The aim of this study was to optimize methane production by investigating hydrothermal pretreatment of sugarcane bagasse impregnated with acid (H₂SO₄) and alkaline H₂O₂ using substrate (g kg^-1) -inoculum (g kg^-1) ratio of 1:2. Batch reactors were realized under mesophilic conditions (37 °C). A central composite design (CCD) involving three factors; temperature (°C), time (min), and chemical compound concentration (H₂O₂ (%v/v) and H₂SO₄ (%w/v)) was utilized to optimize hydrothermal pretreatment. Thirty-two hydrothermal pretreatments were conducted according to CCD. H₂O₂ assisted hydrothermal pretreatment resulted in higher solid recovery (93.13%), higher percent glucan increase (139.52%), and lower lignin recovery (76.48%) in pretreated solid fraction in comparison to H₂SO₄ impregnated hydrothermal pretreatment. In the latter case, lower solid yield (12.27%), glucan recovery (187.01%) and higher lignin recovery (358.85%) was recorded. Higher COD solubilization (25.20 g L^-1), lower total phenolic (content 658.13 ppm), higher sulfate (7240 mg L^-1), furfural (925.77-2216.47 mg L^-1) and 5-hydroxymehtylfurfural (70.95-970.08 mg L^-1) were observed in liquid hydrolysate of H₂SO₄ assisted hydrothermal pretreatment. While lower COD solubilization (17.75 mg L^-1), higher total phenolic content (3005.63 ppm), lower concentration of furfural (0-56.91 mg L^-1) and 5-hydroxymethylfurfural (2.56-56.60 mg L^-1) was recorded with H₂O₂ assisted hydrothermal pretreatment. Concerning methane production for H₂O₂ assisted conditions, 5.59 Nmmol g^-1 TVS (2% H₂O₂) to 13.49 Nmmol g^-1 TVS (6% H₂O₂) was recorded. However, pretreatment with 7.36% H₂O₂ resulted in 14.43 Nmmol g^-1 TVS, which was 118.16% higher comparing to untreated sugarcane bagasse (6.60 Nmmol g^-1 TVS). Methanogenic inhibition was recorded for most of the H₂SO₄.pretreated reactor (1 – 3 %w/v H₂SO₄). Minimum CH₄ production observed was 0.58 Nmmol g^-1 TVS in pretreatment O-HSO (2% w/v H₂SO₄). Acetic acid was the predominant volatile fatty acid observed in digestion process of H₂O₂ treated batch reactor however was not recorded in H₂SO₄ treated batch reactors. Microbial community analysis indicated the prevalence of unclassified AUTHM297, Clostridium, and Treponema related genera in H₂O₂ treated reactors. Genera related aromatic compound degradation were identified and abundant in H₂SO₄ treated reactors. Methanolinea, Methanobacterium, and Methanosaeta were abundant methanogens in both pretreatments. Hydrogen peroxide assisted hydrothermal pretreatment was verified as a better choice for methane production comparing to sulfuric acid assisted hydrothermal pretreatment primarily on account of higher lignin solubilization, higher glucan recovery, and lower furanic compounds production.

O objetivo deste estudo foi otimizar a produção de metano investigando as condições do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço da cana de açúcar sob impregnação de ácido (H₂SO₄) e álcali (H₂O₂) utilizando-se a razão substrato (g kg^-1) inóculo (g kg^-1) de 1:2. Os reatores em batelada foram mantidos em condições mesofílicas (37 ºC). Para otimizar as condições de pré-tratamento hidrotérmico, o design de composto central rotacional (DCCR) foi realizado utilizando três fatores: temperatura (ºC), tempo (min) e concentração do composto químico (H₂O₂ (%v/v) e H₂SO₄ (% p/v)). Trinta e dois pré-tratamentos hidrotérmicos foram realizados de acordo com a concepção do DCCR. O pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço, com H₂O₂ resultou em maior recuperação de sólidos (93,13%), elevado percentual de glicana (139,52%) e menor recuperação de lignina (76,48%) da fração sólida pré-tratada, se comparada aquele com H₂SO₄. Nesse último caso, observou-se menor rendimento de sólidos (12,27%) e glucanas (187,01%) e maior recuperação de lignina (358,85%). No líquido hidrolisado do pré-tratamento hidrotérmico assistido do bagaço com H₂SO₄ foi observada elevada solubilização de DQO (25,20 g L^-1), menor teor de fenóis totais (658,13 mg L^-1), elevado sulfato (7240 mg L^-1), furfural (925,77 - 2216,47 mg L^-1 e 5-hidroximetilfurfural (70,95 - 970,08 mg L^-1). Enquanto, foi registrado menor solubilização de DQO (17,27 g L^-1), maior teor de fenóis totais (3005,63 ppm), e menor concentração de furfural (0 - 56.91 mg L^-1), 5-hidroximetilfurfural (2,56 - 50,60 mg L-^-1 com H₂O₂. Em relação ao a produção de metano nas condições com H₂O₂, observou-se 5.59 Nmmol g^-1 STV (2%v/v H₂O₂) a 13.49 Nmmol g^-1 STV (6%v/v H₂O₂). No tratamento com 7.36% de H₂O₂ observou-se 14,43 Nmmol g^-1 STV que foi 118.16% maior se comparado com o bagaço não-tratado (6,60 Nmmol g^-1 STV). Inibição metanogênica foi observada na maioria dos reatores pré-tratados com H₂SO₄ (1 – 3% p/v), e a produção mínima observada foi de 0.58 Nmmol g^-1 TVS no pré-tratamento com 2% p/v de H₂SO₄. Ácido acético foi o principal ácido orgânico volátil observado somente no reatores por tratamento de H₂O₂. Por meio da A análise da comunidade microbiana, para o domínio Bacteria, foi observado prevalência dos gêneros AUTHM297, Clostridium e Treponema nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H₂O₂. Gêneros relacionados à degradação de compostos aromáticos foram identificados e estiveram em maior abundância nos reatores cujo substrato foi pré-tratado com H₂SO₄. Methanolinea, Methanobacterium, e Methanosaeta foram os microrganismos do domínio Archaea mais abundantes e identificados em ambos os pré-tratamentos. O pré-tratamento hidrotérmico assistido com H₂O₂ foi a melhor opção em relação ao H₂SO₄, devido a maior solubilização de lignina, maior recuperação de glucano e baixa produção de compostos furânicos.