Antonio Alberto Stuchi, Especialista em tecnologias PRAGAS:

Índice editorial de abertura consolidação da tecnologia de produção de etanol 2G – desafios e oportunidades

Como resultado da fotossíntese, as plantas produzem basicamente açúcares, que são usados principalmente como fonte de energia para seus processos, mas uma parte desses açúcares é polimerizada e usada na estrutura das plantas.

Na indústria sucroalcooleira (1G), utilizamos basicamente os açúcares que a planta armazena para períodos de necessidade. O processo de etanol de segunda geração (E2G) se propõe quebrar os polímeros da estrutura da planta e utilizar os monômeros (glicose e xilose) para produzir etanol.

A biomassa lignocelulósica consiste em três componentes principais: celulose (polímero de glicose C6), hemicelulose (polímero misto de C6 e xilose C5) e lignina (polímero de álcoois, Guaiacol, Syringol e Catechol). O etanol 2G é produzido a partir dos açúcares da celulose e hemicelulose, e a lignina é obtida inalterada em estado sólido.

Como podemos notar no quadro em destaque, algumas tentativas foram feitas nos últimos anos, não só com pesquisas de laboratório, mas também com a construção de plantas em escala industrial.

EVOLUÇÃO:

A decisão de implantação foi tomada pela Raízen em 2012, e, em 2013, os primeiros testes da tecnologia e da planta foram iniciados. A planta, em 2022, já opera na capacidade nominal de processamento de biomassa, e o rendimento de etanol por tonelada de biomassa já é da ordem de 90% do projetado. A próxima fase é de ajuste fino dos processos e verificação dos gaps de eficiência de cada etapa.

A evolução da produção passou por várias etapas. • Pré-tratamento: uma série de problemas ocorreu no início da operação, principalmente quanto ao ajuste dos parâmetros processo e corrosão do equipamento. • Separação de lignina: A separação da lignina previa, originalmente, o uso de filtros de placas, mas foi preciso alterar o projeto.

O setor sucroalcooleiro é naturalmente um excepcional candidato para implantação do E2G: primeiro, pela abundante produção compulsória de biomassa, e, segundo, pela sinergia entre as plantas de 1G e 2G, principalmente quanto à utilização econômica de resíduos (vinhaça) e energia. "

Antonio Alberto Stuchi

Consultor especialista em tecnologias do setor sucroenergético

• Fermentação: A fermentação teve bons resultados desde o início da operação; a decisão foi por um processo sem recirculação de fermento, parecido com a fermentação da indústria de milho. • Vinhaça: A planta de E2G foi projetada para operação de, no mínimo, 300 dias por ano, e a produção de vinhaça no período de entressafra representou grande desafio a ser superado. O caminho para a solução passou pela concentração de vinhaça. • Manutenção: Um processo com exigências diferentes do 1G e operação contínua durante todo o ano demandaram elaboração de projeto de manutenção especial.

DESAFIOS:

Numa tecnologia em desenvolvimento, inúmeros desafios se apresentam, e como gerenciar as ações para priorizá-los é fundamental para o atingimento rápido dos objetivos do projeto. • Equipamentos auxiliares: Uma parte do equipamento projetado tem desenho e especificações concebidas para projeto, como pré-tratamento da biomassa, reatores enzimáticos, fermentadores e multiplicadores de fermento. Uma gama de outros equipamentos de uso comum na indústria, como filtros, centrífugas, evaporadores e bombas precisam de um criterioso processo de seleção. • Formação de pessoas: Um grande desafio para projetos com tecnologia nova é formar as pessoas que vão cuidar da operação, manutenção, controle e projetos. Esse trabalho inicia-se durante os testes na planta piloto, com acompanhamento da engenharia e construção da planta. • Integração 1G/2G: Este é, sem dúvidas, um dos maiores desafios para a implantação do 2G: o fato de que a integração entre as duas plantas é essencial para o sucesso do projeto.

• Separação e uso de Lignina e C5/

C6: Os problemas observados no pré-tratamento, corrosão e erosão também afetaram os processos de separação.

OPORTUNIDADES: • Matéria-prima: A adaptação do processo do 2G para diferentes matérias-primas pode ser uma grande oportunidade para a consolidação do negócio. Considerando somente as possibilidades do setor sucroenergético, temos basicamente três matérias-primas a verificar: bagaço, palha e cana-energia. • Lignina: O principal subproduto da produção de E2G é a lignina, um polímero constituído basicamente de três álcoois aromáticos. No projeto de etanol 2G da Raízen, a lignina é obtida no estado sólido, facilitando seu uso direto como combustível, que garante o suprimento de energia para a planta. ;

PLANTAS COMERCIAIS DE ETANOL CELULÓSICO CONSTRUÍDAS NO MUNDO

STATUS DE PRODUÇÃO: OUTUBRO DE 2021

PAÍS PRODUTOR LOCALIZAÇÃO CAPACIDADE

(MM litros) STATUS

CLARIANT PODARI, ROMÊNIA ENERKEM EDMONTON, CANADÁ 60,52 Em Construção 37,85 Prontidão Operacional

GRANBIO

SÃO MIGUEL DOS CAMPOS, AL 50,00 Prontidão Operacional POET-DSM EMMETSBUG, IOWA QUAD COUNTY GALVA, IOWA 75,70 Hibernada 15,14 Prontidão Operacional

RAÍZEN PIRACICABA, SP 40,00 Prontidão Operacional

VERSALIS CRESCENTINO, ITÁLIA 56,78 Prontidão Operacional

DUPONT NEVADA, IOWA 113,55 Descomissionada

ABENGOA HUGOTON, KANSAS 94,50 Descomissionada

Alternativas para a lignina são o uso direto como aditivo de polímeros; após processo de despolimerização, usar os monômeros aromáticos para substituição de produtos de origem fóssil e produtos carbonáceos (fibra de carbono).

• Acondicionamento de biomassa:

O principal insumo para a produção do E2G é a biomassa e que vai ser o fator decisivo na escolha dos locais de implantação das fábricas. O setor sucroalcooleiro é naturalmente um excepcional candidato para implantação do E2G: primeiro, pela abundante produção compulsória de biomassa, e, segundo, pela sinergia entre as plantas de 1G e 2G, principalmente quanto à utilização econômica de resíduos (vinhaça) e energia.

Os desafios para a utilização de palha e bagaço para a fabricação de E2G começam na logística de recolhimento e armazenagem da palha de cana. Recolhimento de palha no campo (enfardamento) e colheita de cana integral (cana mais palha na colheita). Os dois processos têm seus prós e contras e estão em fase de desenvolvimento. • Enzimas: Esse é o principal e mais custoso insumo no E2G e o principal ponto de especulação sobre a viabilidade econômica do processo. A boa notícia é que os resultados obtidos estão dentro dos parâmetros de projeto, mas a necessidade de redução do custo é preponderante, e as alternativas para isso pode ser a nacionalização da produção, fábricas dedicadas e próximas ao usuário e aumento da concorrência. • Aumento de eficiência: Subprodutos do pré-tratamento, como ácido acético e furfurol, hoje considerados inibidores para fermentação e hidrolise enzimática, podem ser aproveitados com a evolução da tecnologia. A otimização do consumo de energia é de grande importância para o projeto, e alguns pontos já podem ser enumerados, como reaproveitamento de calor no processo e otimização da evaporação de C5 e C6 com utilização de vapores de mais baixa temperatura.

A fermentação foi outra grande boa notícia no processo de E2G; os rendimentos iniciais já foram bem animadores, mas ainda resta melhorar o teor alcoólico do vinho, que implica diretamente o consumo de energia e produção de vinhaça. • Materiais e engenharia: As características agressivas do pré-tratamento (pH, temperatura, contaminantes inorgânicos) demandam soluções especiais de materiais para os equipamentos. Teremos um desenvolvimento muito grande do projeto, com a seleção de materiais diferentes e soluções de engenharia para cada necessidade.

Um item que se mostrou muito importante é a necessidade de tratamento inicial da biomassa para remoção de impurezas minerais e padronização granulométrica, que deverão ser um fator importante para redução de custo para implantação inicial e manutenção do projeto.

Por fim, a nacionalização da produção dos equipamentos pode incentivar o surgimento de fornecedores que contribuirão com boas soluções. • Conclusão: A disponibilidade de biomassa excedente associada à produção de cana-de-açúcar pode ser muito atrativa para a implantação de uma planta de E2G anexa ao 1G.

O etanol produzido pode ser classificado como combustível renovável “avançado”, e as demandas de mercado estão crescendo, principalmente na Europa, nos Estados Unidos e na Ásia, especialmente, incentivados por dispositivos legais.

O projeto implantado na Raízen já se encontra em produção comercial, obviamente com algumas adaptações a serem concluídas e com uma série de oportunidades de melhorias. Os resultados obtidos já garantem segurança para colocar a expansão do projeto de E2G; essa decisão já tomada pela Raízen vai desencadear o desenvolvimento de fornecedores para equipamentos e insumos, que, no futuro, vão apresentar novas soluções para produtos e processos, aumentando, assim, a eficiência do projeto.

Por fim, o uso da biomassa excedente pode ajudar na diluição do custo de produção de cana-de-açúcar, nesse caso propiciando um aumento expressivo do rendimento de produtos por hectare. n