Produção de hidrogênio a partir do bagaço da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.): uma revisão
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Resumo
O bagaço de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) é uma fonte de biomassa muito importante, pois pode ser aproveitado de diversas formas na indústria. Assim, por meio de um processo de moagem do bagaço e da fermentação escura, é possível obter bio-hidrogênio utilizando microrganismos anaeróbios. O hidrogênio, considerado um portador de energia e uma alternativa progressiva aos combustíveis fósseis, é analisado sob a perspectiva dos recursos e energias renováveis, do abastecimento energético e da sustentabilidade ambiental. O objetivo é avaliar sua viabilidade como vetor na transição energética, por meio de uma metodologia de revisão, articulando esses eixos temáticos com a problemática do hidrogênio.
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Referências
[1] O. Edenhofer, R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, P. Matschoss, S. Kadner, T. Zwickel, P. Eickemeier, G. Hansen, S. Schlömer, y C. von Stechow, “Informe especial sobre fuentes de energía renovables y mitigación del cambio climático”, Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, Rep. 978-92-9169-331-3, 2011. [Online]. Disponible en: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/srren_report_es-1.pdf
[2] D. Y. Cano, E. L. Moreno, “Incidence of operative parameters in the production of biohydrogen generated from urban organic waste”. Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellín, vol. 72(2), pp. 8841-8853, 2019.
[3] J. A. Sandoval y O. Castiblanco, “Revisión del potencial de obtención de biohidrógeno a partir de microalgas en Colombia”. Entre Ciencia e Ingeniería, vol. 16(32), pp. 9-15, 2022.
[4] PROCAÑA, Asociación Colombiana de Productores y Proveedores de Caña de Azúcar, “Historia de la caña de azúcar”. [Online]. Disponible en: https://members.tripod.com/jas_multimedia_prod/procana/canazuc.htm#:~:text=La%20ca%C3%B1a%20de%20az%C3%BAcar%20se,precipitaci%C3%B3n%20y%20calidad%20de%20suelos
[5] FINAGRO, Fondo para el desarrollo del sector agropecuario, “Ficha de inteligencia caña de azúcar”. [Online]. Disponible en: https://www.finagro.com.co/sites/default/files/node/basic-page/files/ficha_cana_de_azucar_version_ii.pdf
[6] A. Villarroel, “Aplicación de técnicas para la clarificación del jugo de caña (Saccharum officinarum) como mejorador de sus características organolépticas”. Tesis de grado, Universidad Técnica de Ambato, 2006.
[7] Caracol TV, “Caña de azúcar, el gran motor de la economía en el Valle del Cauca”. Noticia, 21 de julio, 2017. [Online]. Disponible en: https://noticias.caracoltv.com/valle/cana-de-azucar-el-gran-motor-de-la-economia-en-el-valle-del-cauca
[8] ECURED, “Bagazo de caña”. [Online]. Disponible en: https://www.ecured.cu/Bagazo_de_caña#:~:text=Además%20su%20composición%20qu%C3%ADmica%20es,Ox%C3%ADgeno:%2044%20%25
[9] A.V. Bridgwater, D. Meier, and D. Radlein, “An overview of fast pyrolysis of biomass”. Organic Geochemistry, vol. 30, pp. 1479-1493, 1999.
[10] C. Sanchez, “Lignocellulosic residues: Biodegradation and bioconversion by fungi”. Biotechnology Advances, vol. 27(2), pp. 185-194, 2009.
[11] A.B. Demirbas “Biorefineries: For Biomass Upgrading Facilities”. Springer, 2010.
[12] A. Carvajal, “Energía: la nueva agenda del sector azucarero”. Asocaña: Sector agroindustrial de la caña. [Online]. Disponible en: https://www.asocana.org/StaticContentFull.aspx?SCid=167
[13] M. Bustos et al., “Residuos de la industria azucarera: una alternativa para la obtención de ácido láctico”. CienciaUAT., vol. 5(4), pp. 44-61, 2011.
[14] UNL, “Buscan producir biohidrógeno a partir de residuos agrícolas”. Noticia, 13 de marzo, 2017. [Online]. Disponible en: https://www.unl.edu.ar/noticias/news/view/buscan_producir_biohidr%C3%B3geno_a_partir_de_residuos_agr%C3%ADcolas#.Ylmwj-jMLIU
[15] Y. H. Zhang, and L. R. Lynd, “Toward an aggregated understanding of enzymatic hydrolysis of cellulose: Noncomplexed cellulase systems”. Biotechnology and Bioengineering, vol. 88(7), pp. 797-824, 2004.
[16] M. J. Taherzadeh, and K. Karimi, “Pretreatment of lignocellulosic wastes to improve ethanol and biogas production: A review”. International Journal of Molecular Sciences, vol. 9(9), pp. 1621-1651, 2008.
[17] N. Mosier, et al., “Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass”. Bioresource Technology, vol. 96(6), pp. 673-686, 2005.
[18] I. López, “Producción de hidrógeno a partir de hidrolizados de bagazo de Agave tequilana Weber var. azul: efecto del procesamiento de la piña y de la sacarificación del bagazo”. Tesis de maestría. IPICYT, México, 2015.
[19] E. L. N. Dzulkarnain, et al., “Microbiomes of biohydrogen production from dark fermentation of industrial wastes: current trends, advanced tools and future outlook”. Bioresources and Bioprocessing, vol. 9(1), pp. 16, 2022.
[20] A. C. Chang et al., “Hydrogen production by the anaerobic fermentation from acid hydrolyzed rice straw hydrolysate”. International journal of hydrogen energy., vol. 36(21), pp. 14280-14288, 2011.
[21] Z. Chen, et al., “Metabolic engineering of Klebsiella pneumoniae for the de novo production of 2-butanol as a potential biofuel”. Bioresource Technology, vol. 197, pp. 260-265, 2015.
[22] C. Ballardo, “Valorización de residuos sólidos orgánicos como sustrato para el crecimiento de bacillus thuringiensis mediante fermentación en estado sólido: aplicación a la fracción orgánica de residuos municipales para la producción de compost con efecto biopesticida”. Tesis doctoral, Universidad Autónoma de Barcelona, España, 2016.
[23] S. Blanco y T. Rodríguez, “Producción de biohidrógeno a partir de residuos mediante fermentación oscura: una revisión crítica (1993-2011)”. Revista Chilena de ingeniería., vol. 20(3), pp. 398-441, 2012.
[24] K.Y. Show, D.J. Lee and J.S. Chang, “Bioreactor and process design for biohydrogen production”. Bioresource Technology., vol. 102(18), pp. 8524-8533, 2011.
[25] A. Bisaillon, J. Turcot and PC. Hallenbeck, “The effect of nutrient limitation on hydrogen production by batch cultures of Escherichia coli”. International Joumal of Hydrogen Energy., vol. 31(11), pp. 1504-1508, 2006.
[26] J. Wang and W. Wan, “Factor influencing fermentative hydrogen production: a review”. International Journal of Hydrogen Energy., vol. 34(2), pp. 799-811, 2009.
[27] C.Y. Lin and C.H. Lay, “A nutrient formulation for fermentative hydrogen production using anaerobic sewage sludge microflora”. International Journal of Hydrogen Energy., vol. 30(3), pp. 285-292, 2005.
[28] C. Contreras. “Producción de hidrógeno en sistemas continuos a partir de hidrolizados enzimáticos de bagazo de Agave tequilana Weber”. Tesis de grado. IPICYT, México, 2015.
[29] S.I. Maintinguer et al., “Fermentative hydrogen production with xylose by Clostridium and Klebsiella species in anaerobic batch reactors”. International Journal of Hydrogen Energy., vol. 36(21), pp. 13508-13517, 2011.
[30] A. Khalifa, “Enterobacter”. Benef. Microbes Agro-Ecology, pp. 259-270, 2020.
[31] V. Martinez y R. García, “Fermentación oscura, fotofermentación y biofotólisis: análisis de su aplicación en secuencia para la producción de hidrógeno biológico”. Dirección General de Investigación y Desarrollo Armada Argentina., vol. 7, 2010.
[32] Y. Shi et al., “Klebsiella”. Benef. Microbes Agro-Ecology, pp. 233–257, 2020.
[33] B. Gopalakrishnan, N. Khanna, and D. Das, “Dark-Fermentative Biohydrogen Production”. Biohydrogen., pp. 79-122, 2019.
[34] A. Davin-Regli and J. M. Pagès, “Enterobacter aerogenes and Enterobacter cloacae; versatile bacterial pathogens confronting antibiotic treatment”. Frontiers in microbiology., vol. 6, p. 392, 2015.
[35] N. Khanna et al., “Improvement of biohydrogen production by Enterobacter cloacae IIT-BT 08 under regulated pH”. Journal of Biotechnology., vol. 152(1-2), pp. 9-15, 2011.
[36] R. Ramachandran and R. K. Menon, “An overview of industrial uses of hydrogen”. International journal of hydrogen energy., vol. 23(7), pp. 593-598, 1998.
[37] J. Wang and Y. Yin, “Clostridium species for fermentative hydrogen production: an overview” International journal of hydrogen energy., vol. 46(70), pp. 34599-34625, 2021.
[38] N. Cassir, S. Benamar, and B. La Scola, “Clostridium butyricum: from beneficial to a new emerging pathogen”. Clinical Microbiology and Infection., vol. 22(1), pp. 37-45, 2016.
[39] P. Dias, P. Moura and C. de Carvalho, “Hydrogen production by Clostridium butyricum: improving production yields and assessing changes in the cell lipid profile during adaptation to furans and gallic acid”. November, 2015.
[40] D. Szymanowska-Powałowska, D. Orczyk, and K. Leja, “Biotechnological potential of Clostridium butyricum bacteria”. Brazilian Journal of Microbiology., vol. 45(3), pp. 892-901, 2014.
[41] N. Srivastava et al., “Efficient dark fermentative hydrogen production from enzyme hydrolyzed rice straw by Clostridium pasteurianum (MTCC116)”. Bioresource technology., vol. 238, pp. 552-558, 2017.
[42] J. Masset et al., “Fermentative hydrogen production from glucose and starch using pure strains and artificial co-cultures of Clostridium spp.”. Biotechnology for biofuels., vol. 5(1), pp. 1-15, 2012.
[43] M. Gomez-Flores, G. Nakhla, and H. Hafez, “Hydrogen production and microbial kinetics of Clostridium termitidis in mono-culture and co-culture with Clostridium beijerinckii on cellulose”. AMB Express, vol. 7(1), p. 84, 2017.
[44] S. Wang et al., “Genome editing in Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 with the CRISPR-Cas9 system”. Applied and environmental microbiology., vol. 83(10), pp. 1-44, 2017.
[45] W. M. Alalayah et al., “Hydrogen production using Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 (ATCC 13564)”. International journal of hydrogen energy., vol. 33(24), pp. 7392-7396, 2008.
[46] S. E. Oh et al., “Hydrogen production by Clostridium acetobutylicum ATCC 824 and megaplasmid-deficient mutant M5 evaluated using a large headspace volume technique”. International journal of hydrogen energy., vol. 34(23), pp. 9347-9353, 2009.
[47] P. E. H. Cruza, “Actividades celulolíticas, utilización de carbohidratos y producción de etanol por clostridium thermocellum”. Tesis doctoral, Universidad Complutense de Madrid, España, 2015.
[48] E. Lalaurette et al., “Hydrogen production from cellulose in a two-stage process combining fermentation and electrohydrogenesis”. International journal of hydrogen energy., vol. 34(15), pp. 6201-6210, 2009.
[49] S. Y. Wu, et al., “Fermentative hydrogen production and bacterial community structure in highrate anaerobic bioreactors containing siliconeimmobilized and selfflocculated sludge”. Biotechnology and bioengineering., vol. 93(5), pp. 934-946, 2006.
[50] L. Mabutyana and RW. Pott, “Photo-fermentative hydrogen production by Rhodopseudomonas palustris CGA009 in the presence of inhibitory compounds”. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46(57), pp. 29088-29099, 2021.
[51] C.A.B.S. Rabelo, et al., “Optimization of hydrogen and organic acids productions with autochthonous and allochthonous bacteria from sugarcane bagasse in batch reactors”. Journal of environmental management, vol. 223, pp. 952-963, 2018.
[52] A. Fangkum, and A. Reungsang, “Biohydrogen production from sugarcane bagasse hydrolysate by elephant dung: Effects of initial pH and substrate concentration”. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 36(14), pp. 8687-8696, 2011.
[53] K. Uyeda and J.C. Rabinowitz, “Pyruvate-Ferredoxin Oxidoreductase III. Purification and properties of the enzyme”. The Journal of Biological Chemistry., vol. 246(1), pp. 3111-3119, 1971.
[54] P. Doménech, “Tecnologías de producción de hidrógeno basadas en métodos biológicos”. Informes Técnicos Ciemat. [Online]. Disponible en: https://www.ciemat.es/portal.do?TR=A&IDR=1&identificador=848
[55] S. K. Khanal et al., “Biological hydrogen production: effects of pH and intermediate products”. International journal of hydrogen energy., vol. 29(11), pp. 1123-1131, 2004.
[56] C.Y. Chen et al., “Biohydrogen production using sequential two-stage dark and photo fermentation processes”. International Journal of Hydrogen Energy., vol. 33(18), pp. 4755-4762, 2008.
[57] L. Montoya y J.E. Durán, “Producción de hidrógeno a partir de la fermentación de residuos agroindustriales de la piña”. Revista Tecnología en Marcha., vol. 30(3), pp. 106-118, 2017.
[58] A. Bedoya et al., “Producción biológica de hidrógeno: una aproximación al estado del arte”. Dyna,, vol. 75(154), pp. 137-157, 2008.
[59] E. R. Mikheeva, et al., “The start-up of continuous biohydrogen production from cheese whey: comparison of inoculum pretreatment methods and reactors with moving and fixed polyurethane carriers”. Applied Sciences, vol. 11(2), pp. 510, 2021.
[60] Z. Zhang, et al., “Influence of mixing method and hydraulic retention time on hydrogen production through photo-fermentation with mixed strains”. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 40(20), pp. 6521-6529, 2015.
[61] J. Wang and Y. Yin, “Fermentative hydrogen production using pretreated microalgal biomass as feedstock”. Microbial Cell Factories, vol. 17(1), pp. 22, 2018.
[62] F. Herrera y S. Herrero, “ODS en Colombia: Los retos para 2030”. Programa las Naciones Unidas para el Desarrollo. [Online]. Disponible en: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/migration/co/undp_co_PUBL_julio_ODS_en_Colombia_los_retos_para_2030_ONU.pdf
[63] K. Y. Show, Y. G. Yan and D. J. Lee, “Biohydrogen production: status and perspectives”. Biofuels: Alternative Feedstocks and Conversion Processes for the Production of Liquid and Gaseous Biofuels, Academic Press, pp. 693-713, 2019.
[64] D. Cadena y W. Córdoba. “Propuesta para la obtención de biohidrógeno por fermentación oscura a partir de un residuo agroindustrial”. Tesis de grado, Fundación Universidad de América, Colombia, 2022.