Descrição
Abstract. The growing demand for renewable energy is encouraging the use of lignocellulosic residues, such as eucalyptus bark, for bioethanol production. Brazil, the largest producer of Eucalyptus spp., generates millions of tons of this residue annually, which remains undervalued. Chemically, the bark is rich in cellulose, hemicelluloses, lignin, extractives, and minerals, and has the potential to release fermentable sugars after pretreatment. This study investigated Eucalyptus grandis bark before and after hydrothermal pretreatment. The results showed a reduction in extractives, ash, and lignin, and an increase in holocellulose, indicating greater availability of polysaccharides. The conclusion is that pretreatment improves bark quality for bioethanol production.
Keywords: Bark, bioethanol, Chemical Characterization
Resumo. A crescente demanda por energias renováveis estimula o aproveitamento de resíduos lignocelulósicos, como a casca de eucalipto, para produção de bioetanol. O Brasil, maior produtor de Eucalyptus spp., gera milhões de toneladas anuais desse resíduo, ainda pouco valorizado. Quimicamente, a casca é rica em celulose, hemiceluloses, lignina, extrativos e minerais, apresentando potencial para liberação de açúcares fermentescíveis após pré-tratamentos. Neste estudo, investigou-se a casca de Eucalyptus grandis antes e após pré-tratamento hidrotérmico. Os resultados mostraram redução de extrativos, cinzas e lignina, e aumento da holocelulose, indicando maior disponibilidade de polissacarídeos. Conclui-se que o pré-tratamento melhora a qualidade da casca para produção de bioetanol.
Palavras-chave: Casca, bioetanol, Caracterização Química.
Introdução
A crescente demanda por fontes alternativas de energia tem impulsionado pesquisas voltadas para a utilização da biomassa lignocelulósica para produção de biocombustíveis, como o bioetanol. Nesse contexto, a biomassa proveniente do Eucalyptus spp. apresenta grande relevância, uma vez que, o Brasil é um dos maiores produtores e consumidores dessa espécie florestal. Consequentemente, as cascas estão disponíveis em grande quantidade, oriundas de plantios comerciais para indústria de madeira e celulose. No entanto, o aproveitamento destas cascas é mínimo, sendo classificada como um resíduo gerado pela indústria (Andrew et al., 2020).
O Brasil possui cerca de 7,6 milhões de hectares de eucalipto plantados, representando 76% da área florestal cultivada. A colheita florestal gera grande volume de resíduos, sendo as cascas responsáveis por 10 a 20% da madeira colhida, o que corresponde a 5 a 10 milhões de toneladas anuais considerando a produção de 200 milhões de m³ em 2023 (IBÁ, 2023).
Do ponto de vista químico, a casca de eucalipto é composta principalmente por celulose, hemiceluloses e lignina, além de extrativos e minerais. Esses constituintes a tornam uma fonte promissora de açúcares fermentescíveis, que podem ser liberados por meio de pré-tratamentos adequados e posteriormente convertidos em etanol por microrganismos fermentativos.
Em estudo realizado por Lima et al (2018), as cascas de 11 espécies de Eucalyptus apresentaram estruturas semelhantes e caracterizadas por periderme fina com pouco felema e floema homogêneo. A composição química das cascas foi específica da espécie e diferiu quanto ao teor de extrativos, lignina, cinzas e composição de polissacarídeos. Os extrativos variaram de 5,5 a 18,6% e a lignina de 14,4 a 23,5%. A composição de carboidratos mostrou que a glicose era o açúcar predominante, representando 71,5% a 87,6% do total de açúcares neutros, enquanto a xilose estava presente em quantidades menores.
A valorização da casca além de contribuir para a produção de bioetanol, também promove a utilização sustentável dos subprodutos florestais, reduzindo impactos ambientais e agregando valor à cadeia produtiva do eucalipto.
Diante desse contexto, o objetivo deste estudo foi a caracterização química da casca de Eucalyptus grandis, antes e após pré-tratamento, para avaliar seu potencial para produção de bioetanol.
Material e Métodos
Foram coletadas cascas de Eucalyptus grandis, no Diâmetro Altura do Peito (1,3 m de altura), em um plantio localizado no campus da Universidade Federal de Lavras, Minas Gerais.
As cascas foram secas, moídas em moinho do tipo martelo e classificada em peneira de 60 mesh. Posteriormente determinou-se seu teor de umidade, pelo método da estufa, seguindo a norma T264om-88 (TAPPI, 1996).
A casca moída, foi pré-tratada em reator com capacidade de 300 ml, modelo RUPMO. Foram adicionados no reator 20 g de casca moída com 200 ml de água destilada. A reação seguiu por 10 minutos a temperatura de 190°C.
O teor de extrativo, da casca in natura e pré-tratada, foi determinado pelo método de extração soxhlet, seguindo o padrão da TAPPI T204 om-88 (1988).
Para determinação do teor de lignina insolúvel, a casca in natura e pré-tratada foi submetida a hidrólise ácida, processo onde todos os carboidratos são hidrolisados numa solução de ácido sulfúrico a 72%. A determinação gravimétrica desta fração insolúvel fornece o teor de lignina na amostra, seguindo a T222 om-98 (TAPPI, 1999).
O teor de lignina solúvel foi obtida conforme a metodologia sugerida Goldschimid (1971), onde o filtrado da lignina Klason foi diluído em água deionizada em balão volumétrico de 250 mL e logo, obtida a leitura no escpectrofotômetro nos comprimentos de onda 280 nm e 215 nm. A lignina total foi a soma da lignina insolúvel mais a lignina solúvel.
O teor de cinzas da casca in natura e pré-tratada foi obtido de acordo com a ASTM D1102-84 (2007). Foram pesadas aproximadamente 2 g de amostra e colocadas em cadinho de porcelana previamente tarado, em seguida as amostras foram inseridas em uma mufla a 550°C por aproximadamente 4 horas. Posteriormente, os cadinhos foram pesados para a determinação da massa residual. O teor de cinzas foi obtido por diferença de massa inicial e massa final do material.
Para determinar a holocelulose, alfacelulose e hemiceluloses empregou-se a metodologia da Embrapa (2010).
Para holocelulose, a casca seca (1 g) foi submetida a pré-tratamento em erlenmeyer de 125 mL contendo 55 mL de água destilada, 3 mL de NaClO₂ (30%) e 2 mL de ácido acético (20%), sendo mantida em banho-maria a 70 °C, com adições subsequentes de 2 mL de NaCLO2 30% a cada 45 minutos, durante 4 horas. Após o tratamento, a mistura foi filtrada em cadinho de porosidade 2, e o resíduo (holocelulose) foi lavado com água gelada e três porções de 15 mL de metanol, seguido de secagem em estufa a 103 ± 2 °C.
Para determinar a alfacelulose, pesou-se cerca de 1 g de holocelulose seca, que foi colocada em almofariz à temperatura ambiente e tratada com 15 mL de NaOH 17,5%, permanecendo em contato por 2 minutos antes de ser triturada por 8 minutos. Em seguida, adicionou-se 40 mL de água deionizada, e a suspensão foi filtrada a vácuo e o material resultante foi seco em estufa a 105 ± 2 °C por 24 horas. Após a secagem, o cadinho foi pesado.
As hemiceluloses foram quantificadas pela diferença entre o teor de holocelulose e o teor de alfacelulose.
Resultados e Discussão
A tabela 1 traz os resultados das análises químicas realizadas com a casca in natura e a casca pré-tratada. Os parâmetros analisados incluem o teor de extrativos, lignina total, cinzas e holocellulose.
Tabela1- Composição química da casca de Eucalyptus grandis in natura e pré-tratada.
Análises
Casca
in natura (%)
Casca pré-tratada (%)
Extrativos
14,3
7,53
Lignina Total
30,34
27,43
Cinzas
9,1
4,9
Holocelulose
55,63
65,4
Os dados apresentados na tabela 1, mostram que o pré-tratamento da casca de eucalipto promoveu alterações significativas em sua composição química, o que influencia diretamente no potencial de produção de etanol. Houve redução do teor de extrativos (de 14,3% para 7,53%) e de cinzas (de 9,1% para 4,9%), o que é positivo, pois ambos podem dificultar as etapas subsequentes de hidrolise e fermentação. A lignina total apresentou pequena redução (de 30,34% para 27,43%), importante porque a lignina atua como barreira física e química à liberação dos açúcares fermentescíveis. O ganho mais significativo foi no teor de holocelulose, que aumentou de 55,63% para 65,4%, indicando maior disponibilidade de celulose e hemiceluloses, frações essenciais para a obtenção de açúcares fermentáveis e, consequentemente, bioetanol.
Portanto, o pré-tratamento aumentou a qualidade da casca, reduzindo componentes inibidores e enriquecendo a fração de polissacarídeos, o que favorece maior rendimento na produção de bioetanol pois, a eficiência dessa conversão é influenciada por vários fatores, sendo a composição do substrato, um deles (Sudhakar, Naik, 2022).
Considerações Finais
Os resultados evidenciam o impacto do pré-tratamento sobre a composição química da casca. O pré-tratamento promoveu a redução de extrativos, lignina e cinzas, enquanto aumentou a concentração relativa de holocelulose, que são os principais componentes de interesse para a produção de bioetanol. Esses ajustes na composição química tornam a biomassa pré-tratada mais adequada para uso nas biorrefinarias.
Referências
ANDREW, J. et al. Beneficiation of eucalyptus tree barks in the context of an integrated biorefinery – Optimisation of accelerated solvent extraction (ASE) of polyphenolic compounds using response surface methodology. Sustainable Chemistry and Pharmacy, v. 18, p. 100327, dez. 2020.
ASTM International. Standard Test Method for Ash in Wood — ASTM D1102-84 (Reapproved 2007). West Conshohocken, PA: ASTM International, 2007
GOLDSCHIMID, O. Ultraviolet spectra. In: SARKANEN, K. V.; LUDWING, C. H. (Ed.). Lignins: Occurence, formation. New York: Wiley Interscience, 1971. p. 241-266.
Ibá – Indústria Brasileira de Árvores. Relatório Anual Ibá 2023. São Paulo: Ibá, 2023. Disponível em: https://iba.org/datafiles/publicacoes/relatorios/relatorio-anual-iba2023-r.pdf
LIMA, L.; MIRANDA, I.; KNAPIC, S.; QUILHÓ, T.; PEREIRA, H. Chemical and anatomical characterization, and antioxidant properties of barks from 11 Eucalyptus species. European Journal of Wood and Wood Products, v. 76, p. 783-792, 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/s00107-017-1247-y
MORAIS, João Paulo Saraiva; ROSA, Morsyleide de Freitas; MARCONCINI, José Manoel. Procedimentos para análise lignocelulósica. Campina Grande: Embrapa Algodão, 2010. 54 p. (Embrapa Algodão. Documentos, 236).
Sudhakar, V., Naik, S. S. (2022). Pretreatment, Hydrolysis and Fermentation of Lignocellulosic Biomass for Bioethanol. Current World Environment, 17(1), 113–121. https://doi.org/10.12944/cwe.17.1.10
TAPPI. T 204 om-88: Solvent extractives of wood and pulp. Atlanta, GA: TAPPI Press, 1988
TAPPI. T 264 om-88: Preparation of wood for chemical analysis. Atlanta, GA: TAPPI Press, 1996
TAPPI. T 222 om-98: Acid-insoluble lignin in wood and pulp. Atlanta, GA: TAPPI Press, 1999.
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