A transição de uma indústria química baseada em fósseis para uma bioeconomia circular e sustentável é um dos passos cruciais em direção a um futuro econômico mais verde. Neste cenário, as biorrefinarias emergem como tecnologias essenciais, permitindo a adoção de ciclagens fechadas de carbono através do uso químico de materiais biogênicos brutos e residuais. Em particular, a biomassa lignocelulósica desponta como um recurso renovável robusto, oferecendo complexos blocos moleculares como açúcares e compostos aromáticos em abundância.
No entanto, um dos desafios das biorrefinarias lignocelulósicas reside na extração eficaz dessas moléculas a partir de matéria-prima que varia sazonalmente, mantendo a integridade estrutural complexa das substâncias. Ao contrário dos processos petroquímicos tradicionais, estas biorrefinarias adotam conceitos inovadores de processamento em condições reativas mais brandas, exigindo operações flexíveis para se ajustar rapidamente às variações da matéria-prima lignocelulósica.
Para garantir operações flexíveis e eficientes nas plantas de biorrefinaria, técnicas de espectroscopia de processos em linha, como Raman, infravermelho médio (MIR) ou ressonância magnética nuclear (NMR), se tornaram adequadas. Estas técnicas oferecem dados multivariados, robustos e automatizados em tempo real. Quando combinadas com métodos quimiométricos, estas soluções de monitoramento fornecem perfis de concentração multicomponentes que informam unidades de controle e operadores.
O processo de pré-tratamento e hidrólise representa o primeiro estágio na complexa cadeia das biorrefinarias. Aqui, a espectroscopia MIR é aplicada para monitorar a catalise por ácido sulfúrico de resíduos de madeira, convertendo C6-açúcares da biomassa em ácido levulínico. Este monitoramento permite insights diretos e em tempo real, fundamentais para a eficiência do processo, ao mesmo tempo que reduz o consumo de energia e degradação de produtos.
Seguindo adiante, os açúcares C5 e C6 são convertidos quimicamente ou biologicamente em blocos de construção como furfural e ácidos carboxílicos. A espectroscopia NMR tem se mostrado vantajosa para monitorar tais processos catalíticos homogêneos, como a conversão de frutose em ácido levulínico. Essa técnica permite uma análise concentrada sem sobreposição de picos químicos, utilizando modelos quimiométricos para avaliações precisas.
Em processos biocatalíticos heterogêneos, como fermentações, a espectroscopia Raman se destaca na análise de ácidos carboxílicos. A tecnologia é eficaz na resolução de sinais Raman superpostos, essenciais para a análise de equilíbrios de dissociação de ácidos em soluções aquosas. Este monitoramento é vital em experimentos de fermentação, variando em escala de laboratório para planta piloto.
Os químicos das plataformas precisam ser separados das misturas de produtos, representando um passo fundamental no processo. Técnicas como filtração por membrana e separação cromatográfica oferecem métodos eficientes de processamento a jusante. Além disso, a extração reativa impulsionada por mudança de pH eletroquímica surge como uma inovadora alternativa que utiliza eletricidade de fontes renováveis, eliminando a formação de resíduos de sal e melhorando a pegada ecológica do método de purificação.
As plantas de biorrefinaria, enfrentando variações sazonais de qualidade e quantidade de matérias-primas biológicas, necessitam de métodos analíticos rápidos, robustos e confiáveis. A espectroscopia de processo, ao integrar-se com métodos quimiométricos, atende a essas exigências, proporcionando insights diretos e rápidos que melhoram a eficiência do processo e fortalecem a competitividade econômica das biorrefinarias, essencial na transição para uma indústria química mais verde.
