Etapas da produção de cerveja

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Ciclo da produção do Etanol

O etanol (álcool etílico) é um álcool derivado de cereais e vegetais que vem representando cada vez mais no Brasil, uma parcela significativa do consumo mundial, graças a seu grande atrativo de ser utilizado como combustível renovável limpo, cuja queima auxilia na redução dos gases causadores do aquecimento global. Além dos benefícios biológicos o etanol ainda possui um preço acessível e ajuda a manter a economia do país. É graças a esses e outros benefícios que iremos abordar nesse trabalho as principais características do etanol, analisando sua formação – que no Brasil é dada através da cana-de-açúcar-, sua toxicidade a fim de ter uma melhor noção sobre seu manuseio, seu o ciclo de produção realizado a partir da cana-de-açúcar, do milho, da beterraba, da madeira e da celulose, mostrando cada etapa desse ciclo através de explicações e fluxogramas, dente outros.


Para ter um melhor aproveitamento do etanol e ter um produto dentro dos parâmetros procuramos também entender o reuso e a reciclagem do produto não-utilizável e de como é feito o descarte do mesmo.

Outro aspecto importante sobre o etanol que analisamos foi acerca de seu mercado consumidor, identificamos os principais países exportadores, o quanto o etanol é consumido em cada um e qual a previsão para o futuro, como é feita a comercialização do etanol brasileiro, além de entender os futuros projetos para a exportação do mesmo.

Toxicidade e medidas preventivas

Perigo a saúde (Azul): 0 - Estável: Não causa dano à saúde

Inflamabilidade (Vermelho): 3 - Perigo: Líquido inflamável com pressão de vapor abaixo de 38 ºC

Reatividade (Amarelo): 0 – Estável: Não reativo quando misturado com água

Risco específico (Branco): dado não disponível



A toxicidade pelo etanol mostra-se relacionada à dose, mas a tolerância varia amplamente entre os indivíduos. Níveis sangüíneos maiores do que 100 mg/dl definem, em termos legais, o estado de intoxicação e estão tipicamente associados com ataxia; com 200 mg/dl, os pacientes estão sonolentos e confusos. Com níveis acima de 400 mg/dl geralmente há depressão respiratória, podendo levar à morte.

Para prevenir tais riscos à saúde, principalmente durante o processo de produção e exportação do etanol, seu manuseio e armazenamento devem ser realizados com cuidado. O álcool deve ser mantido em um container (que é tóxico, pois contém resíduos) bem fechado, em local fresco, seco e bem ventilado. Deve ser guardado em locais longe de fontes de calor, de ignição e de substâncias oxidantes e incompatíveis. Nos locais de trabalho a quantidade de álcool etílico deve ser suficiente para apenas uma jornada, sendo que a substância pode ser armazenada também em recipientes de ferro, aço, cobre e alumínio. O vidro é recomendado apenas para pequenas quantidades.

Efeitos potenciais à saúde durante manuseio do etanol

►Inalação


Causa irritação às vias respiratórias. Em altas concentrações causa problemas no sistema nervoso central, dor de cabeça, inconsciência e coma. Pode causar efeitos narcóticos.

►Ingestão

Causa irritações gástricas, vômito e diarréia. Pode causar inconsciência, coma e morte.

►Contato com a pele

Causa dermatoses e irritações moderadas.

►Contato com os olhos

Causa severa irritação nos olhos. Pode causar conjuntivite e problemas na córnea.

►Exposição crônica

A exposição contínua a concentrações elevadas pode provocar irritação nas vias respiratórias, olhos, dor de cabeça, vertigens, náuseas e sonolência, podendo causar, em alguns casos, a perda total da consciência. Causa efeitos mutagênicos e fetais.


►Agravo de condições pré- existentes

Pessoas com desordens de pele, olhos, fígado, rim, problemas de respiração crônica ou problemas no sistema nervoso central podem ser mais suscetíveis aos efeitos dessa substância.

Controle de qualidade

Define as características essenciais para o etanol anidro não-desnaturado a ser usado como mistura em combustível, ou seja saber a porcentagem de cada componente a ser usado assim como seu estado físico. O controle de qualidade define e padroniza também métodos, unidade e limites aceitáveis para cada parâmetro, para que dessa maneira todos os componentes possam estar no Sistema Internacional (SI), diminuindo erros nos compostos.
Realiza testes interlaboratoriais para conhecer a repetibilidade e reprodutibilidade dos métodos. Essa é a parte mais rigorosa, pois nos testes o controle é comprovado em seus parâmetros ideais, garantindo o selo de controle de qualidade ou alegando os erros encontrados, impossibilitando assim, que o produto adquira seu selo de controle de qualidade.

Existem desde métodos simples até complexos, para garantir o controle de qualidade da produção até a finalização do produto, alguns desses métodos podem ser realizados nas indústrias, assim diminui os erros quando for passar pelo controle. Os materiais a serem utilizados devem ter o certificado de referência para etanol anidro, isso garante a confiabilidade dos laboratórios.

Para garantir que o produto obtenha o controle de qualidade, ele passa por laboratórios qualificados que aumentam a confiabilidade do produto.

A empresa deve comparar a composição do etanol com o de outros países, devendo observar os processos realizados para cada tipo de etanol, pois dependendo da matéria-prima a qualidade é diferente assim como os processos realizados. As amostras desses etanóis também têm que ser analisados pelos métodos definidos em cada especificação, assim as empresas devem realizar comparação dos métodos, para ver o que compensa mais numa visão econômica.

Propriedades físico-químicas

O etanol (álcool etílico) é o mais comum dos álcoois e caracteriza-se por ser um composto orgânico de fórmula estrutural CH3CH2OH, obtido por meio da fermentação do amido e outros açúcares como a sacarose existente na cana-de-açúcar.
Analogamente à água, os álcoois apresentam caráter polar, mais acentuado nos compostos de menor peso molecular. No caso dos álcoois, esse caráter se deve à presença do grupamento hidroxila, no qual o átomo de oxigênio, por ser mais eletronegativo que o de hidrogênio, atrai os elétrons compartilhados na ligação O-H, levando-os a assumir uma distribuição espacial assimétrica. Além disso, o ponto de ebulição desses compostos é relativamente alto, graças à presença da ligação tipo pontes de hidrogênio entre as moléculas.

Os álcoois são solúveis em água, embora a solubilidade diminua à medida que seu peso molecular aumenta. Alguns álcoois, como o etanol, são bons solventes de outros compostos orgânicos não solúveis em água.

Quanto ao caráter ácido-básico desses compostos, os álcoois podem atuar como bases fracas, em presença de ácidos fortes, tais como o nítrico e o sulfúrico, ou como ácidos, reagindo com metais mais reativos para formar alcoóxidos. O caráter básico dos álcoois se deve à presença de dois pares de elétrons que não participam da ligação entre os átomos de oxigênio e hidrogênio do grupamento hidroxila.

A viscosidade dos álcoois aumenta à medida que seu peso molecular cresce. Assim, enquanto o metanol é líquido a temperatura ambiente, o n-icosanol, com vinte átomos de carbono na cadeia, é sólido. Os álcoois são inflamáveis quando em presença de uma chama, em atmosfera de ar ou oxigênio, transformando-se totalmente em água e gás carbônico, com grande desprendimento de energia. Algumas características específicas do álcool etílico (etanol) são:

Estado Físico: Líquido

Forma: Límpido

Cor: Incolor

Odor: Característico

pH: Neutro

Temperaturas específicas:

- Ponto de Ebulição: 78,4ºC

- Faixa de destilação: 76,0 – 79,0 ºC (760mmHg)

- Ponto de fusão: -114,5 ºC

- Ponto de fulgor: 13,0 ºC

Limites de explosividade:

- Inferior (LEI): 3,3%

- Superior (LES): 19,0%

Pressão de vapor: 0,060 kgf/cm2 (20 ºC)

Densidade de vapor: 1,59 (ar=1)

Densidade: 0,806 – 0,810 g/cm3

Solubilidade: água: solúvel

Outras características do produto

Algumas características próprias do etanol são: apresenta pureza expressa em graus Gay Lussac, para uso doméstico tem 96 ºGL; é capaz de dissolver substâncias orgânicas; é um composto orgânico saturado; pode ser dissolvido em água em qualquer quantidade; quando queima gera uma chama com desprendimento de calor e não apresenta fuligem; seu peso molecular é 46; a massa especifica do etanol é 789,1 kg/m3; seu calor latente é 921096,00 J/kg; os valores Caloríficos são: 26990,90 J/kg (mais baixo) a 29,23 J/kg (mais alto); a razão ar-combustível é 9,0:1; e o índice de cetano presente é 10.
As usinas produzem o etanol (no Brasil essa produção é a partir da cana-de-açúcar) para ser usado principalmente como combustível de automóveis, pois este é menos poluente do que os outros combustíveis, principalmente os derivados do petróleo. A outra parte da produção da cana é destinada para a produção de açúcar e aguardente.

Esse álcool pode ser utilizado de diferentes formas como solvente em processos industriais, por exemplo, ou como anti-séptico, conservante, componente de diversas bebidas alcoólicas, usado até em desinfetantes domésticos e hospitalares, e como solvente de fármacos importantes. Mais recentemente, o etanol vem sendo muito usado como combustível renovável, formado a partir da biomassa.

A utilização do etanol como combustível no contexto histórico

O álcool etílico vem sendo utilizado como combustível desde o nascimento dos automóveis, na tentativa de adaptar os motores recém inventados para a sua utilização, porém sofreu altos e baixos durante os anos, e só está recebendo devida atenção a pouco tempo.

A partir da crise do petróleo, na década de 1970, o Governo brasileiro, numa atitude isolada internacionalmente, criou o programa Pró-Álcool, e o etanol começou a receber as atenções como biocombustível de extrema utilidade. Enquanto o governo promovia estudos econômicos para a sua produção em grande escala, oferecendo tecnologia e até mesmo subsídios às usinas produtoras de açúcar e álcool, as indústrias automobilísticas instaladas no Brasil na época - Volkswagen, Fiat, Ford e General Motors - adaptavam seus motores para receber o álcool combustível. Daí surgiriam duas versões no mercado: motor a álcool e a gasolina.

O primeiro carro a álcool lançado foi o Fiat 147 em 1978. Dessa data até 1986, o carro a álcool ganhou o gosto popular dos brasileiros, sendo que a maioria dos veículos saídos das montadoras brasileiras naquele ano utilizavam esse combustível. A partir de então, o consumo de álcool apresentou queda gradual. Os motivos passam pela alta no preço internacional do açúcar, o que desestimulou a fabricação de álcool. Com o produto escasseando no mercado, o Governo brasileiro iniciou a importação de etanol dos Estados Unidos, em 1991, ao tempo que ia retirando, progressivamente, os subsídios à produção, promovendo a quase extinção do Pró-Álcool. A queda no uso deste biocombustível também se deveu, ao longo da década de 1990, a problemas técnicos nos motores a álcool, incapazes de um bom desempenho nos períodos frios, principalmente.

Durante a década, com altas inesperadas no preço do petróleo, o álcool seria misturado à gasolina, numa taxa em torno de vinte por cento, como forma de amenizar o preço da gasolina ao consumidor. No início do século XXI, na certeza de escassez e de crescente elevação no preço dos combustíveis fósseis, priorizaram-se novamente os investimentos na produção de etanol por um lado e, por outro, um amplo investimento na pesquisa e criação de novos bicombustíveis. Diante de uma situação nacional antiga e inconstante, justamente causada pelas altas e baixas do petróleo, as grandes montadoras brasileiras aprofundaram-se em pesquisas e, dessa forma, lançaram uma tecnologia revolucionária: os carros dotados de motor biocombustível, fabricados tanto para o uso de gasolina quanto de álcool – os conhecidos motores flex.

Por que é o combustível mais viável atualmente

O etanol é considerado um combustível “verde”, cuja emissão de CO2 durante o processo de produção ou no cano de descarga dos carros é menor que a proveniente do diesel e da gasolina. Ele é o mais viável atualmente devido sua vantagem de aproveitar toda a estrutura logística da gasolina e do diesel, coisa que o biodiesel também realiza, porém o etanol chega a ser até mais viável que o biodiesel, pois apresenta uma equação econômica ainda mais favorável em razão de produtividade. Com 1 hectare de terra se consegue produzir 7500 litros de etanol, enquanto no caso do biodiesel de soja, obtêm-se apenas 600 litros por hectare. Além do mais, comparada ao petróleo em termos de economia, o etanol continua sendo o mais atraente mesmo que o preço do barril de petróleo caia a 35 dólares. Todas as demais alternativas energéticas “verdes” só se tornam economicamente atraentes quando o barril de petróleo está valendo no mínimo, 80 dólares.

Vantagens do etanol sobre a gasolina para os consumidores

de o álcool ser menos econômico em relação à gasolina, ele dá mais potência ao motor, fazendo com que o automóvel ganhe força de arranque e velocidade final (atributos pelos quais alguns carros de corrida estão utilizando o combustível). Como tem rendimento inferior ao da gasolina (é preciso mais álcool para o veículo percorrer a mesma distância), o álcool tem de custar no máximo 70% do valor da gasolina, para que seu preço seja economicamente compensador ao consumidor. Por exemplo, com o litro de gasolina a 2,50 reais, vale a pena usar o álcool se ele estiver no máximo a 1,75 reais. Dependendo do preço do combustível na bomba o consumidor pode optar por usar etanol puro ou misturado à gasolina, que tornará o abastecimento mais barato. Além do problema do rendimento os carros a álcool também têm maior dificuldade para começar a funcionar em ambientes mais frios. Porém não é necessário substituir o combustível no inverno, basta ter o reservatório de gasolina localizado junto ao motor sempre abastecido.


Outro fator importante que os consumidores devem ter em vista são os meios que provocam variações no preço do etanol. Por ser um produto de base agrícola, o etanol está sujeito às variações de preço em razão da safra e de fenômenos climáticos, situação que só será resolvida quando dor criado um estoque regulador. O preço do petróleo também influencia, pois acaba virando uma referência ao revendedor, que pode tentar aumentar sua margem de lucro.

Pelo fato de o etanol ser mais corrosivo do que a gasolina, os motores dos carros flex e a álcool têm de ser fabricados com ligas especiais, mais resistentes, preparados para trabalhar a vida inteira – o que torna desnecessário a intercalação de álcool com gasolina para manter o motor lubrificado. Sendo assim não há diferenças em relação a durabilidade dos motores a diesel, gasolina e etanol. Porém veículos pesados como caminhões, não poderão usar o etanol como combustível devido essa ligas resistentes que não se adaptam aos grandes veículos. Nesse caso a melhor alternativa energética seria o biodiesel, que ainda não conseguiu alcançar o mesmo patamar de produtividade que o etanol de cana-de-açúcar.

Extração da Matéria-prima

Hoje o etanol pode ser produzido a partir de diferentes matérias-primas, sendo as mais desenvolvidas a cana-de-açúcar e o milho. Alguns países utilizam também a beterraba, o trigo e a mandioca.
A extração da cana-de-açúcar consiste no processo físico de separação de fibra (bagaço), podendo ser feito por moagem, processo onde a separação é feita por pressão mecânica dos rolos da moenda sobre o colchão de cana desfibrada, e por difusão, onde a separação é feita pela lavagem da sacarose absorvida ao colchão de cana.
Do milho, o etanol é obtido após a hidrólise do amido liberando as moléculas de açúcares que são transformados em álcool pelo processo de fermentação.

Da beterraba, é extraído o açúcar, que é fermentado para produzir o álcool. A partir da beterraba o processo é mais simples porque o açúcar já está livre para ser fermentado.

Da madeira, a celulose é hidrolizada para liberar os açúcares que são submetidos ao processo de fermentação para a produção. Na madeira temos as ligninas que são resinas difíceis de serem tratados.

Uma outra opção que está ainda na fase de testes e estudos, é o etanol celulósico, extraído da celulose proveniente das paredes celulares da planta, tais como o bagaço, o caule e as folhas, usadas aí como matérias-primas. Esse etanol é produzido através de um processo químico que quebra a celulose, e adiciona após sua redução a componentes básicos, levedura, sendo após tal adição o produto fermentado com álcool. Depois de refinado, o etanol produzido pode ser usado como combustível, e apresenta certas vantagens em relação aos etanóis produzidos através de outras matérias-primas. Um exemplo dessas vantagens é a utilização da lignina (subproduto produzido quando a água é retirada da celulose) como combustível para alimentar as plantas na produção de etanol. Se a lignina puder ser controlada, pode tornar o processamento de etanol auto-sustentável. Além do mais, pesquisadores descobriram que cada unidade de energia usada na produção de etanol celulósico produzia 10 vezes mais energia, o que o torna mais rentável que o etanol produzido da cana-de-açúcar; descobriram também que o etanol celulósico pode precisar de 70% menos combustível fóssil para ser produzido, o que reduzirá em altas proporções a emissão de gases poluentes ao meio ambiente.

A produção de etanol no Brasil é feita a partir da cana-de-açúcar e obedece aos seguintes procedimentos:

1ª Etapa: Moagem da cana: a cana passa por um processador, nessa etapa obtém-se o caldo de cana, também conhecido como garapa que contém um alto teor de sacarose, cuja fórmula PE: C12H22O11.


2ª Etapa: Produção de melaço: o produto obtido no primeiro passo (garapa) é aquecido para se obter o melaço, que consiste numa solução de 40% (aproximadamente), em massa, de sacarose. O açúcar mascavo é produzido quando parte dessa sacarose de cristaliza.

3ª Etapa: Fermentação do melaço: neste momento, fermentos biológicos são acrescentados ao melaço, como o Saccharomyces, que é um tipo de levedura que faz com que a sacarose se transforme em etanol. A ação de enzimas é que realiza esse trabalho. Após esse processo, se obtém o mosto fermentado, que já contém até 12% de seu volume total em etanol.

4ª Etapa: Destilação do mosto fermentado: nesta etapa o produto, no caso o mosto, vai passar pelo processo de destilação fracionada e vai dar origem a uma solução cuja composição será: 96% de etanol e 4% de água. Existe uma denominação que é dada em graus, é o chamado teor alcoólico de uma bebida, no caso do etanol é de 96 º GL (Gay-Lussac).

A produção do etanol feito pelo milho

1ª Etapa: Tritura-se o milho por inteiro, é adicionado água e enzimas que facilitarão a transformação do milho em uma pasta em dextrose, um açúcar.


2ª Etapa: A pasta que se formou na trituração é aquecida pa diminuir o nível de bactérias.

3ª Etapa: Adicionasse ao açúcar aquecido levedura começando assim o processo de fermentação onde o açúcar é transformado em etanol e libera CO2.

4ª Etapa: O etanol é destilado com os processos de destilação simples, que será um etanol misturado usado na industria de alimentos e a destilação fracionada onde o etanol é separado das outras substancias para ser usado como combustível.

O processo do etanol feito pela beterraba

1ª parte: O açúcar é exposto a uma solução de fermentação transformando-se em Etanol

2ª parte: O açúcar passa pela destilação normal para fins alimentícios ou por destilação fracionada para fazer combustível.

A produção do etanol feita pela madeira

1ª Etapa: A madeira é posta sobre uma alta pressão e temperatura, nessas condições aplacasse uma solução de acido sulfúrico o que resultara em um açúcar contaminado com produtos tóxicos. Impróprio para fermentação.

2ª Etapa: O açúcar é tratado com 4 processos: Vaporização onde haverá um desprendimento do furfural e um resfriamento inicial do hidrolisado; Neutralização o PH é modificado para níveis ideais para a ação da levedura; Filtração o sulfato de cálcio é removido para evitar problemas durante o processo de fermentação; Resfriamento o hidrolisado é tem a temperatura reduzida para temperaturas ideais a ação das leveduras.

3ª Etapa: Após o processo de tratamento o açúcar é posto sob ação das leveduras e transforma-se em etanol.

4ª Etapa: O etanol sofrera uma destilação normal para ser usado em bebidas ou uma destilação fracionada pra ser usado como combustíveis.

O processo celulósico

1ª Etapa: A celulose é transformada em glicose durante a hidrólise. No caso da celulose pode ser usado 2 tipos de hidrólises:


Hidrólise enzimática: Diversas enzimas (celulase, a celobiase e a beta-glicosidase) são acrescentadas a celulose que se transformara em Glicose.

Hidrólise ácida: A celulose é posta em solução acida com 12% de água e temperatura elevada a 70ºC, após algumas horas se transforma em glicose.

2ª Etapa: Microorganismos Saccharomyces cerevisiae transformam a glicose em etanol e CO2.

3ª Etapa: O etanol pode passar por dois processos diferentes de destilação dependendo para qual função será usado, se for usado para fazer bebidas passara pela destilação normal, caso o etanol seja usado para a industria de combustíveis passara pela destilação fracionada onde será separado de impurezas e usado 100% puro.

O ciclo do Etanol