As biorrefinarias surgem como matrizes industriais de processos sustentáveis com objetivo de empregar fontes renováveis na geração de bioprodutos. Essa abordagem renovável, no entanto, precisa ser atraente economicamente para que efetivamente substitua os processos não-renováveis. Assim, o presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a sustentabilidade econômica de cenários de biorrefinarias integradas de produção de etanol 1G, etanol 2G e eletricidade, com a coprodução, individual e simultânea, de xilana e lignossulfonato, empregando cana-de-açúcar como matéria-prima. Para isso, foram definidos setes cenários, que incluíram a produção de etanol 1G e sua integração com a produção de etanol 2G, com subsequente integração da coprodução dos bioproduto, xilana e lignossulfonatos, tanto individualmente quanto simultaneamente. Para os cenários com produção de xilana, dois métodos de extração foram considerados, um por via biológica (enzimática) e outro por via química (hidróxido de sódio). Foram realizadas as simulações dos cenários com auxílio do software Aspen Plus®, obtendo-se os dados de balanço de massa e energia e, subsequentemente, sendo realizada a avaliação de sustentabilidade econômica. Para as xilanas, foi calculado o preço mínimo de venda (PMV) por meio de uma análise incremental. O rendimento da produção de etanol anidro e eletricidade excedente variaram de 81,1 a 105,87 L/TC e de 83 a 189,2 kWh/TC, respectivamente. Já a xilana e o lignossulfonatos tiveram rendimentos de 8,1 a 98,3 kg/TC e de 8,5 a 15,6 kg/TC, respectivamente. A coprodução individual de xilana na biorrefinaria 1G2G apresentou redução de 2,17% e 17,5% no rendimento de etanol e um aumento de 0% e 39,5% no excedente de eletricidade nas formas de extração enzimática e química, respectivamente. A fração de bagaço queimado foi largamente maior quando se empregou a via química para produção de xilana, resultado do maior consumo energético. A coprodução de lignossulfonatos na biorrefinaria 1G2G teve comportamento similar. Entretanto, os cenários com coprodução simultânea de xilana e lignossulfonatos apresentaram maiores vantagens sobre os cenários isolados. Com relação aos custos com investimento, a produção de xilana por via enzimática foi quase 4,5 vezes maior em comparação ao cenário da xilana obtida por via química. No cenário em que a taxa interna de retorno (TIR) correspondeu a 12% ao ano (valor presente líquido (VPL)=0), o PMV da xilana foi de R$0,35 e R$4,38 para a produção por via enzimática e química, respectivamente. Para a coprodução de lignossulfonato, alcançou-se uma TIR anual de 13,22%, acompanhada de um VPL de aproximadamente R$92 milhões. Entretanto, melhores perspectivas econômicas foram alcançadas quando houve a coprodução simultânea dos bioprodutos, ao observar reduções de 77% e 14% no PMV para as xilanas por via enzimática e química, respectivamente. Ficou notória a contribuição da coprodução de xilana e lignossulfonatos em biorrefinarias com produção integrada de etanol 1G2G, tendo como pré-tratamento da biomassa o método de sulfito alcalino. Melhor desempenho econômico pode ser alcançado integrando coprodutos de maior valor agregado, o que também resulta no fomento da bioeconomia. Ademais, as análises permitiram a identificação dos gargalos tecnológicos, bem como a definição de metas operacionais a serem solucionadas em trabalhos de pesquisa.

Biorefineries are emerging as industrial matrices of sustainable processes aiming to employ renewable sources in bioproduct generation. However, this renewable approach must be economically attractive to replace non-renewable processes effectively. Thus, the main objective of this study was to evaluate the economic sustainability of integrated biorefinery scenarios with 1G ethanol, 2G ethanol, and electricity production, and the, both individually and simultaneously, xylan and lignosulfonate co-production, using sugarcane as the feedstock. For this purpose, seven scenarios were defined, including the 1G ethanol production and its integration with the 2G ethanol production, followed by xylan and lignosulfonates coproduction, both individually and simultaneously. Two extraction methods were considered for the scenarios involving xylan production: biologically (enzymatic) and chemically (sodium hydroxide). The scenarios were simulated using the Aspen Plus® software, obtaining mass and energy balance data and conducting the economic sustainability assessment. The minimum selling price (MSP) for xylan was calculated through an incremental analysis. Anhydrous ethanol production and surplus electricity yields varied from 81.1 to 105.87 L/TC and 83 to 189.2 kWh/TC, respectively. Xylan and lignosulfonates had yields ranging from 8.1 to 98.3 kg/TC and 8.5 to 15.6 kg/TC, respectively. The xylan individual co-production in the 1G2G biorefinery showed a 2.17% and 17.5% reduction in ethanol yield and a 0% and 39.5% increase in surplus electricity for enzymatic and chemical extraction, respectively. Burnt bagasse fraction was significantly higher when the chemical route was employed for xylan production, as a result in higher energy consumption. Lignosulfonates co-production in the 1G2G biorefinery exhibited similar behavior. However, simultaneous co-production scenarios with xylan and lignosulfonates demonstrated greater advantages over individual scenarios. Regarding investment costs, the xylan enzymatic production was almost 4.5 times higher than the xylan obtained chemically. In the scenario where the internal rate of return (IRR) corresponded to 12% per year (net present value (NPV) = 0), the xylan MSP was R$0.35 and R$4.38 for enzymatic and chemical production, respectively. Approximately 13.22% annual IRR was achieved for lignosulfonate co-production, accompanied by R$92 million NPV. However, better economic prospects were achieved when there were simultaneous coproduction bioproducts, resulting in 77% and 14% reductions in MSP for enzymatic and chemical xylans, respectively. The contribution of xylan and lignosulfonate co-production in biorefineries with 1G2G ethanol integrated production, utilizing the alkaline sulfite method as biomass pretreatment, was evident. Better economic performance can be achieved by integrating co-products with higher added value, which results also in fostering the bioeconomy. Furthermore, the analysis allowed the technological bottlenecks identification, as well as the operational goals definition, to be addressed in future research.