2ª Geração

Laboratório Nacional de Biorrenováveis desenvolve coquetel enzimático para E2G

Tecnologia customizada para a produção de etanol a partir do bagaço e palha de cana-de-açúcar pode chegar ao mercado em até dois anos


LNBR/CNPEM - 17 jun 2020 - 11:54

Com uma produção de etanol que ronda a casa dos 30 bilhões de litros ao ano, o Brasil é um dos principais players do mercado mundial. Praticamente todo este combustível, no entanto, é chamado de etanol de primeira geração (E1G), obtido a partir da fermentação do caldo da cana para obtenção do álcool.

Um mercado em ascensão, no entanto, enxerga os resíduos do setor sucroenergético (bagaço e palha de cana) como uma fonte rica em açúcares. Segundo o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), nas previsões mais otimistas, há um potencial de até 15 bilhões de litros de etanol de segunda geração (2G) ou celulósico.

Acessar estes açúcares, porém, depende de combinações de enzimas importadas e caras, que chegam a representar até 50% do custo de produção do etanol 2G. Todavia, uma pesquisa do CNPEM pode mudar este cenário. Pesquisadores do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) protegeram uma tecnologia nacional para a produção de coquetéis enzimáticos de alta eficiência a partir de uma linhagem do fungo Trichoderma reesei, por meio de dois pedidos de patente.

Com modificações no fungo, os cientistas observaram uma produção de cerca de 80 g/l de enzimas, a mais alta já descrita em uma publicação científica a partir de fontes de carbono (açúcar) de baixo custo. Além da alta concentração de enzimas, o coquetel produzido pelo fungo geneticamente modificado também apresentou eficiência de sacarificação da ordem de 60% a 70%, números próximos aos vistos em coquetéis comerciais.

Em estágio avançado de desenvolvimento e com empresa interessada no licenciamento das patentes, a tecnologia se encontra em fase final de escalonamento em planta piloto e já superou as etapas de análise tecnoeconômicas e ambientais.

Para fins de comparação, a mais alta concentração de enzimas até então relatada para este tipo de fungo, com a utilização de uma fonte de carbono de baixo custo, havia sido de 37 g/l, resultado observado em uma linhagem proprietária, o que dificulta a pesquisadores a reprodução do trabalho.

Tecnologia em estágio avançado

A produção do coquetel enzimático do LNBR tem sido acompanhada de avaliações técnico-econômicas detalhadas e periódicas, uma vez que a sua competitividade econômica é considerada crucial para o desenvolvimento, a consolidação e o sucesso da tecnologia do etanol 2G.

Dentre os fatores mais relevantes que vem sendo monitorados, o CNPEM destaca os custos operacionais relacionados aos insumos, especialmente os gastos da fonte de carbono utilizada. Outros fatores importantes são aqueles relacionados às utilidades de processo (eletricidade e vapor), bem como ao investimento com equipamentos necessários para a produção do coquetel em unidades integradas ao processo de etanol celulósico, denominadas on-site.

“Alguns de nossos resultados mais recentes têm mostrado um avanço significativo na redução dos custos operacionais de produção por quilograma de proteína. A literatura científica afirma que os custos de produção em unidades on-site devem variar entre US$ 4 a 10 por quilo de proteína e nossas avaliações têm apontado uma tendência de aproximação cada vez maior dos valores mínimos observados nesse intervalo de custos”, explica o pesquisador Edvaldo Morais, que é especialista em análises tecnoeconômicas no LNBR.

Biotecnologia e ciência de ponta

Com o uso de uma ferramenta de edição genética conhecida como CRISPR/Cas9, especialmente customizada para este fungo, os pesquisadores puderam realizar modificações genéticas decisivas no microrganismo, incluindo edição de fatores de transcrição, deleção de proteases e a inserção de enzimas heterólogas (enzimas de interesse, oriundas de outros microrganismos, e que com o processo de inserção no fungo o habilitam a produzi-las também).

“É surpreendente o aumento verificado na capacidade de produção e na qualidade do coquetel de enzimas gerado pelo fungo que desenvolvemos”, relata o líder da pesquisa no LNBR, Mario Murakami.

Além da alta concentração de enzimas por grama por litro, o coquetel produzido pelo fungo geneticamente modificado também apresentou eficiência de sacarificação semelhante à de um coquetel comercial. “Esta plataforma foi concebida de forma que fosse totalmente integrável as usinas sucroalcooleiras do país, sem custo de downstream, transporte e armazenamento”, acrescenta Murakami.

Na esteira de vantagens da tecnologia desenvolvida no CNPEM, os pesquisadores destacam que o fungo é capaz de produzir todas as enzimas necessárias para a hidrólise enzimática, visto que uso combinado de distintas fontes produtoras de enzimas tem se mostrado impraticável na realidade industrial.

Com o estudo, os pesquisadores também afirmam que foram capazes de desmistificar a ideia de que o desenvolvimento de uma linhagem competitiva para a produção industrial de celulases levaria décadas de pesquisas e investimentos, desencorajando iniciativas.

“Com o desenvolvimento de tecnologias avançadas de biologia molecular, novas perspectivas de múltiplas modificações genéticas se mostraram plenamente viáveis, deixando no passado as então restrições por baixas eficiências de transformação obtidas com este fungo”, afirma Murakami.

De acordo com ele, o trabalho representa um avanço significativo neste campo de pesquisa, o que deverá pautar estudos futuros relacionados à produção de enzimas com este fungo e, possivelmente, impactar também o setor de produção industrial de enzimas.

Coquetel enzimático amplia perspectivas do setor

Com uma moagem de cana da ordem de 633 milhões de toneladas por safra, o Brasil gera cerca de 70 milhões de toneladas de massa seca de palha, conforme dados da Companhia Nacional de Abastecimento (Conab).

Com aplicações diversas, hoje a palha é utilizada pelas usinas para a cogeração de energia elétrica, processo que tem sido aperfeiçoado pelo Projeto Sucre (Sugarcane Renewable Electricity). A iniciativa, implementada pelo LNBR, é financiada pelo Fundo Global para o Meio Ambiente (GEF) e gerida em parceria com o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD).

Desde 2015, o LNBR trabalha em parceria com 20 usinas no Brasil no desenvolvimento de tecnologias industriais e protocolos para a geração de energia limpa, com baixa emissão de gases de efeito estufa (GEE).

A mesma palha utilizada para energia, no entanto, também pode ser adotada para a produção de etanol 2G. Essa flexibilidade seria altamente desejável, pois permitiria às usinas adequar sua produção à demanda, optando pela geração de energia ou produção de biocombustível, de acordo com movimentos observados no mercado.

“O Sucre é um marco no setor sucroenergético brasileiro pois foi responsável por identificar as barreiras que estavam inibindo um uso mais amplo da palha, sugerindo alternativas para contorná-las. Desta forma, viabilizou a geração de energia excedente, ampliando acesso a oferta de energia limpa bem como a atuação das usinas”, afirma o diretor do projeto, Regis Leal.

Ele ainda completa: “Um coquetel enzimático brasileiro, com custo competitivo, enriquece o potencial da palha e de outros subprodutos e garante uma utilização ainda mais eficiente da matéria-prima”.


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