O etanol de segunda geração (2G) é um biocombustível produzido a partir de materiais lignocelulósicos, diferindo do etanol de primeira geração (1G), que é obtido a partir de sacaríneos e amiláceos.

O grande diferencial do etanol 2G está no seu processo de produção, que envolve a conversão da celulose e hemicelulose presentes na biomassa em açúcares fermentáveis, tornando possível a geração de etanol a partir de materiais que normalmente não seriam utilizados para esse fim.

Entre as principais vantagens do etanol 2G, destacam-se:

Maior sustentabilidade: aproveitamento de resíduos agrícolas que, de outra forma, seriam descartados.

Melhor uso da biomassa: aumenta a eficiência da cadeia produtiva, permitindo que mais energia seja extraída da mesma quantidade de matéria-prima. 

Manutenção de área plantada: reduz a necessidade de expansão agrícola para a produção de biocombustíveis: e evita competição com culturas alimentares.

Com o avanço das tecnologias de conversão da biomassa e o desenvolvimento de processos mais eficientes, o etanol de segunda geração está se tornando uma alternativa viável e estratégica para a diversificação da matriz energética e a redução da dependência de combustíveis fósseis.

Etapas da produção do etanol 2G

A produção do etanol de segunda geração (2G) envolve um processo mais complexo do que o do etanol de primeira geração, pois a biomassa lignocelulósica precisa ser convertida em açúcares fermentáveis antes da fermentação alcoólica. Esse processo ocorre em quatro etapas principais: pré-tratamento da biomassa, hidrólise enzimática, fermentação e destilação/purificação.

1. Pré-tratamento da biomassa

A biomassa lignocelulósica, como o bagaço e a palha da cana-de-açúcar, possui uma estrutura rígida composta por celulose, hemicelulose e lignina. Para tornar os açúcares presentes nesses materiais acessíveis à ação enzimática, a biomassa passa por um pré-tratamento.

Esse processo pode envolver:

• Pré-tratamentos químicos e físico-químicos, que podem utilizar ácidos, bases, agentes oxidantes e redutores para romper as ligações da lignina e solubilizar a hemicelulose.
• Explosão a vapor, onde a biomassa é submetida a alta pressão de vapor saturado e temperaturas elevadas e, em seguida, sofre uma liberação brusca, quebrando suas estruturas.
• Pré-tratamentos alcalinos, oxidativos ou com solventes, que removem a lignina e aumentam a acessibilidade da celulose.
• O pré-tratamento é uma etapa crítica, pois influencia diretamente a eficiência da etapa de hidrólise enzimática e a qualidade dos açúcares obtidos.

2. Hidrólise enzimática

Após o pré-tratamento, a biomassa é submetida à hidrólise enzimática, onde enzimas específicas, como celulases e hemicelulases, atuam na quebra das moléculas de celulose e hemicelulose em açúcares fermentáveis.

Esse processo ocorre em biorreatores enzimáticos, nos quais as condições de temperatura, pH e concentração enzimática são controladas para garantir uma conversão eficiente dos polissacarídeos em monossacarídeos.

Veja mais sobre hidrólise enzimática no nosso artigo ''Utilização de fontes renováveis para produção de Bioetanol através de Hidrólise Enzimática''

3. Fermentação

Os açúcares liberados na hidrólise são convertidos em etanol através da ação de microrganismos fermentadores, como leveduras do gênero Saccharomyces cerevisiae, por conta da sua capacidade de assimilar facilmente a glicose.

A fermentação ocorre em biorreatores de fermentação, onde as condições ideais de temperatura, oxigenação e pH são mantidas para maximizar a conversão dos açúcares em etanol.

4. Destilação e purificação

Após a fermentação, o etanol é então separado por destilação, onde é aquecido e seus vapores são condensados para concentrar o produto.

Para atingir a pureza necessária para comercialização, o etanol passa por uma etapa adicional de desidratação, onde os últimos vestígios de água são removidos, geralmente por processos de peneiras moleculares.

Ao final desse processo, o etanol 2G está pronto para ser utilizado, apresentando um menor impacto ambiental e maior eficiência na conversão de biomassa em energia.

Fonte: União da Indústria de Cana-de-Açúcar e Bioenergia (UNICA).

O papel dos biorreatores na produção de etanol 2G

A produção de etanol de segunda geração (2G) depende de processos biotecnológicos controlados para transformar biomassa lignocelulósica em etanol. Para isso, os biorreatores desempenham um papel fundamental, especialmente nas etapas de hidrólise enzimática e fermentação alcoólica, garantindo condições ideais para a conversão eficiente dos açúcares fermentáveis.

Controle das condições do processo

Os biorreatores permitem um controle de variáveis essenciais, como:

Temperatura: Mantida dentro da faixa ideal para a ação das enzimas na hidrólise e para o crescimento das leveduras na fermentação.

pH: Ajustado para otimizar a atividade enzimática e garantir a viabilidade dos microrganismos.

Agitação: Reguladas para garantir uma distribuição homogênea de nutrientes e enzimas na solução.

Aeração (oxigenação): Mantem e ajusta concentrações ideias dos gases em processos aeróbicos e/ou anaeróbicos promovendo a multiplicação e aumentando viabilidade celular.

Esse controle é importante para maximizar o rendimento do etanol 2G e evitar perdas no processo.

Veja como funciona um biorreator. "Como funciona um Biorreator?"

Conheça os biorreatores Tecnal 

A Tecnal oferece uma linha de biorreatores de bancada e piloto que podem otimizar a sua produção de etanol de segunda geração (2G). Esses biorreatores são essenciais para processos como fermentações, hidrólise enzimática, e cultivo de microrganismos, proporcionando alta eficiência e controle das condições do bioprocesso.

Principais características dos nossos biorreatores:

Versatilidade de aplicações: Adequados para fermentações, cultivos celulares, produção de biocombustíveis, enzimas, vacinas, fármacos, entre outros.

Alto controle dos bioprocessos: Monitoramento e ajuste de parâmetros como pH, temperatura, nutrientes, espuma, agitação, pressão e concentração de gases, assegurando condições ideais para o crescimento microbiano e eficiência do processo.

Customizáveis: Disponíveis em diversos volumes e modelos, incluindo versões de bancada e piloto, adaptando-se às necessidades específicas de cada projeto.

Software: Monitores IHM touchscreen de 7 até 15 polegadas permitem um controle detalhado das variáveis do processo, calibração, elaboração de receitas, alarmes, gráficos, arquivar e exportar dados e mais.

Ambiente de cultivo: Vasos de reação autoclaváveis com múltiplas portas para acessórios e sensores, fabricados com materiais resistentes para suportar condições rigorosas de operação.

Nossos modelos disponíveis:

Biorreator de Bancada BIO-TEC-FLEX-III

Biorreator de Bancada BIO-TEC-PRO-II

Biorreator Twin BIO-TEC-TWIN

Biorreator Piloto BIO-TEC- PRO-II-PILOTO

O uso da cromatografia na produção de E2G

A cromatografia é uma técnica usada no monitoramento das etapas de produção do etanol. Durante o processo, a cromatografia líquida (HPLC) é utilizada para quantificar os açúcares fermentescíveis e detectar compostos tóxicos, como ácidos orgânicos, fenóis e furaldeídos. Para essas análises, o SCION LC6000, equipado com detector de índice de refração (RID) ou detector ultravioleta (UV), permite uma separação eficiente dos componentes.

Além disso, a cromatografia a gás (GC) é usada na análise do etanol e de seus subprodutos. O uso dos SCION GC-8300 e SCION GC-8500 equipados com detectores por ionização de chama (FID) e autoamostrador líquido, permite análises rápidas e precisas, otimizando a eficiência do processo.

Com essas tecnologias, as usinas garantem maior controle sobre os seus processos.

Analisadores bioquímicos na produção de E2G

Os analisadores bioquímicos podem ser usados na otimização dos processos de produção de etanol de segunda geração (E2G). Esses equipamentos permitem a medição de concentrações de substâncias como glicose e outros metabólitos durante a fermentação e outras etapas de produção.

Oferecemos uma linha de: Analisadores bioquímicos que atendem às necessidades de usinas e laboratórios envolvidos na produção de E2G. Veja os modelos:

Analisador Bioquímico com 2 Biossensores YSI-2900D

Analisador Bioquímico com 4 Biossensores YSI-2950-D1

Analisador Bioquímico Glicose/Lactato YSI-2500

Analisador Bioquímico com 6 Biossensores YSI-2950-D2

O uso desses analisadores no fluxo de trabalho de usinas proporciona um monitoramento mais preciso das condições de fermentação, facilita a tomada de decisões durante a produção e, melhora a eficiência e produtividade do processo. 

Considerações Finais

A produção de etanol de segunda geração (2G) é um avanço na busca por fontes de energia mais sustentáveis e aproveitamento de resíduos agrícolas.

Dentro desse processo, os biorreatores têm um importante papel, otimizando os processos de hidrólise enzimática e fermentação, garantindo maior eficiência e controle das reações biológicas. Já os cromatógrafos líquidos e gasosos possibilitam a identificação e quantificação de açúcares fermentescíveis, subprodutos e compostos tóxicos, garantindo maior eficiência. Além disso, o uso de analisadores bioquímicos permite um monitoramento detalhado das condições fermentativas, otimizando o desempenho dos microrganismos e aprimorando a tomada de decisões durante a produção.

Com a implementação dessas tecnologias, as usinas de etanol 2G podem alcançar maior produtividade e melhorar o monitoramento. A modernização dos laboratórios e processos se torna um diferencial para a evolução do setor sucroenergético.

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Referências Bibliográficas

DE ALMEIDA LIMA, Urgel. Biotecnologia Industrial, v. 3: processos fermentativos e enzimáticos. Editora Blucher, 2019.

MELO, Nícholas Rocha. Etanol 2G: Processo produtivo e seu contexto atual no Brasil. 2020.

RAMOS, Lucas. Alternativas de hidrólise enzimática e fermentação em reatores de coluna para aplicação em biorrefinarias integradas de primeira e segunda geração empregando bagaço de cana-de-açúcar: dos experimentos em laboratório à avaliação de viabilidade econômica. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo. 2019