Butanol a partir de sarmentos de poda

OBTENÇÃO DE BUTANOL A PARTIR DE SARMENTOS DE PODA

O que é o butanol?

O butanol é um álcool com quatro átomos de carbono. Até a década de 1960, a sua produção industrial envolvia a fermentação de substratos ricos em hidratos de carbono (cereais, melaço, batatas, etc.) por bactérias do género Clostridium, através da via metabólica acetona-butanol-etanol (ABE). No entanto, o elevado preço destas matérias-primas e o desenvolvimento da indústria petroquímica levaram a que esta via de produção fosse substituída pela síntese química de butanol a partir de propileno.

Para que serve o butanol?

O butanol é utilizado como combustível, solvente, extractante e matéria-prima na indústria química e farmacêutica e na produção de tintas, entre outras.

Produção de butanol a partir de fontes renováveis: biomassa lenhocelulósica

Apesar do abandono da via fermentativa ABE por parte da indústria, o desenvolvimento de novas tecnologias de tratamento da biomassa lenhocelulósica pode permitir o uso de substratos de menor custo na produção de butanol através da fermentação, o qual teria especial interesse no caso dos países sem reservas de petróleo.

A biomassa lenhocelulósica procede das plantas e é na sua maioria composta por celulose, hemicelulose e lenhina. A celulose e a hemicelulose são longas fibras de natureza polissacarídea, compostas por diferentes açúcares simples (glucose, xilose, arabinose, etc.). Para poder utilizar este tipo de biomassa como substrato em processos fermentativos, é necessário submetê-la a um pré-tratamento para quebrar as ligações entre estes monómeros, uma vez que as bactérias implicadas na fermentação ABE (género Clostridium) não são capazes de fermentar a celulose e a hemicelulose. Os pré-tratamentos consistem em processos físico-químicos e biológicos (por exemplo, trituração mecânica, aplicação de ácidos ou bases a altas temperaturas e hidrólises enzimáticas). Ao realizar estes pré-tratamentos, não se devem adotar condições excessivamente fortes, porque pode conduzir à produção de compostos inibidores do crescimento bacteriano, como ácido fórmico, furfural ou compostos fenólicos.

Os sarmentos de poda: um recurso pouco valorizado

No ano 2018, a superfície destinada à vinhedos em Espanha foi de aproximadamente 7.450.000 hectares, segundo a Organização Internacional da Vinha e do Vinho (OIV). Estima-se que a poda vitivinícola gera entre 1,7 e 3,0 toneladas de sarmentos por hectare, dependendo do tipo de condução aplicado às videiras. Frequentemente, os sarmentos são queimados de maneira controlada nos campos, contribuindo à emissão de gases com efeito de estufa (GEE). Aliás, entre as actuais aplicações dos sarmentos estão a compostagem, com a finalidade de obter adubo agrícola, e o aproveitamento energético como biomassa em instalações térmicas e eléctricas.

O projeto Biovino propõe um aproveitamento de maior valor acrescentado para os sarmentos, consistindo no seu uso como matéria prima em processos de bioconversão para obter butanol através da fermentação ABE.

Produção de butanol a partir de sarmentos

No projeto Biovino, recolheram-se amostras de sarmentos de poda em parcelas experimentais do ITACyL (Quinta Zamadueñas, Valladolid, Espanha). Estes sarmentos continham aproximadamente 50% de hidratos de carbono totais (33% celulose, 11% hemicelulose).

Os estudos debruçaram-se sobre a optimização do pré-tratamento dos sarmentos (para obter concentrações elevadas de açúcares e concentrações baixas de inibidores), a seleção de uma estirpe de Clostridium adequada e a redução de custos durante a fermentação. Graças aos trabalhos de optimização, foi possível obter 7-9 g/L butanol a partir do hidrolisado de sarmentos, adicionando unicamente como nutrientes um sal de amónio e um sal de ferro. O valor do pH da fermentação foi controlado através da utilização de resíduos alimentares ricos em carbonato de cálcio (casca de ovo). As concentrações de butanol atingidas são muito promissoras, já que são semelhantes aos valores obtidos na fermentação ABE de outros resíduos agroalimentares a escala mundial.

Conclusões

Neste trabalho é reportada, pela primeira vez, a produção de butanol a partir de sarmentos de videira. A concentração máxima de butanol observada é bastante elevada comparativamente aos resultados descritos para a utilização de resíduos lenhocelulósicos como substrato na fermentação ABE. Além disso, a utilização de um reduzido número de nutrientes no processo fermentativo permitiu reduzir o custo do processo. Portanto, os sarmentos podem ser uma matéria-prima interessante para as biorrefinarias no futuro, o qual seria proveitoso para os viticultores.

Mais informação

Link para o artigo na revista: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.05.093.

Link para o repositório de acesso aberto (prepublicação): https://doi.org/10.5281/zenodo.4899179.