Questão 109 — ENEM 2023 PPL
O etanol de segunda geração envolve o reaproveitamento dos resíduos do bagaço da cana e sua produção ocorre em um sistema fechado contínuo, que evita a evaporação. A figura ilustra esse processo.
CORONA CARVALHO, J. A. et al. Bagaço de cana-de-açúcar como fonte de glicose: pré-tratamento. Revista Virtual de Química, n. 9, nov. 2016 (adaptado).
Para evitar o rompimento da dorna por pressão, qual substância, além do combustível, deverá ser continuamente removida do sistema?
Alternativas
Resolução
Ficha da Questão
- Matérias necessárias: Química → Fermentação alcoólica + Bioquímica (glicólise + fermentação) + Estequiometria da reação.
- Nível: Fácil — apoia-se na equação-chave da fermentação alcoólica e na identificação do gás gerado (único responsável por aumentar pressão em sistema fechado).
- Tema/Habilidade BNCC: processos bioquímicos industriais e biotecnologia de combustíveis.
- Gabarito: E — dióxido de carbono (CO₂).
Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Além do etanol (líquido), qual substância precisa ser continuamente retirada da dorna para evitar acúmulo de pressão pelo rompimento do reator?"
- Palavras-chave decisivas: sistema fechado contínuo, pressão, dorna, evitar rompimento, além do combustível.
- Armadilha típica: marcar C (ácido lático) ou D (ácido pirúvico) — são subprodutos metabólicos líquidos, não aumentam pressão.
- Critério de acerto: identificar que o único gás produzido é CO₂, que precisa ser ventilado para não pressurizar o reator.
Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Fermentação alcoólica (Saccharomyces cerevisiae):
C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + energia.
Uma molécula de glicose gera 2 de etanol (líquido) + 2 de CO₂ (gás).
- Por que o CO₂ pressuriza o reator: gases têm volume molar alto (~22,4 L/mol nas CNTP). Em sistema fechado, cada mol de glicose gera 2 mol de gás → pressão sobe rápido.
- Contexto do etanol 2G (segunda geração): usa celulose/hemicelulose do bagaço, previamente hidrolisada em açúcares fermentescíveis. A fermentação subsequente gera os mesmos produtos (etanol + CO₂).
- Subprodutos não gasosos: ácido lático (fermentação láctica) e ácido pirúvico (intermediário da glicólise) aparecem em pequenas quantidades como contaminações bacterianas ou desvios metabólicos, mas são líquidos.
Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "sistema fechado contínuo, que evita a evaporação" → impede saída de etanol gasoso, mas não do CO₂ (que é incondensável à temperatura de fermentação).
- Evidência 2 (figura): a dorna contém CO₂, etanol, ácido lático, ácido pirúvico, bactérias contaminantes. Só o CO₂ é gás.
- Evidência 3: "evitar rompimento da dorna por pressão" → a pressão só pode vir de um gás → CO₂.
- Síntese: a substância a ser continuamente ventilada é CO₂, alternativa E.
Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Escrever a equação da fermentação
$$
\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \xrightarrow{\text{levedura}} 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2
$$
Subpasso 4.2 — Identificar a fase de cada substância
| Substância | Fase na dorna (~30°C) |
|---|---|
| Etanol | Líquido (em solução) |
| CO₂ | Gás |
| Ácido lático | Líquido (contaminante) |
| Ácido pirúvico | Líquido (intermediário) |
| Glicose | Sólido/líquido (substrato) |
Subpasso 4.3 — Motivo técnico da retirada contínua
- CO₂ acumulado pressuriza o reator → risco de ruptura mecânica e vazamento incontrolado.
- Na prática industrial, o CO₂ é coletado por tubulação com válvula de alívio e pode até ser purificado e vendido para indústria de refrigerantes e gelo seco.
Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) Etanol.
❌ Incorreta. O etanol é o combustível — é o que se quer coletar, não descartar. Além disso, em sistema fechado à temperatura da fermentação, permanece majoritariamente líquido.
B) Glicose.
❌ Incorreta. Glicose é o substrato (ponto de partida); é consumida pela levedura, não acumulada em excesso.
C) Ácido lático.
❌ Incorreta. Ácido lático é subproduto em concentrações pequenas (contaminação por Lactobacillus). É líquido — não pressuriza.
D) Ácido pirúvico.
❌ Incorreta. Ácido pirúvico é intermediário metabólico da glicólise; aparece em traços, é líquido. Não tem relação com pressão.
E) Dióxido de carbono. ✅ Correta.
Único gás produzido pela fermentação. 2 mols de CO₂ por mol de glicose gera pressão rapidamente em sistema fechado; remoção contínua é obrigatória.
🏆 Gabarito: E — CO₂.
Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação: pressão em reator = gás. Na fermentação alcoólica, o único gás relevante é o CO₂.
- Padrão de cobrança ENEM: reações industriais com balanceamento estequiométrico + identificação de fase dos produtos (gás × líquido × sólido). O gás é quase sempre a resposta em questões sobre pressão.
- Generalização: Regra do gás em sistema fechado — se o enunciado menciona pressão, procure o produto gasoso. Em reações orgânicas biotecnológicas, os suspeitos usuais são CO₂ (fermentação, respiração), H₂ (fermentação butílica), CH₄ (biodigestão anaeróbia).
- Dica de eliminação: riscar imediatamente substâncias líquidas (etanol, ácidos orgânicos) e sólidas (glicose). Sobra o gás.
- Conexões: produção de etanol 1G (melaço) e 2G (lignocelulose), respiração celular, biorreatores, produção industrial de bebidas.