvidos:
�Fermentação 
�Destilação
GLICOSE + LEVEDURA ���� ETANOL + CO2
ETANOL: é um excreta produzida da fermentação da 
glicose
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FERMENTAÇÃO: 
� é uma transformação de uma substância em outra pela ação de 
microorganismos.
� consiste basicamente da inoculação de um microorganismo num 
meio adequado para o seu crescimento e/ou formação do 
produto desejado. 
� Microorganismos: são seres unicelulares que possuem 
organelas funcionais no interior de suas células. 
� Exemplo: as bactérias simbiontes que vivem nos estômagos dos 
herbívoros ruminantes. São as responsáveis pela produção da 
enzima celulase capaz de digerir a celulose dos vegetais ; 
� Os microorganismos atuam também ao nível ecológico onde 
podem ser encontrados espalhados por todos os ecossistemas 
desempenhando funções vitais para todos os seres vivos.
� Metabolismo Microbiano: quanto aos seus aspectos energéticos, pode 
seguir duas vias: uma ligada à respiração e a outra à fermentação;
� Respiração: processo pelo qual os microorganimos degradam 
matéria, produzindo a energia necessária ao seu trabalho, 
através da oxidação de substâncias complexas.
C6H12O6 + 6O2 � 6CO2 + 6H2O + 688 Kcal
� Fermentação: é a transformação de uma substância em outra 
por ação de microorganismos vivos.
� SUBSTRATO: é a fonte de carbono. Por exemplo: glicose, sacarose, 
amido.
� EXCRETA: produto final que se acumula no interior da célula e 
depois excretado para o meio.
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Características desejáveis aos microorganismos 
para aplicações Industriais:
� Elevada eficiência na conversão do substrato em 
produto:
� Matérias primas incidem significativamente nos custos de 
produção (38% a 73% do custo total).
� Permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a 
ter elevada concentração do produto no caldo 
fermentado;
� Não sofrer inibição pelo acúmulo;
� Não produzir substâncias incompatíveis com o 
produto;
� Apresentar estabilidade quanto ao comportamento 
fisiológico;
� Não ser patogênico;
� Não exigir condições de processo muito complexas;
� Economicidade na produção
� Microorganismos devem apresentar uma faixa de valores ótimos 
para a produção do produto e não valores pontuais;
� Não exigir meios de cultura dispendiosos
� Economia do processo produtivo
� Conhecimento das necessidades nutricionais de um determinado 
microorganismo.
� Permitir rápida liberação do produto para o meio;
Características desejáveis aos microorganismos para aplicações Industriais (Cont):
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Características desejáveis do meio de cultivo
� Ser de fácil obtenção não exigindo tratamentos prévios;
� Ser o mais barato possível;
� Atender as necessidades nutricionais dos 
microorganismos;
� Ser vantajoso economicamente;
� Ser de fácil estocagem;
GLICOSE (6 C´s)
SACAROSE (12 C´s)
AMIDO nC´s
Forma natural das 
plantas armazenarem 
energia.
CELULOSE (polímero 
da glicose)
Tempo + enzimas + 
ácido
PROCESSO DE FERMENTAÇÃO
� 1ª ETAPA - Hidrólise da sacarose
C12H22O11 + H2O � C6H12O6 + C6H12O6
(garapa) (glicose)
� 2ª ETAPA – Fermentação Alcoólica
C6H12O6 � 2H3C-CH2-OH + 2CO2
GLICOSE + LEVEDURA ���� ETANOL + CO2
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� MATERIAL NECESSÁRIO:
� Caldo de cana
� Fermento biológico (composto por microorganismos 
vivos –levedura)
�Na fermentação alcoólica são empregadas linhagens 
selecionadas da levedura Saccaromyces cerevisae.
�Esse microorganismo é armazenado seco ou prensado. 
Havendo disponibilidade de açúcar no meio e 
condições de as leveduras realizam a fermentação do 
açúcar;
�Durante o processo, elas produzem álcool (etanol);
�Lavagem da cana;
�Extração do caldo: moagem;
�Fermentação do caldo; 
�Destilação
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� PREPARO DO SUBSTRATO
� Lavagem da cana;
� Extração do caldo: moagem;
� Arraste de impurezas: bagacilhos e terra.
• Separação através de peneiras fixas rotativas ou vibratórias;
• Decantação: separação das impurezas menores;
� Tratamento do caldo (MOSTO) para produção de álcool;
� Mosto: Meio reacional ou meio de cultivo
� Condições do mosto:
• Isento de sólidos
• pH: 4,5 – 5,5%
• Temperatura: 26 a 35C
• Contaminação de bactérias 
�Fermentação do caldo; 
�É realizada em dorna ou fermentador 
(REATOR);
�Tanques construídos geralmente em aço.
�Os tanques podem ser abertos ou fechados
�Pode ser realizada de forma contínua ou 
descontínua.
�Desidratação: álcool anidro ou hidratado.
�Realizada em torres de destilação
Teor de etanol EAC EHC
% volume 99,6% 95,1 a 96,0
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CÁLCULO DE BALANÇO DE MASSA:
C6H12O6 � 2H3C-CH2-OH + 2CO2
� 51% do açucar vira ETANOL
C6H12O6 2H3C-CH2-OH CO2
1 mol glicose 2 moles etanol 2 moles CO2
180g glicose 2 x 46 etanol 2 x 44 g etanol
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Filtro Prensa
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Diagrama de Blocos 
� Produção de energia elétrica atravésdos resíduos da cana de açucar.
� Na cana cerca de 1/3 da energia solar é fixada como açucar, enquanto 
o restante corresponderá fibra vegetal (celulose, hemicelulose e 
lignina) 
� PROCESSAMENTO DA CANA: 
� Energia térmica
� Energia elétrica
� QUEIMA dos resíduos como o bagaço e as palhas.
� 1ton de cana moída � 270 kg de bagaço de cana � queimado em 
caldeiras para geração do vapor. Esse vapor aciona turbo-
geradores produzindo energia elétrica que por sua vez é utilizado 
nas próprias indústrias.
� O CO2 emitido é anulado pela absorção do CO2 na cultura da 
cana, via fotossíntese.
Utilização dos Resíduos:
CO-GERAÇÃO
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� Vinhoto: 
� Cada 1L de etanol produz 12 litros de vinhoto.
� Usado para adubação de canaviais
� Produção de bio-gás através de bio-digestores (adição de 
microorganismos específicos).
1ton cana -> 70 L de etanol + 270 kg de bagaço + 780 litros de vinhoto.
12m3 de biogás (65% 
metano e 35%CO2)
16L de ETANOL
Aplicação do Gás: 
fornos industriais, 
caldeiras, acionamento 
de motores das usinas 
em transporte 
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