BRPI1104975A2

BRPI1104975A2 - mÉtodo de produÇço de bioetanol

Info

Publication number: BRPI1104975A2
Application number: BRPI1104975-8A
Authority: BR
Inventors: Yasuo Fukutani
Original assignee: Business Solutions Man Inc
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-03-26
Also published as: JP2012100594A; JP4713688B1; WO2012063958A1

Abstract

MÉTODO DE PRODUÇçO DE BIOETANOL. A presente invenção refere-se a um método de transformação de biomassa de plantas em etanol, de forma simples e eficaz. É um método de produção de bioetanol que inclui: processo de tratamento alcalino que mantém as plantas que contêm celulose imersas na solução aquosa de potassa ou soda cáustica de pH igual ou superior a 12; imersão das plantas processadas no processo de tratamento alcalino citado anteriormente, na solução aquosa de ácido cítrico de pH entre 1 a 5 e o aquecimento das plantas juntamente com a referida solução aquosa a 90 a 140<198>C; ajuste de pH para deixar a solução aquosa citada anteriormente contendo as plantas imersas, com pH acima de 5 e menor o igual a 7,5 através da adição de potassa ou soda cáustica; fermentação desta solução aquosa ajustada, e a extração do etanol a partir desta solução aquosa fermentada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE PRODUÇÃO DE BIOETANOL". Campo técnico

A presente invenção refere-se ao método de produção para ob- tenção do bioetanol.

Descrição do Estado da Técnica

Dentre os métodos de produção de bioetanol, é conhecido, por exemplo, o método que consiste em submeter a mistura aquosa de biomas- sa à pressão de 4 a 40MPa e promover a troca de calor entre esta mistura sob pressão e o vapor fornecido pela caldeira do gerador termoelétrico, a- quecendo-a até a temperatura igual ou inferior à de saturação sob esta pres- são e que esteja dentro da faixa de 250 a 400°C, realizando assim a hidróli- se de hemicelulose e celulose contidas na biomassa citada anteriormente, gerando o açúcar que é submetido ao processo de fermentação (exemplo: vide Literatura de Patente 1- Publicação de Pedido de Patente N°2008- 182925). É também conhecido o método de obtenção de etanol fermentando o açúcar obtido pela sacarificação enzimática de celulose, (exemplo: vide Literatura de Patente 2- Publicação de Pedido de Patente N°2008-161125.).

Nestes processos, o uso de grandes equipamentos de alta pres- são e enzimas para sacarificação de celulose de alto custo têm sido garga- los para a industrialização. Objetivo da Invenção

O objetivo desta invenção é oferecer o método simples e eficaz para transformar a biomassa de plantas em etanol. Descrição Detalhada da Invenção

O ponto principal desta invenção é o método de produção de bi- oetanol que inclui:

• processo de tratamento alcalino que consiste em manter imer- sas as plantas que contêm celulose, na solução aquosa de potassa ou soda

cáustica de pH igual ou superior a 12;

• processo de aquecimento que consiste em manter imersas as plantas submetidas ao processo de tratamento alcalino citado anteriormente, na solução aquosa de ácido cítrico de pH entre 1 a 5 e aquecê-las a 90 a 140°C juntamente com a referida solução aquosa;

• processo de ajuste de pH feito com a adição de potassa ou so- da cáustica, para deixar a solução aquosa citada anteriormente contendo

plantas imersas, com pH acima de 5 e menor ou igual a 7,5;

• processo de fermentação desta solução aquosa ajustada e;

• processo de extração do etanol a partir desta solução aquosa

fermentada.

No processo de produção de bioetanol descrito anteriormente, o processo de fermentação citado é o processo que realiza a fermentação da solução aquosa ajustada no processo de ajuste de pH descrito acima, a- crescida de nabo branco japonês. RESULTADOS:

Esta invenção oferece o método de produção que, através de método simples e eficiente, permite obter o bioetanol a partir de biomassa de plantas.

O método de produção de bioetanol desta invenção é constituído

de:

- processo de tratamento alcalino que consiste em manter imer- sas as plantas que contêm celulose, na solução aquosa de potassa ou soda

cáustica de pH igual ou superior a 12;

- processo de aquecimento que consiste em manter imersas as plantas submetidas ao processo de tratamento alcalino citado anteriormente, na solução aquosa de ácido cítrico de pH entre 1 a 5 e aquecê-las a 90 a

140°C juntamente com a referida solução aquosa;

- processo de ajuste de pH feito com a adição de potassa ou so- da cáustica, para deixar a solução aquosa citada anteriormente contendo plantas imersas, com pH acima de 5 e menor ou igual a 7,5;

- processo de fermentação desta solução aquosa ajustada; e

- processo de extração do etanol a partir desta solução aquosa

fermentada.

As plantas utilizadas nesta invenção devem conter celulose, e poderão conter também a lignocelulose. Dentre as plantas utilizadas nesta invenção podem ser citadas, por exemplo, as árvores, como: pinho, cedro, cipreste, outras vegetações que habitam os campos e montanhas, e algas e plantas aquáticas que habitam os ambientes do sistema aquático, tais como lagos e represas.

No processo de tratamento alcalino acima citado, é desejável que sejam utilizadas 5 a 15 partes em peso (peso seco) de plantas para 100 partes em peso de solução aquosa de potassa ou soda cáustica. É reco- mendável que a temperatura do líquido para tratamento alcalino esteja entre temperatura ambiente e 100°C. É desejável que o tempo de tratamento seja de 20 a 40 horas quando a temperatura do líquido de tratamento for igual à temperatura ambiente. O tempo apropriado de tratamento diminui à medida que aumenta a temperatura do líquido de tratamento, sendo recomendado 1 a 2 minutos quando esta temperatura for de 100°C. Se este tempo for dema- siadamente longo, escurecerá o líquido, prejudicando a sacarificação da ce- lulose no processo de aquecimento citado acima.

Com o tratamento das plantas, ocorre na solução aquosa de po- tassa ou soda cáustica a eluição de impurezas que contêm polissacarídeos de não celulósicos, como a lignina, e estas impurezas são eliminadas das plantas através do tratamento alcalino, permitindo a fermentação eficaz no processo posterior. No processo de aquecimento acima citado, é desejável que, após lavar as plantas submetidas ao tratamento alcalino, sejam imersas na solução aquosa de ácido cítrico de pH 1 a 5 e aquecidas juntamente com esta solução a 90 a 140°C. É desejável que o tempo de aquecimento seja de 10 a 50 horas. Através do processo de aquecimento acima citado, ocorre a sacarificação de celulose das plantas. Neste processo de aquecimento, é desejável que sejam colocadas 5 a 15 partes em peso de plantas, converti- das em peso seco, para 100 partes em peso de solução aquosa de ácido cítrico.

No processo de ajuste de pH citado acima, é desejável que seja

adicionada a potassa ou soda cáustica após resfriar o líquido de tratamento posterior ao processo de aquecimento e que contém as plantas tratadas, até a temperatura ambiente ou próxima a este valor. É recomendável também agitar o referido líquido de tratamento com misturador antes ou após este processo de resfriamento.

O processo de fermentação é feito adicionando-se enzima, fer- mento ou micro-organismo no líquido de tratamento posterior ao processo de aquecimento e que contém as plantas submetidas ao processo de ajuste de pH. Este líquido deve ser mantido mais de 5 horas em temperatura de fer- mentação, sendo mais desejável que fique entre 10 a 100 horas. Esta tem- peratura de fermentação varia de acordo com a enzima ou o fermento, mas é desejável que esteja entre 20 a 37°C. Durante este processo de fermenta- ção, a enzima envolvida na fermentação age sobre o citrato, e esta ação contribui no avanço da fermentação.

Além disso, no processo de fermentação acima citado, é reco- mendável fazer a fermentação adicionando-se no líquido de tratamento pos- terior ao processo de aquecimento e que contém as plantas submetidas ao processo de ajuste de pH, enzima, fermento ou micro-organismo juntamente com nabo branco japonês. É desejável que sejam adicionadas 3 a 5 partes em peso deste nabo para 100 partes em peso das plantas adicionadas inici- almente. Com isso, a taxa de coleta do etanol melhora em torno de 20 a 30%.

No processo de fermentação acima, o açúcar existente no líqui- do de tratamento transforma-se em etanol.

No processo de extração acima citado, não há limitação especí- fica em relação ao método de extração do etanol do líquido, podendo ser utilizado, por exemplo, o processo normal de extração múltipla.

É possível obter através desta invenção, 15% ou mais em peso de etanol em relação às plantas secas.

No método de sacarificação das plantas desta invenção, quando utilizados árvores e vegetações, é recomendável sob o ponto de vista de eficácia na sacarificação, aplicar pressão nestas plantas através de prensa para desembaraçar o seu formato antes de imergi-las na solução aquosa de potassa ou soda cáustica. É possível através desta invenção, sacarificar eficazmente a ce- lulose contida nas plantas. Esta invenção resulta em economia, pois não utiliza equipamento de alta pressão e não requer a aquisição de enzima de custo elevado para sacarificação de celulose.

Exemplo 1

Foi utilizada como material de teste, a planta aquática (Egeria densa) (peso seco de 300g) que habita o lago Biwa (Biwa-ko) que, após dei- xar imersa durante 24 horas em 3 litros de solução aquosa de potassa cáus- tica de pH 13, foi lavada com água e colocada dentro de 4 litros de solução aquosa de ácido cítrico de pH 2. Esta solução aquosa contendo o material de teste foi aquecida a 1210C e mantida nesta temperatura durante 10 ho- ras. Em seguida, após o resfriamento desta solução contendo material de teste até a temperatura ambiente, foi neutralizada adicionando-se potassa cáustica e agitada no misturador. Feito isto, adicionou-se nesta solução, 2g de fermento (fermento seco Shirakami Kodama) e deixada fermentar durante 24 horas em temperatura ambiente. Esta solução fermentada foi submetida a duas destilações, obtendo-se assim 50ml de solução aquosa de etanol com concentração de 80% em peso. Exemplo 2

Foi utilizada como material de teste, a planta aquática (Egeria

densa) (peso seco de 300g) que habita o lago Biwa (Biwa-ko) que, após dei- xar imersa durante 24 horas em 3 litros de solução aquosa de potassa cáus- tica de pH 13, foi lavada com água e colocada dentro de 4 litros de solução aquosa de ácido cítrico de pH 2. Esta solução aquosa contendo o material de teste foi aquecida a 1210C e mantida nesta temperatura durante 10 ho- ras. Em seguida, após o resfriamento desta solução contendo material de teste até a temperatura ambiente, foi neutralizada adicionando-se potassa cáustica, adicionou-se 15g de nabo branco japonês e foi agitada no mistura- dor. Feito isto, adicionou-se nesta solução, 2g de fermento (fermento seco Shirakami Kodama) e deixada fermentar durante 24 horas em temperatura ambiente. Esta solução fermentada foi submetida a duas destilações, obten- do-se assim 67ml de solução aquosa de etanol com concentração de 80% em peso.

Exemplo Comparativo 1:

Foi utilizada como matérial de teste, a planta aquática (Egeria densa) (peso seco de 300g) que habita o lago Biwa (Biwa-ko) que foi colo- cada dentro de 4 litros de solução aquosa de ácido cítrico de pH 2. Esta so- lução aquosa contendo o material de teste foi aquecida a 1210C e mantida nesta temperatura durante 10 horas. Em seguida, após o resfriamento desta solução contendo material de teste até a temperatura ambiente, foi neutrali- zada adicionando-se potassa cáustica e agitada no misturador. Feito isto, adicionou-se nesta solução, 2g de fermento (fermento seco Shirakami Ko- dama) e deixada fermentar durante 24 horas em temperatura ambiente. Esta solução fermentada foi submetida a duas destilações, mas não se observou a formação de etanol.

O etanol obtido nesta invenção pode ser utilizado apropriada- mente como substituto de combustíveis derivados de petróleo.

Claims

1. Método de produção de bioetanol que inclui: a) processo de tratamento alcalino que consiste em manter i- mersas as plantas que contêm celulose, na solução aquosa de potassa ou soda cáustica de pH igual ou superior a 12; b) processo de aquecimento que consiste em manter imersas as plantas submetidas ao processo de tratamento alcalino citado anteriormente, na solução aquosa de ácido cítrico de pH entre 1 a 5 e aquecê-las a 90 a 140°C juntamente com a referida solução aquosa; c) processo de ajuste de pH feito com a adição de potassa ou soda cáustica, para deixar a solução aquosa citada anteriormente contendo plantas imersas, com pH acima de 5 e menor ou igual a 7,5; d) processo de fermentação desta solução aquosa ajustada e acrescida de nabo branco japonês; e e) processo de extração do etanol a partir desta solução aquosa.