Tendências e soluções tecnológicas para o setor de açúcar e álcool – IIA

11-03-2019

Redução da vinhaça e desintensificação energética dos processos industriais – Fermentação de alto teor alcoólico final.

A vinhaça é produzida na fermentação e muitas vezes tem seu volume aumentado na destilaria pela injeção direta de vapor nas colunas de destilação.

O volume de vinhaça pode ser reduzido simplesmente pela sua concentração em evaporadores múltiplo efeito. Mas esta é uma opção onerosa em capital e em custo operacional, principalmente em consumo de vapor de processo.

Alternativamente, e esta é a proposta, pode-se atuar nas etapas geradoras de vinhaça do processo para minimizar sua produção. A intensificação do processo de fermentação para teor alcoólico finalde 15ºGLcombinada com o uso de refervedores indiretos nas colunas de destilação, ao mesmo tempo, reduzem o volume de vinhaça e o consumo de vapor de processo na destilaria. Adicionalmente reduz a demanda de potência elétrica envolvida nos bombeamentos de mosto, vinho, água para os condensadores, resultando numa desintensificação energética nos respectivos processos.Desse modo o volume de vinhaça em relação ao etanol produzido é 4,8 L/L.

A questão chave para migrar para fermentações de alto teor alcoólico é a tolerância alcoólica das leveduras. No Brasil era consenso que a concentração de 12ºGL era inibitória para as leveduras. No entanto a fermentação na produção de etanol de milho nos EUA mostra há muito tempo que o limite de tolerância alcoólicas das leveduras é muito maior. Lá tipicamente a fermentação é conduzida em teor alcoólico que varia de 13ºGL a 17ºGL. A principal diferença em relação ao Brasil é a composição do meio mais rico em nitrogênio proteico e o não reciclo de células. No caso Brasileiro que utiliza o reciclo de células, responsável por fermentações extremamente rápidas, algumas adaptações foram necessárias para elevar o limite de tolerância alcoólica das leveduras. Entre outros podem-se citar, baixa contaminação, controle da temperatura e processo de revigoramento celular que inclui nutrientes e microaeração previamente ao reciclo do fermento. É uma fermentação focada na levedura do processo. Como resposta a produtividade celular em etanol é o dobro da verificada nos processos convencionais. A vinhaça desse processo intensificado tem seu valor fertilizante enriquecido pois é mais rica em nitrogênio e fósforo além do potássio, o que torna a fermentação mais integrada com a área agrícola por reduzir ainda mais a necessidade de adubação química.

Um dos fatores que limitam a tolerância alcoólica das leveduras é a temperatura. Neste sentido, esta proposta de fermentação intensificada de 15ºGL, inclui um módulo de produção de água fria em temperatura entre 14ºC-18ºC, para trabalhar complementando as torres de resfriamento e atuando nos estágios finais da fermentação em que se aproxima do teor alcoólico final, afim de controlar a temperatura da fermentação em 28ºC. 

O sistema de resfriamento proposto utiliza vácuo através de ejetores com vapor motriz, 8 a 10 bar absoluto, Figura-1. Esse sistema demanda uma torre de resfriamento para condensação final dos vapores arrastados, que pode ser o condensador barométrico ou indireto. Fatores como custo de capital, consumo de água e retorno de condensado para as caldeiras devem ser considerados na definição do sistema de condensação final.

Trata-se de tecnologia e fabricação nacionais e robusta, utilizada com sucesso nos setores de celulose e papel, refinarias e também no setor de açúcar e álcool. Seu custo é de aproximadamente 20% do custo do sistema de produção de água gelada de compressão mecânica por absorção, além de não apresentar partes móveis e ser de fácil operação e manutenção.

Além da temperatura, a presença de insolúveis e contaminantes no processo inibem e limitam a tolerância alcoólica da levedura. O módulo de tratamento do mosto e higienização das linhas de transferência são responsáveis pela entrega de mosto na fermentação com a mesma qualidade microbiológica que possui à saída do decantador.

Vale ressaltar ainda que as leveduras utilizadas são de linhagens industriais disponíveis no mercado. Ademais o próprio processo exerce pressão seletiva para linhagens mais adaptadas a um meio de fermentação com maior teor alcoólico.  

Figura-1. Sistema de produção de água fria por vácuo em ejetores.

Jonas Nolasco Junior

Engº Químico, Mestre e Dr. em Ciência de Alimentos

NJ Engenharia e Consultoria em Bioprocessos Ltda