Effect of pretreatment on the ethanol and fusel alcohol production during fermentation of sugarcane press-mud

Abstract

Diminishing fusel alcohol content on bioethanol streams is a challenge that must be overcome to increase hydrogen (H2) yield by ethanol steam reforming (ESR). Herein, a split plot experimental design was used to assess the effect of temperature and HNO3 loadings, during the pretreatment of sugarcane press-mud for subsequent fermentation, over both ethanol and fusel alcohol content. Results showed that pretreatment temperature has an important effect on ethanol concentration during fermentation owing to the formation of reducing sugar during pretreatment. The highest both ethanol (64 g L−1) and fusel alcohol (547 mg L−1) content were obtained at 130 °C without HNO3. But, at 130 °C, the addition of 16 g HNO3 kg−1 solid reduced the ethanol and fusel alcohol concentrations by 3.5 % and 20 %, respectively. Therefore, HNO3 did have an important effect on the fusel alcohol production, but a small effect on the ethanol concentration after fermentation. Under said pretreatment conditions (i.e., 130 °C and 16 g HNO3 kg−1 solid), a possible production of 5.46 g H2 kg−1 of sugarcane press-mud was calculated from mass balance and empirical correlations. Therefore, the addition of HNO3 during biomass pretreatment could enhance further H2 production by ESR.

La disminución del contenido de alcohol de fusel en las corrientes de bioetanol es un desafío que debe superarse para aumentar la producción de hidrógeno (H2) mediante el reformado con vapor de etanol (ESR). En este documento, se utilizó un diseño experimental de parcelas divididas para evaluar el efecto de la temperatura y las cargas de HNO3, durante el pretratamiento del lodo de prensado de caña de azúcar para la fermentación posterior, sobre el contenido de alcohol de etanol y fusel. Los resultados mostraron que la temperatura de pretratamiento tiene un efecto importante en la concentración de etanol durante la fermentación debido a la formación de azúcares reductores durante el pretratamiento. El mayor contenido de etanol (64 g L-1) y alcohol de fusel (547 mg L-1) se obtuvo a 130 °C sin HNO3. Pero, a 130 °C, la adición de 16 g de HNO3kg−1 sólido redujo las concentraciones de etanol y alcohol de fusel en un 3,5 % y un 20 %, respectivamente. Por lo tanto, HNO3 tuvo un efecto importante en la producción de alcohol de fusel, pero un efecto pequeño en la concentración de etanol después de la fermentación. En dichas condiciones de pretratamiento (es decir, 130 °C y 16 g HNO3kg−1 sólido), se calculó una posible producción de 5,46 g H2kg−1 de lodo de prensado de caña de azúcar a partir del balance de masa y las correlaciones empíricas. Por lo tanto, la adición de HNO3 durante el pretratamiento de la biomasa podría mejorar aún más la producción de H2 por ESR.