{"id":11178,"date":"2015-01-08T15:32:42","date_gmt":"2015-01-08T17:32:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cnpem.staging.wpengine.com\/?p=9467"},"modified":"2022-11-10T16:03:28","modified_gmt":"2022-11-10T19:03:28","slug":"um-gargalo-nas-pesquisas-brasileiras-para-a-producao-de-etanol-a-partir-do-bagaco-de-canaetanol-de-segunda-geracao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/um-gargalo-nas-pesquisas-brasileiras-para-a-producao-de-etanol-a-partir-do-bagaco-de-canaetanol-de-segunda-geracao\/","title":{"rendered":"Um gargalo nas pesquisas brasileiras para a produ\u00e7\u00e3o de etanol a partir do baga\u00e7o de cana (etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"

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Um gargalo nas pesquisas brasileiras para a produ\u00e7\u00e3o de etanol a partir do baga\u00e7o de cana-de-a\u00e7\u00facar (etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o) \u00e9 o alto custo das enzimas, necess\u00e1rias para decompor em a\u00e7\u00facares este e outros materiais lignocelul\u00f3sicos abundantes no pa\u00eds. Neste processo chamado de hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica s\u00e3o usadas enzimas que \u201cquebram\u201d o baga\u00e7o para acessar e se alimentar do a\u00e7\u00facar. Estas enzimas s\u00e3o produzidas por microrganismos, neste caso, o Trichoderma harzianum, fungo selvagem isolado na Amaz\u00f4nia pela Embrapa Instrumenta\u00e7\u00e3o (S\u00e3o Carlos), que possui um conv\u00eanio de desenvolvimento tecnol\u00f3gico com o CTBE (Laborat\u00f3rio Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia do Bioetanol).
\nO Trichoderma harzianum \u00e9 o foco da disserta\u00e7\u00e3o de mestrado de Lucas Gelain, orientada pela professora Aline Carvalho da Costa, na Faculdade de Engenharia Qu\u00edmica (FEQ) da Unicamp, e coorientada pelo pesquisador doutor Jos\u00e9 Geraldo da Cruz Pradella, no CTBE. Aline Costa explica que o trabalho do aluno consiste na modelagem matem\u00e1tica para descrever o processo de produ\u00e7\u00e3o de enzimas por este fungo. \u201cO Trichoderma harzianum se alimenta de material lignocelul\u00f3sico da natureza, que cont\u00e9m celulose, e por isso damos a ele baga\u00e7o de cana como fonte de carbono para que produza enzimas celulol\u00edticas. E n\u00f3s usamos essas enzimas para hidrolisar o baga\u00e7o e produzir a\u00e7\u00facar, mas para outra finalidade, que \u00e9 o bioetanol.\u201d
\nDe acordo com Lucas Gelain, a modelagem matem\u00e1tica e as simula\u00e7\u00f5es s\u00e3o importantes ferramentas para avaliar o processo de fermenta\u00e7\u00e3o e elaborar estrat\u00e9gias para a sua otimiza\u00e7\u00e3o. \u201cQuer\u00edamos relacionar a produ\u00e7\u00e3o de enzimas com o crescimento celular e o consumo do baga\u00e7o. O maior problema neste trabalho foi obter os dados experimentais a partir de um material que \u00e9 insol\u00favel e que no processo de fermenta\u00e7\u00e3o submerso dificulta a estima\u00e7\u00e3o, por exemplo, da concentra\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas. Tivemos que buscar alguns m\u00e9todos indiretos para estabelecer essas estimativas. A parte experimental foi desenvolvida no CTBE.\u201d
\nA professora da FEQ esclarece que na fermenta\u00e7\u00e3o s\u00e3o utilizados um microrganismo (no caso, o fungo) e um substrato geralmente sol\u00favel, como por exemplo, o caldo de cana da produ\u00e7\u00e3o de etanol de primeira gera\u00e7\u00e3o. \u201cNesse substrato \u00e9 f\u00e1cil determinar a concentra\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas: uma amostra \u00e9 centrifugada, secada at\u00e9 a massa constante e o que sobra \u00e9 c\u00e9lula; j\u00e1 no segundo caso, n\u00e3o sobram apenas c\u00e9lulas, mas tamb\u00e9m baga\u00e7o, e n\u00e3o sabemos em quais propor\u00e7\u00f5es. Esta foi a parte mais dif\u00edcil da pesquisa e que ainda n\u00e3o est\u00e1 completamente resolvida. Temos uma estimativa, que julgamos satisfat\u00f3ria, mas o aluno vai aprofundar a investiga\u00e7\u00e3o em seu doutorado.\u201d
\nO autor da disserta\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m realizou testes com uma sonda de capacit\u00e2ncia para estima\u00e7\u00e3o online da concentra\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas. O equipamento adquirido pelo CTBE mostrou-se uma alternativa interessante em meio sol\u00favel, mas sofreu interfer\u00eancias na associa\u00e7\u00e3o com o baga\u00e7o de cana, o que impediu seu uso para uma an\u00e1lise quantitativa.
\nLucas Gelain sugere que sejam realizadas altera\u00e7\u00f5es nos modelos e novos ensaios com concentra\u00e7\u00f5es diferentes de substrato para melhorar o ajuste e aumentar a confiabilidade dos modelos. \u201cPara estimar os par\u00e2metros e descrevermos bem o sistema, fizemos experimentos variando a concentra\u00e7\u00e3o inicial do baga\u00e7o e acompanhando a cin\u00e9tica do processo. Os modelos descreveram satisfatoriamente o processo, mas \u00e9 claro que ainda falta melhorar alguns aspectos. Eles tamb\u00e9m permitem comparar microrganismos para escolher aquele de maior potencial.\u201d
\nO objetivo do aluno no doutorado, tra\u00e7ado juntamente com seus orientadores, \u00e9 desenvolver um controle \u00f3timo de alimenta\u00e7\u00e3o, adotando a chamada batelada alimentada, ao inv\u00e9s de adicionar todos os nutrientes de uma vez no reator, como se fez nesta disserta\u00e7\u00e3o de mestrado. Aline Costa observa que, embora o fungo precise do baga\u00e7o para produzir as enzimas, o excesso do nutriente pode inibi-lo por um mecanismo chamado de repress\u00e3o catab\u00f3lica. \u201cNa batelada alimentada, o fungo vai consumindo o substrato aos poucos e se desenvolve muito melhor e rapidamente. A pergunta dif\u00edcil de responder \u00e9 em que velocidade aliment\u00e1-lo. Por isso, precisamos de um modelo que permita fazer esse c\u00e1lculo matematicamente.<\/p>\n

Otimizando a produ\u00e7\u00e3o
\nSegundo a professora da FEQ, obtidos os modelos, a proposta de doutorado \u00e9 que o aluno encontre uma forma de otimizar a produ\u00e7\u00e3o de enzimas barateando seu custo a partir da mesma quantidade de baga\u00e7o. \u201cPara produzir etanol celul\u00f3sico ainda dependemos de empresas estrangeiras que vendem as enzimas a um pre\u00e7o ainda mais caro. Um objetivo do CTBE \u00e9 alcan\u00e7ar a chamada produ\u00e7\u00e3o \u2018on-site\u2019, dentro da pr\u00f3pria usina de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o \u2013 e \u00e9 a\u00ed que se encaixa a tese do aluno.\u201d
\nEm sua linha de pesquisa, Aline Costa trabalha com todas as fases do processo de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o: produ\u00e7\u00e3o de enzimas, pr\u00e9-tratamento, hidr\u00f3lise e fermenta\u00e7\u00e3o. \u201cO baga\u00e7o de cana \u00e9 constitu\u00eddo basicamente de celulose, hemiceluloses e lignina. Quando hidrolisamos a glicose para transform\u00e1-la em etanol, ela \u00e9 consumida pela Saccharomyces cerevisiae, uma levedura usada em todas as usinas \u2013 este processo \u00e9 mais f\u00e1cil. Tamb\u00e9m estou come\u00e7ando a trabalhar com as pentoses (a\u00e7\u00facares de cinco carbonos separados das hemiceluloses), um processo menos conhecido.\u201d
\nA docente informa que seu trabalho \u00e9 bastante pr\u00f3ximo ao do CTBE, onde \u00e9 pesquisadora associada, assim como muitos da Unicamp e de outras institui\u00e7\u00f5es. \u201cTemos um contrato de oito horas (um dia por semana), via Universidade, que me repassa parte do valor da consultoria. O CTBE \u00e9 um lugar bem interessante para fazer pesquisa, pois os alunos t\u00eam estreito contato com a ind\u00fastria e lidam com problemas reais, experi\u00eancia essencial na engenharia qu\u00edmica. Contamos com equipamentos e plantas pilotos em escala mini-industrial, em espa\u00e7os que n\u00e3o possu\u00edmos na Unicamp.\u201d
\nConforme Lucas Gelain, \u00e9 poss\u00edvel fazer uma simula\u00e7\u00e3o de toda a planta da produ\u00e7\u00e3o de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o, havendo blocos de pr\u00e9-tratamento, hidr\u00f3lise, fermenta\u00e7\u00e3o e separa\u00e7\u00e3o. \u201cO objetivo do CTBE \u00e9 justamente maximizar a produ\u00e7\u00e3o de bioetanol e diminuir os custos e tamb\u00e9m o consumo de energia. Com nosso modelo implementado no bloco de produ\u00e7\u00e3o de enzimas, tornamos a simula\u00e7\u00e3o na planta ainda mais real.\u201d
\nAline Costa explica que se trata da chamada biorrefinaria virtual, onde s\u00e3o usados todos os modelos desenvolvidos e tamb\u00e9m testadas novas rotas. \u201cA produ\u00e7\u00e3o de etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o \u00e9 complicada porque tudo deve estar integrado: algu\u00e9m estudando a produ\u00e7\u00e3o de enzimas s\u00f3 teria a vis\u00e3o do pr\u00f3prio processo, sem ver o que vem antes e que vai influenciar no seu trabalho, nem o que vem depois. Isso s\u00f3 se consegue colocando todos os modelos juntos na biorrefinaria virtual.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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