Tópico: Sobre o etanol celulósico...

[Unknown]

Ganhos embutidos

Agência FAPESP – O investimento em pesquisas sobre etanol de celulose não será importante apenas para o setor produtivo, mas trará também avanços científicos que poderão fazer do Brasil um dos líderes mundiais na área de biologia vegetal.

A afirmação foi feita por Marcos Buckeridge, professor do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (USP), durante o 1º Simpósio sobre Etanol de Celulose, realizado nesta terça-feira (9/9) na sede da FAPESP. O evento integra o Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN).

O pesquisador destaca que o principal objetivo do BIOEN é aprimorar a extração do etanol da biomassa mas que, depois de compreender melhor a planta da cana-de-açúcar, os pesquisadores poderão conseguir resultados que vão além dos esperados inicialmente.

“Ao buscar respostas para os desafios científicos do etanol de celulose, o que aprenderemos a respeito do funcionamento dos microrganismos e da parede celular trará avanços que beneficiarão toda a área da nanotecnologia, por exemplo. Se conseguirmos cumprir os objetivos, estaremos integrando o BIOEN aos programas Genoma e Biota, da FAPESP, permitindo que o Brasil produza tecnologias de classe mundial no setor de biologia vegetal”, disse Buckeridge à Agência FAPESP.

Segundo ele, há, no entanto, uma série de desafios a serem superados para dominar o etanol de celulose, que é visto como o grande salto tecnológico para os biocombustíveis do futuro. Hoje, a indústria brasileira de etanol se baseia no caldo de cana, que contém um terço da energia da planta. Os outros dois terços estão no bagaço e na palha, que são ricos em celulose.

“Ainda não conhecemos bem a fisiologia da cana. O metabolismo é parcialmente conhecido, graças a trabalhos excelentes realizados por cientistas sul-africanos e australianos. Precisamos estudar vários aspectos relacionados a hormônios e sinalização celular, por exemplo, que são focados nas modificações que a parede celular sofre durante o crescimento e o desenvolvimento da planta”, disse Buckeridge.

Os cientistas farão estudos sob diversas perspectivas para entender as conexões metabólicas e fisiológicas que envolvem a parede celular. Seria possível, segundo Buckeridge, acumular mais energia na cana obtendo plantas transgênicas capazes de produzir paredes celulares mais grossas, capazes de acumular mais celulose. Mas isso demandaria a descoberta de um processo eficiente para degradar a celulose.

“Um objetivo essencial é aprender mecanismos eficazes para degradar a parede celular e liberar a energia em seu interior. Uma alternativa é a hidrólise ácida, mas ela não permite um controle tão preciso da quebra das ligações químicas como seria possível com o uso de enzimas. Outra opção é o uso de microrganismos como fungos e bactérias”, afirmou.

Segundo ele, no âmbito do BIOEN um grupo tentará encontrar microrganismos que degradem naturalmente a parede celular. Se necessário, serão feitas modificações que levem a melhores enzimas. “Teremos que estudar a estrutura dessas enzimas e, talvez, por meio da biologia sintética, produzir enzimas que o fungo não tem, mas que seriam da própria planta, para exercer determinado papel. Tudo isso sempre com modificação genética”, afirmou.

De acordo com o professor do IB-USP, os microrganismos, os insetos e a própria planta são os detentores do “segredo” para extrair a energia das paredes celulares, que por sua vez são uma mescla de polímeros arranjados de forma extremamente complexa, que exigem diversas enzimas diferentes para quebrá-las.

“A estratégia mais eficiente para degradar a parede celular é da própria planta, que utiliza para isso mecanismos muito sutis. Se conhecermos esses mecanismos, poderemos utilizá-los no momento exato, fazendo com que determinado conjunto de genes se expresse no momento preciso. Seria uma forma de teleguiar o sistema para a produção de energia”, disse.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/9398/especiais/ganhos-embutidos.htm

Eucalipto no páreo

Agência FAPESP – “O eucalipto pode ser tão bom e eventualmente até melhor do que a cana-de-açúcar para a produção de biocombustíveis a partir da biomassa gerada na plantação dessas culturas.”

A afirmação de Carlos Alberto Labate, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), foi feita aos pesquisadores presentes na primeira edição do Simpósio sobre Etanol de Celulose, cujas atividades foram concluídas na tarde desta quarta-feira (10/9) na sede da FAPESP.

“O eucalipto é uma árvore incrível e, o Brasil, um país de muita sorte por ter todas as condições necessárias para a alta produtividade da cultura. A indústria florestal brasileira, uma das melhores do mundo e que serve de referência para vários países, está interessada em entender como a biomassa do eucalipto pode ser usada para a produção de etanol. Trata-se de uma nova revolução da química verde”, disse no evento realizado no âmbito do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN).

Sem deixar de reconhecer que a cana-de-açúcar é uma das principais fontes de biomassa para a geração de energia, Labate, que é professor do Departamento de Genética da Esalq, destacou a importância das cascas do eucalipto.

Atualmente, esses resíduos permanecem no solo das plantações após a extração do tronco da árvore, que normalmente é destinada à indústria de papel e celulose. “Uma quantidade razoável de casca é dispensada no solo com o corte da madeira, algo em torno de 20 toneladas por hectare. Ao ser fermentado ao longo dos anos, esse material libera gases do efeito estufa”, disse Labate à Agência FAPESP.

“Sabendo que as indústrias do setor florestal estão preocupadas com as questões dos impactos ambientais, uma forma de despertar ainda mais o interesse é mostrar o valor econômico dos resíduos desperdiçados, que podem tanto ser usados para produzir bioetanol como biopolímeros. A casca do eucalipto é uma ótima fonte de carbono de baixo custo”, explica.

Em sua palestra, intitulada The eucalypt as a source of cellulosic ethanol, Labate mostrou estudos conduzidos por sua equipe no Laboratório Max Feffer de Genética de Plantas, que comprovam que a composição da casca do eucalipto é mais favorável do que o bagaço da cana em termos de açúcares fermentáveis: a quantidade de pentoses (monossacarídeos de cinco carbonos) inibitórias ao processo de fermentação está presente, segundo ele, em menor quantidade na casca do eucalipto.

“Além disso o eucalipto possui o dobro de hexoses, que são açúcares fermentáveis como sacarose, glicose, frutose e galactose, em relação ao bagaço da cana. Isso significa que, teoricamente, o potencial do eucalipto para a fermentação é maior do que o da cana. O problema é que ainda não temos o hidrolisado tanto da casca como do bagaço para fermentar e estudar. O potencial do eucalipto existe, mas ele precisa ser melhor pesquisado”, apontou Labate.

Segundo ele, atualmente existe apenas uma empresa no mundo, localizada no Canadá, que acaba de ser inaugurada para a produção de etanol a partir da celulose de madeira. “Como, de modo geral, o custo de produção de papel aumentou muito, as indústrias no hemisfério Norte estão tentando buscar novas alternativas econômicas para a floresta”, disse.

Ele também comparou a quantidade de biomassa anual gerada pela cana-de-açúcar e pelo eucalipto no Estado de São Paulo. Enquanto a cana produz em torno de 10,6 toneladas de bagaço por hectare em um ano, o eucalipto chega a gerar de 23 a 25 toneladas de biomassa por hectare, no mesmo período, com alto potencial para serem transformadas em energia.

Para Labate, outro fator de interesse pelo eucalipto se relaciona com a área total da floresta plantada no Brasil, que gira em torno de 5,6 milhões de hectares, sendo pelo menos 3,5 milhões de eucalipto, o que insere o país entre os três maiores fornecedores mundiais de papel para impressão.

“A previsão para 2015 é que essa área plantada de eucalipto cresça para 4,3 milhões de hectares. Uma das razões desse crescimento é a forte demanda da China por papel e o Brasil deve aproveitar essa oportunidade de crescimento da plantação para a extração de energia da biomassa”, disse.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/9405/especiais/eucalipto-no-pareo.htm

[Unknown]

Brasileiros querem produzir etanol usando plasma frio


O plasma é um gás ionizado que é considerado o quarto estado da matéria.[Imagem: USDA]

Etanol de segunda geração

A atual fronteira para o crescimento do etanol - a obtenção do chamado etanol de segunda geração - não está na questão das terras agricultáveis e nem na abertura dos mercados externos.

O problema está nas paredes celulares dos vegetais, formadas por um polímero bem conhecido do homem, mas muito difícil de ser quebrado: a celulose.

Desenvolver meios economicamente viáveis para decompor a celulose é fundamental para viabilizar o etanol de segunda geração, que poderá ser extraído de qualquer biomassa, e não apenas da cana-de-açúcar.

Isto permitirá aumentar a produção do biocombustível sem ter que alterar a extensão das plantações, além de levar a indústria para outras partes do país.

As soluções vislumbradas até agora são igualmente surpreendentes. Por exemplo, utilizar enzimas encontradas nos aparelhos digestivos de cupins e de animais ruminantes para decompor a celulose. Os ácidos são outra alternativa.

Etanol feito com plasma

Mas uma equipe do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), em Campinas (SP), optou por uma terceira rota para liberar os açúcares da celulose: bombardeá-los com cargas elétricas geradas por um plasma, um gás ionizado que é considerado o quarto estado da matéria.

A quebra é semelhante ao que ocorre quando se lança mão dos cupins ou das vacas, uma rota na qual as enzimas mudam cargas elétricas de lugar, saturando uma ligação e provocando o seu rompimento.

Após a quebra, surgem espaços que são preenchidos com pedaços das moléculas de água e o novo rearranjo forma os açúcares.

"Vamos tentar fazer isso, só que utilizando uma descarga elétrica", disse Marco Aurélio Pinheiro Lima, coordenador do projeto.


A pesquisa esbarra em dois obstáculos fundamentais: a obtenção do controle do processo e a viabilidade econômica da tecnologia a ser desenvolvida. [Imagem: CTBE]

Para dar certo, o processo deve ser controlado e as quebras executadas com cuidado para manter os açúcares intactos, pois são eles que darão origem ao etanol, por meio da fermentação.

A pesquisa deve também revelar outros modos de se fazer álcool, podendo até mesmo pular a etapa da fermentação, por meio de uma combinação de parâmetros até então desconhecida. "Quando se faz pesquisa é preciso estar aberto a descobertas imprevisíveis, pois os resultados podem levar a novos horizontes", disse o pesquisador.

Plasma frio

Algumas pistas para essa via de quebra da celulose vieram de estudos sobre o tratamento do câncer. Foi constatado nessas terapias que os elétrons de baixa energia possuem uma força capaz de quebrar o DNA de células cancerosas.

"Uma cadeia de DNA lembra muito os açúcares", comparou Lima, ressaltando que os elétrons de baixa energia podem ser obtidos dentro de um plasma com baixo custo.

Para o projeto foi escolhido um plasma frio à pressão atmosférica, no lugar dos modelos de baixa pressão, os mais comuns em laboratório. O motivo é desenvolver um meio que apresente viabilidade econômica para ser aplicado no mercado.

"Nesse sentido, o plasma frio à pressão atmosférica é mais barato e não exige tantos recursos para operar, como o vácuo, por exemplo. Não podemos pensar em algo que seja usado somente no laboratório, pois poderá ser uma máquina que atuará em uma escala grande", disse.

Mesmo assim, a equipe do CTBE também pretende estudar os efeitos do plasma de baixa pressão e do plasma em meio aquoso na quebra da celulose.

Os dados levantados ajudarão a obter uma série de conhecimentos básicos sobre o processo de dissociação desses polímeros e aprimorar processos para as biorrefinarias. "Essas serão as usinas do futuro: sempre coladas a uma indústria química que desenvolverá uma infinidade de produtos além do etanol e do açúcar", frisou Lima.

O projeto poderá levar ao controle do ambiente de descarga de elétrons a ponto de o químico escolher resultados desejados visando a obtenção de moléculas de valor comercial mais interessante.

Etanol de outras biomassas


Biorreator para hidrólise de biomassa, seguindo a rota enzimática. [Imagem: CTBE]

Os experimentos do projeto do CTBE também poderão ser aplicados em outras rotas de quebra da celulose ao dar pistas sobre como uma enzima ou um ácido atuam no processo.

Outra possibilidade é o surgimento de um processo misto que associe rotas diferentes para a obtenção do açúcar. Como a celulose tem uma estrutura fechada em pacotes, os elétrons poderiam, por exemplo, desempacotar o polímero e prepará-lo para um ataque enzimático ou químico.

Em todas essas perspectivas, a pesquisa esbarra em dois obstáculos fundamentais: a obtenção do controle do processo e a viabilidade econômica da tecnologia a ser desenvolvida. Por esse motivo o plasma deve ser barato e de baixa energia, a ponto de compensar a produção do etanol.

"A obtenção do álcool celulósico é conhecida e chegou a ser usada na Segunda Guerra Mundial. Ele só não está no mercado até hoje por ser obtido por meio de um processo caro. Por conta disso, tentamos baratear essa tecnologia e desenvolver novas rotas", disse Lima.

Apesar de estar voltado à cana-de-açúcar, o projeto poderá resultar em tecnologias para a obtenção de etanol a partir da celulose de outras espécies vegetais.

Com isso, estados brasileiros que estão longe das plantações de cana-de-açúcar poderão produzir seu etanol a partir de espécies vegetais de sua região e assim viabilizar o uso local do combustível. "Pretendemos desenvolver tecnologias que possam ser transferidas para outras biomassas de modo que o etanol se torne viável em todo o país", afirmou Lima.

O pesquisador aponta que a pesquisa básica que está sendo desenvolvida abrirá possibilidades nem sequer são imaginadas. "Mesmo que as descobertas não resultem em um processo industrial, elas ensinarão muito sobre o modo como uma molécula é quebrada", ressaltou.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=plasma-frio-etanol-segunda-geracao&id=010125101123

[uiliníli]

Não é à tôa que os cientistas do CTBE enfatizam tanto essa tal de viabilidade econômica. O maior obstáculo hoje para o etanol de segunda geração é que, a não ser sob condições mercadológicas muito favoráveis, costuma ser mais lucrativo para as usinas queimar o bagaço para vender eletricidade do que produizir etanol celulósico.

[Unknown]

Biocombustíveis de celulose vencem mais um obstáculo

Um grupo internacional de cientistas anunciou ter conseguido obter geneticamente uma nova linhagem de levedura que se mostrou capaz de produzir etanol a partir do uso de mais tipos de açúcares de plantas.

Para produzir comercialmente combustíveis como o etanol, que no Brasil é derivado da cana-de-açúcar, microrganismos devem ser capazes de fermentar sacarídeos encontrados em vegetais, como glicose, xilose ou celobiose.

O problema é que a maioria dos micróbios não consegue converter todos esses açúcares em combustível que possa ser produzido em escala.

Engenharia genética

No novo estudo, a equipe de Yong-Su Jin, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, expandiu a capacidade natural da levedura Saccharomyces cerevisiae de fermentar glicose ao modificar geneticamente o fungo - que também é usado na produção de pão e cerveja - para que se tornasse capaz de transportar proteínas de outro tipo de levedura, a Pichia stipitis.


A equipe resolveu os problemas associadas com o metabolismo da xilose inserindo três genes da Picchia stipitis na S. cerevisiae. [Imagem: Ha et al./Pnas]

Embora as duas leveduras sejam da mesma família, apenas a Pichia stipitis é capaz de fermentar a xilose, açúcar derivado de madeiras e associado à celulose.

Produtividade do etanol

A linhagem de levedura resultante se mostrou capaz de fermentar os três açúcares - glicose, xilose e celobiose - e, segundo a pesquisa, com a produção de muito mais etanol do que as linhagens naturais.

A levedura modificada também superou um problema de linhagens obtidas em pesquisas anteriores, que fermentavam açúcares pobremente mesmo na presença de glicose abundante.

Segundo os autores da nova pesquisa, os resultados deverão ajudar no desenvolvimento de biocombustíveis avançados feitos a partir de matéria orgânica.

Bibliografia:
Engineered Saccharomyces cerevisiae capable of simultaneous cellobiose and xylose fermentation
Suk-Jin Ha, Jonathan M. Galazka, Soo Rin Kim, Jin-Ho Choi, Xiaomin Yang, Jin-Ho Seo, N. Louise Glass, Jamie H. D. Cate, Yong-Su Jin
Proceedings of the National Academy of Sciences
December 27, 2010
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1010456108

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biocombustiveis-celulose&id=010115101228

[uiliníli]

Isso é extraordinário, até porque as xiloses hoje não apenas não são fermentescíveis, como também atuam como inibidores enzimáticos! A fermentação dessas desgraçadas não apenas rende produtos desejáveis, como favorece a cinética das reações paralelas de fermentação dos outros açúcares, dois coelhos com uma só cajadada!