Quando se trata de produzir combustível a partir de plantas, o primeiro passo sempre foi o mais difícil: quebrar a matéria vegetal.
Por Universidade da Califórnia – Riverside, com informações de Science Daily.
Um novo estudo conclui que a introdução de um produto químico simples e renovável na etapa de pré-tratamento pode finalmente tornar a produção de biocombustíveis da próxima geração rentável e neutra em carbono.
Para que os biocombustíveis possam competir com o petróleo, as operações da biorrefinaria devem ser projetadas para utilizar melhor a lignina. A lignina é um dos principais componentes das paredes celulares das plantas. Fornece às plantas maior integridade estrutural e resiliência contra ataques microbianos. No entanto, essas propriedades naturais da lignina também dificultam sua extração e utilização da matéria vegetal, também conhecida como biomassa.
“A utilização da lignina é a porta de entrada para produzir o que você deseja a partir da biomassa da maneira mais econômica e ecologicamente correta possível”, disse Charles Cai, professor associado de pesquisa da UC Riverside. “Projetar um processo que possa utilizar melhor a lignina e os açúcares encontrados na biomassa é um dos desafios técnicos mais interessantes neste campo.”
Para superar o obstáculo da lignina, Cai inventou o CELF, que significa fracionamento lignocelulósico aprimorado com co-solvente. É uma tecnologia inovadora de pré-tratamento de biomassa.
“O CELF usa tetrahidrofurano ou THF para suplementar água e diluir ácido durante o pré-tratamento de biomassa. Melhora a eficiência geral e adiciona capacidade de extração de lignina”, disse Cai. “O melhor de tudo é que o próprio THF pode ser produzido a partir de açúcares de biomassa”.
Um artigo histórico sobre Energia e Ciência Ambiental detalha o grau em que uma biorrefinaria CELF oferece benefícios econômicos e ambientais em relação aos combustíveis à base de petróleo e aos métodos anteriores de produção de biocombustíveis.
O artigo é uma colaboração entre a equipe de pesquisa de Cai na UCR, o Centro de Inovação em Bioenergia administrado pelos Laboratórios Nacionais de Oak Ridge e o Laboratório Nacional de Energia Renovável, com financiamento fornecido pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA. Nele, os pesquisadores consideram duas variáveis principais: que tipo de biomassa é mais ideal e o que fazer com a lignina depois de extraída.
As operações de biocombustíveis de primeira geração usam culturas alimentares como milho, soja e cana-de-açúcar como matéria-prima ou matéria-prima. Dado que estas matérias-primas desviam a terra e a água da produção alimentar, a sua utilização para biocombustíveis não é ideal.
As operações de segunda geração utilizam biomassa vegetal não comestível como matéria-prima. Um exemplo de matérias-primas de biomassa inclui resíduos de madeira provenientes de operações de moagem, bagaço de cana-de-açúcar ou palha de milho, todos eles subprodutos abundantes e de baixo custo de operações florestais e agrícolas.
De acordo com o Departamento de Energia, até mil milhões de toneladas por ano de biomassa poderiam ser disponibilizadas para o fabrico de biocombustíveis e bioprodutos só nos EUA, capazes de substituir 30% do nosso consumo de petróleo e, ao mesmo tempo, criar novos empregos nacionais.
Como uma biorrefinaria CELF pode utilizar matéria vegetal de forma mais completa do que os métodos anteriores de segunda geração, os pesquisadores descobriram que uma matéria-prima mais pesada e densa, como o choupo de madeira nobre, é preferível à palha de milho menos densa em carbono, por produzir maiores benefícios econômicos e ambientais.
Utilizando choupo numa biorrefinaria CELF, os investigadores demonstram que o combustível de aviação sustentável poderia ser produzido a um preço de equilíbrio tão baixo quanto 3,15 dólares por galão de gasolina equivalente. O custo médio atual de um galão de combustível de aviação nos EUA é de US$ 5,96.
O governo dos EUA emite créditos para a produção de biocombustíveis sob a forma de créditos de números de identificação renováveis, um subsídio destinado a reforçar a produção nacional de biocombustíveis. O nível desses créditos emitidos para biocombustíveis de segunda geração, o nível D3, é normalmente negociado a US$ 1 por galão ou mais. A esse preço por crédito, o artigo demonstra que se pode esperar uma taxa de retorno superior a 20% da operação.
“Gastar um pouco mais numa matéria-prima mais rica em carbono, como o choupo, ainda produz mais benefícios económicos do que uma matéria-prima mais barata, como a palha de milho, porque é possível produzir mais combustível e produtos químicos a partir dela”, disse Cai.
O artigo também ilustra como a utilização da lignina pode contribuir positivamente para a economia geral da biorrefinaria, ao mesmo tempo que mantém a pegada de carbono tão baixa quanto possível. Em modelos de biorrefinaria mais antigos, onde a biomassa é cozida em água e ácido, a lignina é praticamente inutilizável por mais do que o seu poder calorífico.
“Os modelos mais antigos optariam por queimar a lignina para complementar o calor e a energia para estas biorrefinarias porque só poderiam aproveitar os açúcares da biomassa – uma proposta dispendiosa que deixa muito valor fora da mesa”, disse Cai.
Além de um melhor aproveitamento da lignina, o modelo de biorrefinaria CELF também propõe a produção de produtos químicos renováveis. Esses produtos químicos poderiam ser usados como blocos de construção para bioplásticos e compostos aromatizantes de alimentos e bebidas. Estes produtos químicos absorvem parte do carbono da biomassa vegetal que não seria libertado de volta para a atmosfera como CO 2 .
“Adicionar THF ajuda a reduzir o custo energético do pré-tratamento e ajuda a isolar a lignina, para que não seja mais necessário queimá-la. Além disso, podemos produzir produtos químicos renováveis que nos ajudam a alcançar um potencial de aquecimento global próximo de zero”, disse Cai. disse. “Acho que isso move o ponteiro dos biocombustíveis da Geração 2 para a Geração 2+.”
À luz dos sucessos recentes da equipe, o Escritório de Tecnologia de Bioenergia do Departamento de Energia concedeu aos pesquisadores uma doação de US$ 2 milhões para construir uma planta piloto CELF de pequena escala na UCR. Cai espera que a demonstração da planta piloto leve a um investimento em maior escala na tecnologia, uma vez que o aproveitamento da energia dos combustíveis fósseis contribui para o aquecimento global e prejudica o planeta.
“Comecei este trabalho há mais de uma década porque queria causar impacto. Queria encontrar uma alternativa viável aos combustíveis fósseis e os meus colegas e eu fizemos isso”, disse Cai. “Usando o CELF, mostramos que é possível criar combustíveis econômicos a partir de biomassa e lignina e ajudar a reduzir nossa contribuição de emissões de carbono para a atmosfera.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade da Califórnia – Riverside. Original escrito por Jules Bernstein. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
Referência do periódico :
Bruno Colling Klein, Brent Scheidemantle, Rebecca J. Hanes, Andrew W. Bartling, Nicholas J. Grundl, Robin J. Clark, Mary J. Biddy, Ling Tao, Cong T. Trinh, Adam M. Guss, Charles E. Wyman, Arthur J. Ragauskas, Erin G. Webb, Brian H. Davison, Charles M. Cai. Economics and global warming potential of a commercial-scale delignifying biorefinery based on co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation to produce alcohols, sustainable aviation fuels, and co-products from biomass. Energy & Environmental Science, 2024; 17 (3): 1202 DOI: 10.1039/D3EE02532B
