Centro reuniu 45 especialistas da indústria, da academia e do governo para avaliar o estado da arte dos biocombustíveis celulósicos
Os desafios que as usinas de etanol celulósico estão enfrentando para conseguirem competitividade não é novidade para os cientistas pesquisando a segunda geração de biocombustíveis.
No entanto, o conhecimento nesta área se dispersa e não é fácil acompanhar os avanços deste mercado em maturação.
Pensando nisso um centro de pesquisa ligado ao governo dos EUA decidiu mergulhar no universo do etanol celulósico. A instituição reuniu 45 especialistas da indústria, da academia e do governo para avaliar o estado da arte dos biocombustíveis celulósicos.
O resultado deste encontro detalhando as discussões foi publicado este mês e divide os desafios em quatro áreas.
Observação: As barreiras industriais e de engenharia não fizeram parte do escopo do trabalho.
Os desafios que as usinas de etanol celulósico estão enfrentando para conseguirem competitividade não é novidade para os cientistas pesquisando a segunda geração de biocombustíveis.
No entanto, o conhecimento nesta área se dispersa e não é fácil acompanhar os avanços desse mercado em maturação.
Pensando nisso o Centro de Pesquisa Biológica e Ambiental (BER) do departamento de Energia dos EUA (DOE) decidiu mergulhar no universo do etanol celulósico. A instituição reuniu 45 especialistas da indústria, da academia e do governo para avaliar o estado da arte dos biocombustíveis celulósicos.
O encontro destes especialistas aconteceu em Washington D.C. em junho do ano passado, mas o documento detalhando as discussões foi divulgado apenas este mês pelo DOE.
Os desafios tecnológicos para os biocombustíveis celulósicos alcançarem o sucesso foram divididos em quatro áreas: desenvolvimento da matéria-prima, desconstrução lignocelulósica, combustíveis especiais e desenvolvimento de bioprodutos a partir da biomassa.
O centro de pesquisa do DOE informou que as barreiras industriais e de engenharia também são fundamentais para o desenvolvimento do mercado, mas não fizeram parte do escopo do trabalho.
1. Desenvolvimento da matéria-prima
Estabelecer uma bioeconomia sustentável, baseada na biomassa lignocelulósica vai requerer uma mudança fundamental em como as matérias-primas são produzidas, processadas e transportadas para as usinas e biorrefinarias.
Só agora matérias-primas específicas para a produção de etanol 2G estão sendo implementadas e testadas em campo, mas ainda precisam ser desenvolvidas por completo.
Culturas promissoras como a cana-energia, e gramíneas como a switchgrass e a Miscanthus, além de árvores como o choupo ou o álamo, estão sendo otimizadas para desenvolver características específicas para a produção de biocombustíveis. Este aprimoramento está vindo de uma combinação de ferramentas, como a seleção de variantes naturais, a seleção assistida de genes e a engenharia genética.
Entre as características consideradas prioritárias nesta busca estão a reduzida recalcitrância ou “resistência” da biomassa, melhora na absorção da água e nutrientes e florescimento tardio. A quebra das paredes celulares das plantas para a conversão biocombustíveis e bioprodutos ainda é um grande desafio.
Esta resistência depende da estrutura da parede celular, o que envolve, em resumo, mais de mil genes, sendo que a maioria deles continua pobremente caracterizada ou identificada. Consequentemente, identificar estes genes e determinar suas funções e os mecanismos de regulação é uma das principais prioridades para permitir uma engenharia racional das características da biomassa desejáveis para a produção de combustíveis avançados e bioprodutos.
Entender como a parede celular se comporta e responde às mudanças estruturais também é chave para formular estratégias que possam otimizar as características da biomassa.
2. Desconstrução lignocelulósica
As atuais técnicas de pré-tratamento e materiais incluem a hidrólise ácida, a oxidação alcalina úmida, explosão a vapor, expansão da fibra com amônia, solventes orgânicos para solubilizar a lignina e a hemicelulose, líquidos iônicos, sulfito e ozônio.
Nenhum destes métodos de desconstrução da parade lignocelulósica é universalmente mais vantajoso que o outro, e cada um varia no processo de produção, dependendo do tipo de matéria-prima, das configurações de processo downstream, e de uma série de outros fatores.
Alguns destes métodos, contudo, mostram-se promissores e podem beneficiar-se de futuros desenvolvimentos.
Diferentemente, o bioprocessamento consolidado (CBP, na sigla em inglês), método no qual um único micróbio ou um conjunto de micróbios são usados para desconstruir a lignocelulose e convertê-la diretamente em combustível, pode não requer nenhum tipo de pré-tratamento.
A técnica mostrou grande potencial com a utilização de novas ferramentas da engenharia genética para bactérias termófilas celulolíticas nativas – microorganismos que resistem altas temperaturas.
Pesquisas adicionais são necessárias para fazer com que os processos de desconstrução lignocelulósica tenham baixo custo, consumam menos energia, sejam ambientalmente amigáveis, e capazes de converter uma série de tipos de biomassa lignocelulósica em hidrolisados que contenham boa parte dos açúcares celulósicos ou hemicelulósicos para a conversão de combustíveis e químicos.
Além disso, são necessárias tecnologias para converter a grande fração de carbono encontrada na porção de lignina da biomassa lignocelulósica em biocombustíveis e químicos. Associações mais fortes entre os avanços no desenvolvimento da biomassa e a produção de combustíveis fortalecerão estes esforços de desconstrução ou quebra da parede celular.
3. Combustíveis especiais
Avanços significativos têm sido feitos no desenvolvimento de ferramentas nas áreas de biologia sintética e engenharia metabólica. Estes avanços têm resultado em uma série de moléculas acessíveis, além do etanol, que podem, potencialmente, servir como biocombustíveis. Contudo, selecionar as moléculas-alvo apropriadas com base em uma significativa avaliação de mercados acessíveis continua um desafio.
Além disso, recursos de modelagem e análise integrada de previsão são necessários para orientar de forma confiável o desenvolvimento de novas cepas de microrganismos para a produção de moléculas de biocombustíveis ou de produtos químicos de base, assim como processos de engenharia associados.
O desenvolvimento e a otimização de cepas passarão por uma forte aceleração, com métodos capazes de testar, de forma automatizada, milhares de rotas diferentes, aumentando significativamente o ritmo destas descobertas. Prever a performance de micróbios numa escala de fermentação industrial, a partir de experimentos feitos na bancada do laboratório, continua difícil, mas melhores ferramentas de análise e modelamento vão facilitar esta tarefa.
4. Desenvolvimento de bioprodutos a partir da biomassa
Um dos novos focos da indústria de etanol 2G é o desenvolvimento de bioprodutos. No Brasil, a GranBio sinalizou interesse na produção de bioquímicos ao fechar uma parceria com a multinacional Rhodia para a produção de químicos de fonte renovável.
Este “novo foco” reconhece os benefícios ambientais de produzir químicos a partir da biomassa. As sinergias entre os métodos e abordagens para a síntese de combustíveis e bioprodutos criam uma oportunidade para alavancar a pesquisa básica no desenvolvimento de biocombustíveis, trazendo possibilidades mais amplas para a bioeconomia avançada.
As mais óbvias tecnologias transetoriais giram em torno da biologia sintética, da engenharia metabólica, da otimização de cepas e de modelos computacionais. Por exemplo, abordagens da biologia sintética permitem a elaboração de novas rotas tecnológicas, bem como a reengenharia de metabolismos centrais, de modo a permitir o vislumbre de um conjunto de novos produtos que podem ser gerados a partir da biomassa. Contudo, o desafio da seleção de produtos notado no caso dos combustíveis especiais também se aplica aos bioprodutos. O desenvolvimento de bioprodutos tem um potencial crescente e pode incorporar novos métodos de conversão termoquímica para a transformação do açúcar e da lignina.
Também é de particular interesse o potencial de produtos aromáticos derivados da lignina, uma vez que eles oferecem uma alternativa atrativa aos compostos aromáticos feitos a partir do petróleo. Produtos derivados da lignina usam matérias-primas menos tóxicas e podem, potencialmente, ser feitos “sob medida” pelas plantas.
Mais detalhes
O documento com 75 páginas com o resumo completo e as oportunidades de curto e médio prazo para cada uma dessas áreas pode ser acessado aqui (.pdf 2mb)
Leonardo Siqueira – NovaCana
