No Brasil, o desenvolvimento do processo de produção de etanol a partir do bagaço da cana-de-açúcar é relevante, dada a alta disponibilidade dessa matéria-prima. Entretanto, a viabilidade econômica da produção do etanol 2G requer o aproveitamento integral da matéria-prima em um contexto de biorrefinaria. Diversas alternativas têm sido avaliadas para as diferentes etapas envolvidas como hidrólise e fermentação, as quais podem ser realizadas separadamente, ou de forma simultânea em um sistema SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). Neste último caso, com cofermentação de pentoses e hexoses, o processo é denominado SSCF (Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation). Neste contexto, foi proposto o desenvolvimento de pré-tratamentos oxidativos assistidos por cavitação hidrodinâmica (CH) para bagaço de cana-de-açúcar, com a utilização do material pré-tratado para produção de etanol em sistemas sequenciais e SSCF com colunas interligadas. Pré-tratamentos oxidativos com O₃ e H₂O₂ assistidos por CH foram avaliados em pH neutro, enquanto que em outra etapa foram testados diferentes valores de pH no pré-tratamento assistido por CH com a presença de O₃ . Nesse estudo, para o pH otimizado de 5, foi avaliado também o uso de catalisador de sulfato de ferro (5-15mg/L). Para todos os pré-tratamentos, foram conduzidos experimentos segundo um delineamento estatístico para avaliar a influência de variáveis relevantes. Em todos os casos, nas condições otimizadas, rendimentos de hidrólise de cerca de 90% foram atingidos na hidrólise enzimática subsequente, com tempo de pré-tratamento de 10 min. Empregando o hidrolisado obtido a partir de bagaço pré-tratado por CH, fermentação com Saccharomyces cerevisiae IR2 foi realizada para produção de etanol, obtendo-se 50g/L em 12 horas. O etanol foi então separado do caldo fermentado e, na vinhaça obtida, foi realizada a produção de xilitol empregando a levedura Candida tropicalis UFMGBX12, obtendo-se 32g/L de xilitol em 48 horas. Para o bagaço pré-tratado por processo oxidativo assistido por CH em pH 5, foi avaliada a produção de etanol em sistema SSCF usando reatores de coluna interligados. Neste processo, a produção de etanol foi estudada usando células de Scheffersomyces parashehatae em sistema SSCF em batelada simples e alimentada, os quais apresentaram uma produtividade de 0,35 (g/(L.h)) e 0,45 (g/(L.h)), respectivamente. A cavitação hidrodinâmica mostrou ser uma técnica interessante, sendo testada também na etapa de hidrólise enzimática, resultando na redução do tempo de processo. Neste caso, em condições otimizadas (18 FPU/g e 50°C), 93% e 77% de rendimento de hidrólise da glucana e da xilana foram observados, respectivamente após 12h. Considerando os resultados obtidos, a cavitação hidrodinâmica e as técnicas de fermentação sequencial e simultânea mostraram-se como estratégias promissoras para intensificação dos processos em biorrefinarias.

In Brazil, the development of the ethanol production process from sugarcane bagasse is significant given the high availability of this raw material. However, the economic feasibility of producing 2G ethanol requires the full utilization of the raw material in a biorefinery context. Several alternatives have been evaluated for the different steps involved. Hydrolysis and fermentation can be carried out separately or simultaneously, in a SSF system (Simultaneous Saccharification and Fermentation). In the latter case, with co-fermentation of pentoses and hexoses, the process is called SSCF (Simultaneous Saccharification and Co-fermentation). In this context, the development of oxidative pre-treatments for sugarcane bagasse assisted by hydrodynamic cavitation (HC) was proposed, using pre-treated material for ethanol production in sequential systems and SSCF with interconnected columns. Oxidative pre-treatments with O₃ and H₂O₂ assisted by HC were evaluated at neutral pH. In another step, different pH values were tested in the pre-treatment assisted by CH with the presence of O₃ . In this study, the use of iron sulfate catalyst (5-15mg/L) was also evaluated for the optimized pH of 5. For all pre-treatments, experiments were conducted using statistical design to assess the influence of relevant variables. Under optimized conditions, hydrolysis yields of around 90% were achieved in the subsequent enzymatic hydrolysis, with pretreatment time of 10 min in all cases. Using the hydrolysate obtained from HC pre-treated bagasse, fermentation with Saccharomyces cerevisiae IR2 was carried out to produce ethanol, obtaining 50g/L in 12 hours. The ethanol was then separated from the fermented broth, and xylitol production was carried out in the vinasse obtained using the yeast Candida tropicalis UFMGBX12, obtaining 32g/L of xylitol in 48 hours. For bagasse pre-treated by HC-assisted oxidative processes at pH 5, ethanol production was evaluated in a SSCF system using interconnected column reactors. In this process, ethanol production was studied using Scheffersomyces parashehatae cells in the SSCF system in single and fed batches, which showed a productivity of 0.35 (g/(L.h)) and 0.45 (g/(L.h)), respectively. Hydrodynamic cavitation was shown as an interesting technique, and also was tested in the enzymatic hydrolysis step, reducing the process time. Under optimized conditions (18 FPU/g and 50°C), a hydrolysis yield of 93% and 77% for glucan and xylan, respectively, was observed after 12h. Considering the results obtained, hydrodynamic cavitation and sequential and simultaneous fermentation techniques proved to be promising strategies for intensifying processes in biorefineries.