Etanol celulósico proveniente de resíduos agrícolas – pense à frente, pense em sunliquid

Escassez de recursos fósseis, segurança energética, mudanças climáticas, proteção ambiental – estas são as questões que nos preocupam hoje no setor de energia. É necessário encontrar fontes alternativas de energia para que possamos reduzir nossa dependência do petróleo. Em nenhum outro lugar isso é mais evidente do que no setor de transportes. Na União Europeia, nos EUA e em outras grandes regiões econômicas, os políticos estabeleceram estruturas básicas para promover o uso de biocombustíveis que não agridam o clima.

Já há algum tempo, muitas empresas demonstram interesse crescente na produção de etanol a partir de recursos lignocelulósicos renováveis, como os resíduos agrícolas. Esses recursos não competem com as culturas alimentares e rações para animais, mas são gerados em quantidade suficiente, no mundo inteiro, como derivados das práticas agrícolas atuais, como no caso da palha proveniente da produção de cereais.

O processo sunliquid®, desenvolvido pela Clariant, preenche todos os requisitos de um processo técnica e economicamente eficiente e inovador para converter resíduos agrícolas em biocombustíveis que não agridem o clima. Graças ao uso da produção de enzimas integrada ao processo, enzimas otimizadas, conversão simultânea de celulose e hemicelulose em etanol e a um modelo de processos eficiente em termos de energia, tem sido possível superar os desafios tecnológicos e  reduzir bastante os custos de produção, a fim de chegar a uma base comercialmente viável.

Desde 2009, a Clariant já opera com sucesso a primeira unidade piloto em suas instalações de pesquisa, em Munique. A unidade piloto é capaz de produzir até duas toneladas de etanol por ano. Em julho de 2012, a maior usina da Alemanha até à data começou a funcionar em Straubing, um projeto de demonstração com capacidade anual de até 1.000 toneladas de etanol.

Dr. Markus Rarbach
Dr. Markus Rarbach
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Saiba mais sobre o sunliquid

  • Sunliquid®

    The sunliquid® process for the sustainable and economic production of cellulosic ethanol is now fully developed, being designed for industrial plants with a production capacity of 50,000 to 150,000 ton of cellulosic ethanol per year. Clariant provides the know-how and technology for all unit operations on a turnkey basis, coupled with the expertise required for successful implementation. Pre-treatment Chemical-free pre-treatment lowers production and investment costs. At the same time, environmental, health and safety risks are minimized. Enzyme production A small percentage of the pre-treated feedstock is used for enzyme production, which is an integrated part of the process and takes place on-site at the ethanol plant. This makes a major contribution to the economic efficiency of the overall process, resulting in a significant reduction in production costs and ensuring independence from supply shortages and price volatility. Hydrolysis A bespoke enzyme mixture hydrolyses cellulose and hemicellulose chains to form sugar monomers. This step is also termed saccharification. The enzymes are highly optimized based on feedstock and process parameters, resulting in maximum yields and short reaction times under optimal conditions. Fermentation Using optimized microorganisms, the sunliquid® process provides for efficient fermentation, giving rise to maximum ethanol yields. This highly-optimized, one-pot system simultaneously converts both C5 and C6 sugars to ethanol, delivering up to 50% more ethanol than conventional processes which convert only C6 sugars. Separation The innovative and highly energy saving purification method reduces energy demand by up to 50% compared with conventional distillation. It is based on thorough process planning and energy integration, resulting in an entirely energy self-sufficient process. For more details see our Innovation Spotlight video. mais

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  • Etanol celulósico proveniente de resíduos agrícolas – pense à frente, pense em sunliquid

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    Oferecemos soluções abrangentes em etanol celulósico com produção de enzimas de forma integrada e, portanto, autônoma. Nosso objetivo foi desenvolver um processo que oferecesse alto rendimento, com custo mínimo. Para tanto, aliamos nossos processos patenteados a modernas tecnologias com o objetivo de nos diferenciarmos de outras empresas.

    Vários tipos de matérias-primas são convertidas em etanol celulósico depois de submetidas a pré-tratamento, hidrólise enzimática e fermentação. Graças à nossa produção integrada de enzimas, é possível minimizar o custo dos processos.

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    Vantagens do processo sunliquid®
    • Processo integrado com tecnologia moderna, que não agride o clima
    • Redução do custo das enzimas, graças à produção integrada de enzimas, no local
    • Fermentação simultânea de açúcares C5 e C6 para conversão em etanol, em um único recipiente
    • Processo eficiente em termos de energia e água
    • Geração de energia de processo a partir de derivados
    • Flexível para diferentes matérias-primas lignocelulósicas
    O processo sunliquid®

    Pré-tratamento

    O pré-tratamento sem produtos químicos reduz os custos de produção e os investimentos. Ao mesmo tempo, é possível minimizar os riscos para a saúde, a segurança e o meio ambiente.

    Produção de enzimas

    Uma pequena porcentagem da matéria-prima pré-tratada é utilizada para a produção de enzimas, que é uma parte integrante do processo e ocorre localmente na usina de etanol. Esta constitui uma importante contribuição para a eficiência econômica do processo global, que, por conseguinte, reduz consideravelmente os custos de produção e garante a independência da escassez de oferta e da volatilidade dos preços.

    Hidrólise enzimática

    Uma mistura de enzima especial hidrolisa as cadeias de celulose e hemicelulose para formar monômeros de açúcar. Esta etapa é também conhecida como sacarificação. As enzimas são extremamente otimizadas com base nos parâmetros da matéria-prima e dos processos, o que maximiza o rendimento e reduz o tempo de reação em condições ideais.

    Fermentação

    Com a utilização de micro-organismos otimizados, o processo sunliquid® garante eficiência na fermentação e maximiza o rendimento do etanol. Esse sistema extremamente otimizado, em um único recipiente, converte simultaneamente os açúcares C5 e C6 em etanol, produzindo até 50% mais etanol do que os processos convencionais que convertem apenas açúcares C6.

    Purificação do produto

    Inovador e altamente econômico em termos de energia, o método de purificação reduz em até 50% o consumo de energia em comparação com a destilação convencional. Ele baseia-se no planejamento minucioso do processo e na integração energética, o que resulta em um processo com plena autossuficiência de energia.

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  • Etanol celulósico proveniente de resíduos agrícolas – pense à frente, pense em sunliquid

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    A matéria-prima do futuro – resíduos agrícolas lignocelulósicos

    A lignocelulose é a matéria-prima utilizada em nossos processo sunliquid®. A lignocelulose fornece suporte estrutural para as paredes celulares da biomassa obtida por silvicultura e agricultura. Sua estrutura estável é constituída por celulose, hemicelulose e lignina, sendo que a composição exata varia de acordo com o tipo de planta. Em pouco tempo, conseguimos ajustar o nosso processo sunliquid® aos mais variados tipos de matéria-prima, como palha de cereais, forragem de milho, bagaço ou culturas energéticas, como o miscanto e as gramíneas (Panicum virgatum). Já tivemos a oportunidade de processar palha de trigo, palha de milho e bagaço em nossas instalações de demonstração em Straubing, com bons resultados. Várias outras matérias-primas lignocelulósicas foram testados em escala piloto e de laboratório.

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    Disponibilidade de matéria-prima lignocelulósica

    Os EUA, a Ásia e a União Europeia são os principais produtores de derivados agrícolas, como a palha das culturas de arroz, milho e cereais. A palha excedente é uma matéria-prima ideal para a manufatura de etanol celulósico, sem apresentar nenhuma concorrência para a produção de alimentos ou rações para animais. Além disso, não é necessário o uso de terra adicional para produzir o bioetanol baseado nesses tipos de matéria-prima, já que eles são criados automaticamente como derivados durante a produção existente de arroz, milho e cereais.

    Como resultado, cerca de 240 milhões de toneladas de palha de cereais são produzidos a cada ano como derivados agrícolas, somente na União Europeia. Atualmente, apenas uma pequena parte desse montante é utilizada. Estudos de longo prazo têm mostrado que até 60% poderiam ser retirados do campo e, portanto, disponibilizados para formas adicionais de utilização. Com o processamento dessa quantidade de palha, seria possível substituir cerca de 25% da demanda de gasolina prevista para a UE por etanol celulósico em 2020, exclusivamente a partir do material excedente. Isto significa que o etanol celulósico pode desempenhar um papel fundamental na busca da Europa por uma forma de transporte rodoviário sustentável que não agrida o clima.

    Nos EUA, a palha de milho é o principal resíduo disponível para conversão em etanol celulósico, sendo a palha de cereais a segunda matéria-prima mais importante. O estudo Billion Ton, publicado pelo Departamento de Energia, estima que o volume de palha de milho e palha de cereais, disponível de forma sustentável, varie entre 190 e 290 milhões de toneladas. No Brasil, onde a cana-de-açúcar já é utilizada há muitos anos para produzir bioetanol, cerca de 545 milhões de toneladas de cana-de-açúcar estão previstos para a safra de 2011-2012, o que, por sua vez, dará origem a aproximadamente 73 milhões de toneladas de bagaço. Mesmo após a dedução do volume utilizado para gerar energia nas usinas existentes, seria possível produzir aproximadamente 11 milhões de toneladas adicionais de etanol celulósico. Isso equivale a cerca de 50% da produção atual de etanol no Brasil.

    Ao combinar tecnologias de conversão avançadas e recursos renováveis, realocar as pastagens para terras aráveis e ativar terras agrícolas sem uso, talvez fosse possível substituir os combustíveis fósseis por etanol celulósico, em médio a longo prazo.

    matéria-prima do sunliquid®

    • Palha de cereais (trigo, cevada ...)
    • Forragem de milho
    • Bagaço (da cana-de-açúcar)
    • Miscanto
    • Palha de arroz


  • Etanol celulósico proveniente de resíduos agrícolas – pense à frente, pense em sunliquid

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    Assumimos responsabilidades

    Um dos motivos por trás do uso de  biocombustíveis baseados em recursos renováveis é a redução das emissões de gás de efeito estufa.

    O etanol celulósico é um combustível que não agride o clima. Ele é feito de resíduos lignocelulósicos renováveis, que também contêm lignina, um material que, embora não possa ser convertido em etanol, pode fornecer energia para o processo de manufatura. Em comparação com o etanol feito de milho ou trigo, o etanol celulósico produzido por nosso processo biotecnológico sunliquid® possui um perfil de emissões extremamente aprimorado, ajudando, assim, a reduzir as emissões de gás de efeito estufa. O bioetanol sunliquid® reduz até 95% das emissões de gás de efeito estufa, em comparação com os combustíveis convencionais.

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    Além disso, nosso processo sunliquid® evita a concorrência com o cultivo de alimentos e rações para animais. São utilizados apenas os resíduos criados durante a produção de produtos alimentícios e de rações para animais. No caso do sunliquid®, a discussão alimento versus combustível é, portanto, supérflua.

    Além disso, a produção de etanol celulósico oferece diversificação para os rendimentos dos agricultores e gera novos empregos ecológicos, predominantemente nas áreas rurais.


  • Etanol celulósico proveniente de resíduos agrícolas – pense à frente, pense em sunliquid

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    Rumo à comercialização

    O processo sunliquid® já funciona com sucesso na unidade piloto, em nosso centro de pesquisa em Munique, desde o início de 2009. Em julho de 2010, demos mais um passo e decidimos construir a maior usina de etanol celulósico da Alemanha até hoje, em Straubing, perto de Munique. A usina entrou em operação em julho de 2012. Com ela, confirma-se a viabilidade tecnológica do processo sunliquid® em larga escala.

    Com um volume total de aproximadamente 28 milhões, o projeto inteiro envolve despesas de capital de cerca de 16 milhões e investimentos nos projetos de pesquisa associados que chegam a pouco menos de 12 milhões. O governo estadual da Baviera e o Ministério Federal Alemão de Educação e Pesquisa (Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF) estão apoiando estas e outras pesquisas ligadas ao projeto com cerca de 5 milhões.

    Nossa decisão de investir em instalações de demonstração representa um passo importante rumo à comercialização do processo sunliquid– e, em última instância, ao lançamento no mercado de um processo sustentável para a produção de combustíveis que não agridem o clima.


    Cobrindo uma área de aproximadamente 60 x 30 m, as instalações produzem até 1.000 toneladas de bioetanol por ano. Inicialmente, a palha de cereais  era a principal matéria-prima, com cerca de 4.500 toneladas processadas a cada ano. No verão de 2013, demos início à conversão de palha de milho e bagaço de cana-de-açúcar, o que confirma o potencial global da tecnologia.

    As instalações de demonstração são necessárias para verificar a performance e a eficiência de novos processos em escala de produção. A usina de Straubing tem o objetivo principal de validar o processo sunliquid®, mas é também suficientemente flexível para conduzir outros processos baseados em recursos renováveis para lançamento no mercado, no longo prazo. Ela também é útil na criação de instalações de treinamento para funcionários dos investidores e dos futuros operadores das fábricas de produção.

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    Nossos Clientes

    O processo do sunliquid® se destina a todos os clientes interessados em obter o licenciamento de um processo descomplicado, totalmente “chave na mão” (turnkey), para a produção econômica de etanol celulósico. Isto não se limita apenas a um conceito personalizado para uma planta produtiva. Fornecemos também todos os componentes necessários para a operação eficaz e rentável da planta produtiva, o que inclui, por exemplo, culturas iniciais para a produção de enzimas e etanol, bem como tecnologias especiais para a separação energeticamente eficiente do etanol.

    Planejamos os projetos em conjunto com os nossos clientes e realizamos avaliações de negócios. Em conjunto com os clientes, elaboramos conceitos para garantir o abastecimento de matérias-primas, juntamente com estratégias de vendas para os produtos. Recomendamos parceiros conhecidos e experientes, com os quais já trabalhamos há muitos anos, para o projeto e a construção de fábricas. Oferecemos aos nossos clientes um local para treinamento em nossas instalações de demonstração antes do comissionamento das suas próprias plantas produtivas. Mantemos uma equipe de especialistas experientes em processos como consultores para os nossos clientes. Além disso, promovemos o desenvolvimento conjunto de soluções personalizadas com base em nossa plataforma sunliquid®, modificando o processo de acordo com as necessidades individuais.

    O processo sunliquid® ocupa posição de destaque por sua

    • flexibilidade na utilização de várias matérias-primas baseadas em enzimas específicas para elas e de
    • alto rendimento
    • autossuficiência na produção de energia – sem necessidade de energia fóssil
    • baixo investimento e baixo custo de produção – capacidade de competir com o bioetanol de primeira geração

    O pacote de licença do sunliquid® inclui:

    • tecnologia sunliquid®
    • culturas iniciais para produção integrada de enzimas
    • culturas iniciais para produção de etanol



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