Modeling of phase equilibria of amino acids mixtures using the A-UNIFAC model

Abstract

O combate ao aquecimento global, através da redução das emissões de gases com efeitos de estufa (GEE), a diversificação das fontes energéticas e a redução da sua dependência, a preocupação com a futura escassez ou aumento excessivo dos preços dos combustíveis de origem fóssil (petróleo), bem como a promoção do desenvolvimento rural constituem os principais objectivos que a UE pretende atingir com a substituição dos combustíveis convencionais pelos biocombustíveis. Os biocombustíveis líquidos, constituídos pelo bioetanol e biodiesel, representam uma boa alternativa aos combustíveis convencionais, uma vez que podem integrar-se facilmente nos actuais sistemas de distribuição e ser utilizados nos motores dos automóveis sem que estes tenham que sofrer grandes alterações na sua estrutura. Actualmente, os processos de produção de bioetanol produzidos à escala industrial utilizam matérias-primas de origem amilácea ou açucarada, originando um intenso debate sobre a sustentabilidade desta biomassa. Desta forma, o bioetanol produzido de biomassa lenhocelulósica representa uma alternativa viável, já que as matérias-primas se encontram amplamente distribuídas, não competem com o mercado alimentar e são mais baratas que os recursos agrícolas convencionais. A presente Tese de Mestrado visa estudar as diferentes etapas de produção de etanol a partir da palha de cevada. Com o intuito de modificar a estrutura da biomassa lenhocelulósica, para facilitar o acesso das enzimas na etapa de hidrólise enzimática, a matéria-prima foi pré-tratada utilizando um tratamento hidrotérmico designado Liquid Hot Water (LHW). O etanol foi obtido do resíduo sólido pré-tratado (RSI), mediante um processo de Sacarificação e Fermentação Simultâneas (SFS), utilizando a levedura Saccharomyces Cerevisiae. A melhor taxa de recuperação de glucose no resíduo sólido decorrente da aplicação do pré-tratamento de LHW foi de 91,71% tendo sido obtida para as condições de 185ºC, 10 minutos e 2% ácido acético. Não obstante, o teste de hidrólise enzimática (HE) com os RSI preparados para diferentes condições de processo apontou que o melhor rendimento de glucose (91,80%) é obtido para as condições de pré-tratamento de 195ºC, 10 minutos e 2% ácido acético. Estas duas condições foram utilizadas a uma escala superior (2L) tendo os RSI resultantes sido usados no processo de SFS. A concentração máxima de etanol (21,96 g/l) correspondente a um rendimento de 69,5% foi obtida com o RSI correspondente às condições 195ºC, 10 minutos e 2% ácido acético. The fight against global warming, by reducing the emission of greenhouse gases, the diversification of energy sources and reduction on its dependence, the apprehension concerning future scarcity or excessive increase in fossil fuels (petroleum) prices, as well as the promotion of rural development are the main objectives that EU wishes to achieve with the substitution of conventional fuels by biofuels. Liquid biofuels, i.e., bioethanol and biodiesel, constitute good alternatives to conventional fuels since they can be easily integrated into current fuel systems distribution and can be used in car engines without major changes in its structure. Nowadays, production of ethanol relies on bioethanol from starch and sugars; nevertheless a considerable debate on its sustainability is in focus. In this context, bioethanol produced from lignocellulosic biomass is an interesting alternative since these raw materials are much widely distributed, do not compete with food crops and are also less expensive than conventional agricultural feedstocks. The present Master Thesis addresses the study of the different stages involved in the ethanol production from barley straw. In order to promote structure modifications of lignocellulosic biomass, thus facilitating enzymes access in the enzymatic hydrolysis step, the raw material was pretreated with liquid hot water (LHW). Ethanol was produced from the obtained LHW solid residue (RSI) by means of a Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) process, using the yeast Saccharomyces Cerevisiae. The maximum glucose recovery achieved in the solid residue from the LHW pretreatment was 91.71%, obtained by using the conditions of 185 ºC, 10 minutes and 2% acetic acid. Nevertheless, the enzymatic hydrolysis test (HE) with RSI prepared with different process conditions pointed out that the best yield of glucose (91.80%) is obtained by using 195 ºC, 10 minutes and 2% acetic acid. These two set of experimental conditions were further used at a higher scale level (2 L) and the resulting RSI used in the SFS process. The maximum achieved ethanol concentration (21.96 g/l) corresponding to a yield of 69.5%, resulted from the RSI obtained using 195 ºC, 10 minutes and 2% acetic acid