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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39121
Tipo: Dissertação
Título: Estudo do pré-tratamento hidrotérmico e do tratamento com água quente da palha e do bagaço de cana-de-açúcar visando a produção de etanol
Autor(es): Pereira, Lucas Vinicius Borges
Orientador: Fernandes, Pollyana Caetano Ribeiro
Coorientador: Dantas, Joelda
Membro da Banca: Peruchi, Rogério Santana
Membro da Banca: Conceição, Marta Maria da
Membro da Banca: Leal, Elvia
Resumo: Alternativas renováveis estão sendo cada vez mais discutidas com o objetivo de ampliar a diversidade de matérias-primas sustentáveis para o setor de biocombustíveis, promovendo a transição para uma matriz energética mais limpa e renovável. Nesse cenário, a produção de etanol de segunda geração surge como uma alternativa eficiente, pois os carboidratos presentes em resíduos lignocelulósicos, como a palha e o bagaço de cana-de-açúcar, podem ser solubilizados por meio de pré-tratamentos que liberam de monômeros de açúcar, fermentescíveis. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo avaliar dois processos distintos: o tratamento com água quente e o pré-tratamento hidrotérmico da palha e do bagaço de cana-de-açúcar. Nesse contexto, a partir da análise imediata, observou-se elevados teores de material volátil e carbono fixo, tanto para a palha quanto para o bagaço de cana-de-açúcar, o que confirma uma composição rica em compostos orgânicos residuais, como celulose, hemicelulose e lignina. No tratamento com água quente, foi realizado um planejamento experimental fatorial completo 23, com três pontos centrais e nove combinações únicas, analisadas no software Minitab 17. Os fatores independentes foram: tempo (20 e 80 min, com ponto central em 50 min), temperatura (60 e 100 °C, com ponto central em 80 °C) e proporção palha/bagaço de cana-de-açúcar (25 e 75 %, com ponto central em 50 %). O ensaio 6 (80 min, 60°C e 75 % de palha) apresentou a maior liberação de açúcares redutores (5,50 g/L). Já no pré- tratamento hidrotérmico, realizado em sistema fechado (autoclave) sob pressão de 1 bar, adoutou-se um planejamento experimental 22, considerando como variáveis indepedentes o tempo (20 e 80 min, com ponto central em 50 min) e a proporção palha/bagaço (50 e 90%, com ponto central em 70%) na solubilização dos componentes lignocelulósicos. O ensaio 4 (80 min, 90% de palha) apresentou a maior liberação de açúcares redutores (6,64 g/L), evidenciando a influência positiva da pressão no processo de solubilização dos componentes lignocelulósicos. A análise estatística do processo evidenciou que ambos os processos foram significativamente influenciados pelas variáveis operacionais avaliadas. O planejamento fatorial permitiu identificar modelos estatisticamente robustos para açúcares redutores e rendimento, com coeficientes de determinação (R2) adequados e validados pela análise de variância (ANOVA). No tratamento com água quente, a proporção palha/bagaço exerceu maior efeito sobre a resposta, enquanto a aplicação do método Steepest Ascent não resultou em ganhos adicionais, confirmando a proximidade da região ótima inicial. Já no pré-tratamento hidrotérmico, a maior severidade do processo intensificou a solubilização dos componentes lignocelulósicos, observada pela redução do rendimento mássico da fração sólida e pelo aumento da liberação de açúcares redutores. Esses resultados confirmam a viabilidade do pré-tratamento hidrotérmico como uma alternativa eficiente para reaproveitamento da palha e do bagaço de cana-de-açúcar na produção de etanol de segunda geração. Sob a perspectiva dos critérios Environmental, Social and Governance (ESG), este estudo demonstra elevada relevância ao incentivar práticas sustentáveis na indústria de biocombustíveis, contribuindo para a mitigação de impactos ambientais e para a promoção da economia circular, além de apresentar alinhamento com aos Objetivos de Desenvolvimento Susténtavel (ODS) 7, 9, 12 e 13 da Organização das Nações Unidas (ONU).
Abstract: Renewable alternatives are increasingly being discussed with the aim of expanding the diversity of sustainable raw materials for the biofuel sector, promoting the transition to a cleaner and more renewable energy matrix. In this scenario, second-generation ethanol production emerges as an efficient alternative, since the carbohydrates present in lignocellulosic residues, such as sugarcane straw and bagasse, can be solubilized through pretreatments that release fermentable sugar monomers. Therefore, this work aimed to evaluate two distinct processes: hot water treatment and hydrothermal pretreatment of sugarcane straw and bagasse. In this context, from the immediate analysis, high levels of volatile matter and fixed carbon were observed for both sugarcane straw and bagasse, confirming a composition rich in residual organic compounds such as cellulose, hemicellulose, and lignin. In the hot water treatment, a full 2³ factorial experimental design was carried out, with three central points and nine unique combinations, analyzed using Minitab 17 software. The independent factors were: time (20 and 80 min, with a central point at 50 min), temperature (60 and 100 °C, with a central point at 80 °C), and straw/sugarcane bagasse ratio (25 and 75%, with a central point at 50%). Trial 6 (80 min, 60°C, and 75% straw) showed the highest release of reducing sugars (5.50 g/L). In the hydrothermal pretreatment, carried out in a closed system (autoclave) under 1 bar pressure, a 2² experimental design was adopted, considering as independent variables the time (20 and 80 min, with a central point at 50 min) and the straw/bagasse ratio (50 and 90%, with a central point at 70%) in the solubilization of lignocellulosic components. Trial 4 (80 min, 90% straw) showed the highest release of reducing sugars (6.64 g/L), highlighting the positive influence of pressure on the solubilization process of lignocellulosic components. The statistical analysis of the process showed that both processes were significantly influenced by the operational variables evaluated. The factorial design allowed the identification of statistically robust models for reducing sugars and yield, with adequate coefficients of determination (R²) validated by analysis of variance (ANOVA). In the hot water treatment, the straw/bagasse ratio had the greatest effect on the response, while the application of the Steepest Ascent method did not result in additional gains, confirming the proximity to the initial optimum region. In the hydrothermal pretreatment, the greater severity of the process intensified the solubilization of lignocellulosic components, observed by the reduction in the mass yield of the solid fraction and the increase in the release of reducing sugars. These results confirm the viability of hydrothermal pretreatment as an efficient alternative for reusing sugarcane straw and bagasse in the production of second- generation ethanol. From the perspective of Environmental, Social and Governance (ESG) criteria, this study demonstrates high relevance in encouraging sustainable practices in the biofuel industry, contributing to the mitigation of environmental impacts and the promotion of the circular economy, in addition to aligning with the Sustainable Development Goals (SDGs) 7, 9, 12 and 13 of the United Nations (UN).
Palavras-chave: Produção de etanol - Cana-de-Açúcar
Reaproveitamento de resíduos
Sustentabilidade energética
Biomassa lignocelulósica
Etanol de segunda geração
Açúcares redutores
Waste reuse
Energy sustainability
Lignocellulosic biomass
Second-generation ethanol
Reducing sugars
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia de Energias Renováveis
Programa: Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/39121
Data do documento: 24-Fev-2026
Aparece nas coleções:Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis



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