Seawater and wastewater from shrimp production as alternatives in the fermentation of fruit residue for ethanol production

Abstract

Na produção de biocombustíveis, a água é consumida principalmente no cultivo das culturas energéticas, extração de carboidratos e fermentação. Estudos recentes mostraram que são necessários aproximadamente 9,8 L de água para produção de 1 L de etanol a partir de biomassa. Com a crescente produção de biocombustíveis espera-se um aumento no consumo da água doce. Relatos da literatura apontam que esse acréscimo pode ser de 5,5% até 2030, o que aplicará uma carga adicional sobre os recursos de água doce. Uma opção frente a essa problemática é o desenvolvimento de sistemas de produção de bioetanol baseado na utilização da água do mar e águas residuárias, o que pode reduzir o estresse sobre os recursos de água doce. Os poucos trabalhos desenvolvidos nessa temática apresentaram resultados promissores ao utilizar a água do mar e águas residuárias em etapas da produção de etanol, portanto outras investigações e contribuições sobre a temática são relevantes. Diante disso, esse trabalho investigou a viabilidade técnica do uso de água do mar (SW) e água da produção de camarão (WSP) para substituir a água doce na fermentação de resíduo industrial de laranja e resíduo de mamão do setor de hortifrúti pelas leveduras Wickerhamomyces sp. UFFS-CE-3.1.2 e S. cerevisiae CAT-1. O resíduo de mamão apresentou elevadas concentrações de açúcares livres, se mostrando como uma fonte ideal para a produção de etanol. Já o resíduo industrial de laranja apresentou baixas concentrações de açúcares livres, por isso foi submetido a uma etapa de tratamento ácido para solubilização dos açúcares presentes nos polissacarídeos. Os resultados mostraram que a água do mar pode ser uma alternativa promissora à água doce para o setor de biocombustíveis e que os resíduos de frutas são substratos promissores para a produção de etanol.

Abstract: In biofuels production, water is consumed mainly in the cultivation of energy crops, extraction of carbohydrates, and fermentation. Recent studies have shown that approximately 9.8 L of water are needed to produce 1 L of ethanol from biomass. With the increasing production of biofuels, an increase in freshwater consumption is expected. Literature reports indicate that this increase could be up to 5.5% by 2030, which will apply an additional burden on freshwater resources. One option is developing bioethanol production systems based on seawater and wastewater, which may reduce stress on freshwater resources. The few works set on this topic have presented promising results when using seawater and wastewater in ethanol production stages, so other investigations and contributions on this topic are relevant. Therefore, this work investigated the technical feasibility of using seawater (SW) and shrimp production water (WSP) to replace freshwater in the fermentation of industrial orange and papaya residues from the fruit and vegetable sector with the yeasts Wickerhamomyces sp. UFFS-CE-3.1.2 and S. cerevisiae CAT-1. The papaya residue presented high concentrations of free sugars, showing itself as an ideal source for ethanol production. The industrial orange residue introduced low concentrations of free sugars, so it was submitted to an acid treatment stage to solubilization of the sugars present in polysaccharides. The results showed that seawater could be a promising alternative to freshwater for the biofuels sector and those fruit residues are promising substrates for ethanol production.