{"id":9184,"date":"2014-11-13T10:01:43","date_gmt":"2014-11-13T10:01:43","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cnpem.staging.wpengine.com\/?p=9184"},"modified":"2026-03-02T16:07:41","modified_gmt":"2026-03-02T19:07:41","slug":"para-baratear-o-bioetanol-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/para-baratear-o-bioetanol-2\/","title":{"rendered":"Para baratear o bioetanol"},"content":{"rendered":"

Jornal Brasil online em 10\/11\/2014<\/em><\/p>\n

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<\/em>, 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).<\/p>\n

O Trichoderma harzianum<\/em> \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<\/em> 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<\/p>\n

De 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<\/p>\n

A 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<\/p>\n

O 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. \u201cPor isso, optamos por um m\u00e9todo que, embora apresente um erro em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 composi\u00e7\u00e3o do baga\u00e7o, \u00e9 mais preciso do que a sonda. Agora, no doutorado, vamos dar um passo atr\u00e1s e usar um material mais simples, celulose pura microcristalina, buscando par\u00e2metros mais precisos.\u201d<\/p>\n

Lucas 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<\/span><\/p>\n

O 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.\u201d<\/p>\n

\n

Otimizando a produ\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n

Segundo 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<\/p>\n

Em 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<\/em>, 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<\/p>\n

A 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<\/p>\n

Conforme 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<\/p>\n

Aline 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. E, se este fungo mostrar potencial e for indicado para uso no processo industrial, o modelo ser\u00e1 fundamental: sem ele, a implanta\u00e7\u00e3o vai depender de testes na planta (que s\u00e3o caros) e de gastos com reagente e hora-homem, enquanto a modelagem matem\u00e1tica permite in\u00fameras simula\u00e7\u00f5es simplesmente teclando no computador.\u201d<\/p>\n

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Excesso de baga\u00e7o<\/strong><\/p>\n

A hidr\u00f3lise enzim\u00e1tica de materiais lignocelul\u00f3sicos oferece uma \u00f3tima alternativa para a produ\u00e7\u00e3o de mat\u00e9ria-prima para v\u00e1rios produtos comerciais al\u00e9m do bioetanol, como \u00e1cidos org\u00e2nicos e outros produtos qu\u00edmicos. No caso da cana, cada tonelada processada para produzir bioetanol ou a\u00e7\u00facar gera aproximadamente 0,3 tonelada de baga\u00e7o, que na usina \u00e9 empregada para gerar energia t\u00e9rmica e el\u00e9trica \u2013 ainda a destina\u00e7\u00e3o mais vi\u00e1vel. No entanto, v\u00eam sendo estudados processos para minimizar a demanda de energia nestas usinas, o que vai resultar em excesso de baga\u00e7o suficiente para proporcionar mais combust\u00edvel sem aumento da \u00e1rea plantada de cana.<\/p>\n

A professora Aline Costa afirma que a tecnologia do etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o j\u00e1 est\u00e1 dominada e que h\u00e1 empresas no Brasil e no exterior iniciando opera\u00e7\u00f5es comerciais. \u201cEsse etanol ainda n\u00e3o est\u00e1 nas bombas e imagino que ainda existam v\u00e1rios problemas a resolver. Sabemos que o CTBE, por exemplo, tem condi\u00e7\u00f5es de produzi-lo, mas n\u00e3o ainda em grande escala e a pre\u00e7o competitivo. Outras empresas, por\u00e9m, j\u00e1 se dizem capazes disso, inclusive a um custo menor que o de etanol de primeira gera\u00e7\u00e3o, embora eu desconhe\u00e7a esses dados.\u201d<\/p>\n

Jos\u00e9 Geraldo Pradella, coorientador da disserta\u00e7\u00e3o, acrescenta que um dos maiores gargalos econ\u00f4micos na produ\u00e7\u00e3o do etanol de segunda gera\u00e7\u00e3o \u00e9 justamente o pre\u00e7o das enzimas. \u201cLinhagens mais produtivas deste microrganismo, menos sens\u00edveis \u00e0 inibi\u00e7\u00e3o pelo substrato e mais aptas a produzir enzimas, est\u00e3o sendo pesquisadas no CTBE, sendo que a modelagem matem\u00e1tica a ser desenvolvida vai ser de grande utilidade para minimizar os custos de produ\u00e7\u00e3o deste insumo\u201d.<\/p>\n

\n

Publica\u00e7\u00e3o<\/strong><\/p>\n

Disserta\u00e7\u00e3o:<\/strong> \u201cModelagem matem\u00e1tica da produ\u00e7\u00e3o de enzimas utilizando Trichoderma harzianum<\/em> em meio submerso e baga\u00e7o de cana-de-a\u00e7\u00facar como fonte de carbono\u201d
\nAutor:<\/strong> Lucas GelainOrientadora:<\/strong> Aline Carvalho da CostaCoorientador:<\/strong> Jos\u00e9 Geraldo da Cruz PradellaUnidades:<\/strong> Faculdade de Engenharia Qu\u00edmica (FEQ) da Unicamp e Laborat\u00f3rio Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia do Bioetanol (CTBE)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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