Economia & Energia
Ano XV-No 82
Julho/Setembro
de 2011
ISSN 1518-2932

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Editorial

As dez maiores economias e a energia nuclear:

Uso da biomassa lignocelulósica em biorrefinarias

Gripe americana

Parceria:

COPPE/UFRJ

 

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Artigo:

 

Iniciativas para o uso da biomassa lignocelulósica em biorrefinarias: a plataforma sucroquímica no mundo e no Brasil

 

Márcia França Ribeiro Fernandes dos Santos1
Suzana Borschiver2
Maria Antonieta Peixoto Gimenes Couto3

 Resumo

Petróleo, gás natural e seus derivados representam 55% do consumo mundial de energia; no entanto, eles não vão durar mais do que algumas décadas. Assim, se faz necessário encontrar substitutos para estes combustíveis e uma alternativa que se apresenta é a utilização de matéria orgânica renovável (biomassa). Este artigo visa apresentar as iniciativas adotadas no mundo, e em especial no Brasil, sobre o uso de matérias-primas lignocelulósicas no contexto da biorrefinaria. O enfoque será dado na plataforma sucroquímica para a produção de etanol de 2ª geração, tendo em vista a posição de destaque neste segmento de mercado no agronegócio nacional. O levantamento das informações disponibilizadas na literatura foi obtido por meio de uma pesquisa bibliográfica. Os resultados sugerem que a tecnologia ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento e desperta grande interesse para consolidar o mercado mundial de etanol.

Palavras-chave: Biorrefinaria; Biomassa; Matéria-prima lignocelulósica; Etanol; Brasil.

Abstract

Oil, natural gas and their derivatives represent 55% of global energy consumption, yet they will not last more than a few decades. Thus, it is necessary to find substitutes for these fuels and an alternative that presents itself is the use of organic matter (biomass). This article presents the initiatives taken in the world, and especially in Brazil on the use of raw materials in the context of lignocellulosic biorefinery. The focus will be on the sugar platform for the production of second-generation ethanol, aimed at a prominent position of this market segment in the national agribusiness . The survey of information availability to the literature was obtained through a literature search. The results suggest that the technology is still undergoing research and development and it arouse great interest for consolidating the ethanol global market.

Keywords: biorefinery; biomass; lignocelulosic, feedstock; ethanol; Brazil.

Introdução

As mudanças climáticas e a elevação das cotações do petróleo aliadas às necessidades estratégicas de produção de energia têm motivado uma corrida sem precedentes à produção de combustíveis alternativos, preferencialmente de fontes renováveis de energia (BUCKERIDEG et al, 2010).

O uso da biomassa para energia cresce em importância como uma das vias de mitigação dos problemas citados acima. Existem diferentes rotas para converter a energia da biomassa em fluxo de energia final desejado, quer seja na forma de calor, combustível ou energia elétrica (SEABRA, 2008).

Assim, abrem-se oportunidades para o desenvolvimento de uma indústria baseada em matérias primas renováveis. Além dos biocombustíveis já conhecidos, um fluxo de inovações em desenvolvimento pode estar lançando as bases de uma indústria integrada de exploração da biomassa (COUTINHO & BONTEMPO, 2010).

Neste cenário, o Brasil desponta em uma posição privilegiada para assumir a liderança no aproveitamento integral das biomassas pelo fato de apresentar grande potencial de cultivo de matérias-primas renováveis, dispondo de vantagens comparativas e competitivas tais como: (i) culturas agrícolas de grande extensão (destaque para a indústria da cana-de-açúcar); (ii) maior biodiversidade do planeta; (iii) intensa radiação solar; (iv) água em abundância; (v) diversidade de clima; e (vi) pioneirismo na produção de biocombustível etanol (CGEE, 2010). O país reúne, ainda, condições para ser o principal receptor de recursos de investimentos oriundos do mercado de carbono no segmento de produção e uso de bioenergia.

Hoje, o Brasil desfruta de uma posição confortável com relação à tecnologia da produção de etanol. Neste setor, o Brasil é líder mundial na produção de cana-de-açúcar, etanol e açúcar com 572,7 milhões de toneladas, 27,7 bilhões de litros e 31,3 milhões de toneladas, respectivamente, na safra de 2008/2009 (CORTEZ, 2010).

Em média, 50% da cana colhida é destinada à produção de álcool e os demais 50% são destinados à produção de açúcar. Cerca de 2/3 do açúcar produzido é destinado ao mercado externo enquanto que o restante atende ao mercado interno. Quanto a produção de álcool, cerca de 85% é direcionado ao mercado interno, sendo que destes, 90%  são destinados ao seu uso como carburante, e o restante atender ao mercado externo (BASTOS, 2007).

Entretanto, para preservar essa posição num cenário competitivo, em que outros players estão interessados em se desenvolver com pesados investimentos em Pesquisa & Desenvolvimento (P&D), o Brasil precisa manter investimentos compatíveis na geração de novas tecnologias e formação de competências (BUCKERIDEG et al, 2010).

Atualmente, a conversão pela rota sucroquímica de material lignocelulósico, presente na palha e no bagaço da cana-de-açúcar, em açúcares fermentáveis para a produção de etanol, denominado de etanol de 2ª geração, vem sendo considerada no Brasil como uma alternativa promissora para atender à demanda mundial.

Assim, o presente artigo tem como objetivo principal expor as iniciativas adotadas no mundo, e em especial no Brasil, sobre o uso de matérias-primas lignocelulósicas no contexto da biorrefinaria. O enfoque será dado na plataforma sucroquímica para a produção de etanol de 2ª geração, tendo em vista a posição de destaque neste segmento de mercado no agronegócio nacional.

Conceito de Biorrefinaria

De acordo com Fernando et al (2006) o conceito de produzir produtos a partir de commodities agrícolas, como a biomassa, não é novo; no entanto, utilizar a biomassa como insumo na produção de vários produtos de maneira similar a uma refinaria de petróleo, onde combustíveis fósseis são usados como input, é relativamente novo. Seu principal objetivo é transformar os materiais biológicos em produtos utilizáveis nas indústrias de transformação usando uma combinação de tecnologias e processos biotecnógicos.

Os princípios básicos da refinaria de petróleo tradicional e a biorrefinaria são representados esquematicamente na Figura 1. Uma refinaria de petróleo fornece principalmente combustíveis para transportes e energia, e somente uma fração relativamente pequena é usada na indústria química. Em uma biorrefinaria uma quantidade relativamente maior é usada para a química e a utilização de materiais. De acordo com Kamm et al. (2006), os bioprodutos industriais só podem competir com aqueles oriundos da petroquímica quando os recursos de biomassa são processadas através de sistemas de forma otimizada nos sistemas das biorrefinarias, onde novas cadeias de valor são desenvolvidas e implementadas.

Figura 1: Refinaria de petróleo versus biorrefinaria
(KAMM et al., 2006)

Em seus estudos, Ree & Annevelink (2007) apontam a existência de sete tipos de biorefinarias, que ainda estão na fase de pesquisa e desenvolvimento: (i) Biorrefinarias Convencionais; (ii) Biorrefinarias Verdes; (iii) Biorefinarias de Cereais; (iv) Biorrefinarias de Material Lignocelulósico; (v) Biorrefinarias de Duas Plataformas; (vi) Biorrefinarias Termoquímicas; e (vii) Biorrefinarias Aquáticas.

Biorrefinaria de Materiais Lignocelulósicos

A biorefinaria a partir de materiais lignocelulósicos usa um mix de fontes de biomassa para a produção de uma série de produtos por meio de uma combinação de tecnologias. Tal biorefinaria consiste de três frações químicas básicas: (a) hemicelulose, polímeros de açúcar com cinco carbonos; (b) celulose, polímeros de glucose com seis carbonos; e (c) lignina, polímeros de fenol (FERNANDO et al, 2006). A Figura 2 apresenta os produtos que podem ser obtidos a partir destas frações químicas.

Figura 2: Produtos potenciais obtidos na Biorrefinaria de Material Lignocelulósico (KAMM et al., 2006)

 Segundo Pereira Júnior et al (2008), a utilização de biomassa lignocelulósica dentro do contexto da biorrefinaria é fundamentada em duas plataformas distintas, conforme o conceito de Biorrefinarias de Duas Plataformas ilustrado na Figura 3, que visam fornecer “blocos de construção” para obter uma variedade de produtos.

A plataforma termoquímica é baseada em processos de conversão termoquímica pela reação de matéria-prima em altas temperaturas com uma quantidade de oxigênio controlada (gaseificação) para produzir gás de síntese (CO + H2) ou na ausência de oxigênio (pirólise) para produzir bio-óleo, que depois de um processo de hidrodeoxigenação produz uma mistura líquida de hidrocarbonetos similar àqueles presentes no petróleo.

 

 

Figura 3: Conceito da Biorrefinaria de Duas Plataformas
(KAMM et al., 2006)

A plataforma de açúcar, também conhecida como sucroquímica, objeto de estudo do artigo, é baseada em processos de conversão química e bioquímica de açúcares extraídos da biomassa mediante uma separação de seus componentes principais. Para isto, o pré-tratamento é essencial, visando a desorganização do complexo lignocelulósico e como conseqüência aumento da acessibilidade das enzimas às moléculas de celulose (PEREIRA JR. et al., 2008).

O pré-tratamento, que consiste em submeter o material lignocelulósico a uma série de operações, visa promover a quebra das ligações que unem as macroestruturas. Tais operações são responsáveis pela adequação da matéria-prima, como, por exemplo, o bagaço da cana-de-açúcar, às condições de transformação por parte dos micro-organismos. Estas podem ser classificadas como físicas, físico-químicas, químicas e biológicas, conforme o agente que atua na alteração estrutural (SCHLITTLER, 2006). A Figura 4 mostra um esquema simplificado para a separação dos principais componentes dos materiais lignocelulósicos.

Figura 4: Separação dos componentes lignocelulósicos
(PEREIRA JR. et al, 2008)

Pereira Jr. (2006) observa que a decisão de usar um ou outro processo de hidrólise depende também do tipo de material lignocelulósico empregado. Na hidrólise da hemicelulose (que ocorre em condições mais brandas do que no caso da celulose), a estratégia tem sido a utilização de ácido sulfúrico diluído. No caso da celulose, como a hidrólise química requer condições de alta severidade (elevadas temperaturas, grandes tempos de exposição e altas concentrações de ácido), pela maior resistência ao ataque hidrolítico, o uso da hidrólise enzimática seria mais indicado (pela ausência de condições severas); tal estratégia tecnológica difere da concepção de processos antigos em que se buscava a hidrólise química conjunta da celulose e da hemicelulose, pois são polissacarídeos com diferentes suscetibilidades ao ataque hidrolítico.

A hidrólise total da celulose gera apenas glicose, que pode ser convertida a uma série de substâncias químicas e bioquímicas, conforme ilustrado na Figura 2, com destaque para a sua conversão biológica a etanol, dito de 2ª geração por ser obtido a partir de materiais lignocelulósicos.

Esta nova plataforma tecnológica pode revolucionar segmentos industriais como no caso do Brasil, que gera uma grande quantidade de resíduos como o bagaço da cana-de-açúcar; no entanto, a utilização efetiva dos materiais lignocelulósicos em processos microbiológicos esbarra em dois obstáculos principais: a estrutura cristalina da celulose, altamente resistente à hidrolise e a associação lignina-celulose, que forma uma barreira fisica que impede o acesso enzimático ou microbiológico ao substrato (CGEE, 2010). Adicionalmente, a hidrólise acida da celulose apresenta o inconveniente de requerer o emprego de elevadas temperatura e pressão, levando à destruição de parte dos carboidratos e à obtenção de produtos de degradação tóxicos aos microrganismos. A sacarificação enzimática, por sua vez, requer o emprego de pré-tratamentos físicos (moagem, aquecimento, irradiação) ou químicos (acido sulfúrico, acido fosfórico, álcalis), para atingir rendimentos viáveis.

Potencial Brasileiro para geração de matéria-prima lignocelulósica

Tendo em vista a sua vasta biodiversidade encontrada em seu território, o Brasil dispõe de uma grande variedade de resíduos agrícolas e agroindustriais cujo bioprocessamento desperta um grande interesse econômico e social. Dentre estes exemplos figuram os resíduos derivados de atividades tais como as indústrias de papel e celulose (sepilho, maravalhas e cavacos desclassificados de eucalipto e pinus), serrarias (serragem), usinas de açúcar e álcool (bagaço de cana-de-açúcar) e, de um modo geral, unidades de produção agrícola geradoras de resíduos de culturas como a palha de cereais, de milho, de trigo, sabugo de milho, cascas de arroz e de aveia, dentre outros (RAMOS, 2000).

No Brasil, a quantidade de resíduos lignocelulósicos gerada anualmente é de aproximadamente 350 milhões de toneladas (PEREIRA JR, 2007). Considerando que uma das principais fontes de materiais lignocelulósicos é o setor sucroalcoleiro e adotando o teor de celulose, hemicelulose e lignina no bagaço como parâmetro de comparação[1], chega-se a quantidade potencial respectivamente de 164,5 , 96,25 e 71,05 milhões de toneladas que podem ser obtidas a partir de resíduos lignocelulósicos no Brasil.

Metodologia

Este trabalho tem como objetivo apresentar as iniciativas tomadas no mundo, e especialmente no Brasil, com relação ao uso de matérias-primas no contexto de biorrefinaria de materiais lignocelulósicos. O enfoque será dado na plataforma sucroquímica para a produção de etanol de 2ª geração, tendo em vista a posição de destaque neste segmento de mercado no agronegócio nacional. A metodologia adotada neste estudo exploratório foi baseada na literatura e em documentos obtidos a partir de uma pesquisa de informações disponibilizadas na literatura. Para atingir o objetivo, a informação é apresentada de modo a fornecer um panorama dos esforços mundiais e brasileiro em pesquisa para o desenvolvimento de novas tecnologias relacionadas à obtenção do etanol de segunda geração.

Resultados:

No Mundo

Apesar de atualmente não existir nenhuma planta comercial para produção de etanol a partir de materiais lignocelulósico, muitas plantas-piloto e de demonstração já foram desenvolvidas e diversos projetos comerciais estão em desenvolvimento. A Tabela 1 apresenta as empresas mundiais que vêm empregando tecnologias para produção de etanol de 2ª geração e informações complementares.

Tabela 1- Empresas que empregam tecnologias para a produção de etanol de 2ª geração e características de processo (CGEE, 2010)

Empresa

País de origem

Características de processo

Localização

Capacidade (m3/ano)

AE Biofuels

EUA

Hidrólise enzimática

Montana

567

Blue Fire Ethanol

EUA/

Japão

Hidrólise com ácido concentrado

California

Izumi

12.110

Não determinado

Chempolis Ou

Finlândia

Hidrólise com ácido diluído

Oulu

Não determinado

Iogen

Canadá

Hidrólise enzimática

Ontario

4.000

KL Energy

EUA

Hidrólise enzimática

Wyoming

5.680

Lignol Energy

Canadá

Pré-tratamento Organosolv

Vancouver

2.500

Mascoma

EUA

Não determinado

New York

1.890

Poet

EUA

Não determinado

South Dakota

75

Sekab

Suécia

Hidrólise enzimática

Não determinado

Não determinado

STI

Finlândia

Não determinado

Lappeenranta

Hamina

Narpio

1.000

1.000

1.000

St. Petersburgo State Forest-Technical Academy

Rússia

Hidrólise com ácido diluído

13 unidades no país

Não determinado

Sun Opra

Canadá

Hidrólise enzimática

China

Não determinado

University of Florida

EUA

Hidrólise enzimática

Florida

7.570

Verenium

EUA

Hidrólise enzimática

Lousiana

Japan

5.300

4.920

 

A Tabela 1 revela que a maior parte das empresas encontradas explora o conceito de biorrefinaria de acordo com a plataforma sucroquímica. A maioria das plantas está localizada nos EUA, mas países como Canadá, Suécia, Finlândia, Rússia e Japão também são sedes de algumas iniciativas.

A Tabela 2 mostra os projetos aprovados pelo Departmento de Energia dos EUA (US DOE) para a construção de pequenas biorrefinarias no país, ao final de 2008.

Tabela 2: Projetos aprovados pelo US DOE para a construção de pequenas biorrefinarias nos EUA (US DOE, 2009 apud CGEE, 2010)

Empresa

Custo Total

106 US$

Participação US DOE

DOE 106 US$

Capacidade anual de produção

Localização

Matérias-primas

Tecnologia

Verenium

91,35

76,0

1.500.000

Jennings, LA

Bagaço, cereais, desperdícios agrícolas, resíduos de madeira

Rota bioquímica

Flambeau LIc.

84,0

30,0

6.000.000

Park Falls, WI

Resíduos florestais

BTL

ICM

86,0

30,0

1.500.000

St. Joseph, MO

Gramíneas, sorgo forrageiro, palha

Rota bioquímica

Lignol Innovations

88,0

30,0

2.500.000

Commerce City, CO

Biomassa da madeira, resíduos agrícolas

Rota bioquímica Organosolv

Pacific Ethanol

73,0

24,34

2.700.000

Boardman, OR

Palha de trigo, palha, resíduos de álamo

Biogasolina (EtOH, biogas, combustíveis sólidos)

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83,6

30,0

5.500.000

Wisconsin, WI

Biomassa da madeira – resíduos das usinas

BTL

Rse Pulp

90,0

30,0

2.200.000

Old Town, Maine

Lascas de madeira

Rota bioquímica

Econfin, LIc

77,0

30,0

1.300.000

Washington Country, KY

Espigas de milho

Rota bioquímica (fermentação em estado sólido)

Mascoma

135,0

25,0

2.000.000

Monroe, TN

Gramíneas e madeirs

Rota bioquímica

Total

808,0

305,3

25,2 M galões = 95,4 M litros

 

 

 

 

A Tabela 2 aponta uma tendência para a implementação da plataforma bioquímica, havendo ainda iniciativas termoquímicas como tecnologias, BTL (biomass-to-liquid).

Cabe destacar ainda que foi implementado o Programa de Biomassa do Departamento de Energia para criar nos Estados Unidos uma nova indústria – a indústria da biomassa, ou bioindústria –, consolidada com a instalação de biorrefinarias capazes de transformar vários tipos de biomassa, a preços competitivos em relação às atuais fontes fósseis, em combustíveis, produtos químicos, eletricidade e calor. As biorrefinarias e o uso da biomassa celulósica emergem como fundamentais para alcançar as metas de produção/consumo de etanol, em função das limitações das fontes atualmente empregadas (BASTOS, 2007).

Neste contexto, o país pretende investir US$ 385 milhões em seis biorrefinarias de etanol celulósico capazes de produzir 480 milhões de etanol celulósico por ano, como parte do plano do governo norte-americano e tornar o etanol celulósico competitivo em 2012 a fim de reduzir o consumo de gasolina nos EUA nos próximos 20 anos. A Tabela 3 apresenta os seis projetos selecionados pelo Departamento de Energia Americana (US DOE).

Tabela 3: Investimentos do DOE em projetos de produção de etanol celulósico nos EUA 2007-2010 (BARROS, 2007)

Empresa

Localização da planta

Matéria-prima

Capacidade (milhões de litros/ano)

Investimentos (milhões US$)

Abegoa Bioenergy Corp.

Kansas

Sabugo de milho, resíduos de trigo, etc

43,1

76

ALICO, Inc.

Flórida

Resíduos de vegetais diversos

52,6

33

BlueFire Ethanol, Inc.

Califórnia

Resíduos vegetais e de madeira

71,9

40

Broin Companies of Sioux Falls

Iowa

Resíduos de milho

94

80

Iogen Biorefinery Partners

Idaho

Resíduos agrícolas

68

80

Range Fuels

Geórgia

Resíduos de madeira

151

76

 

No Brasil

Uma das empresas brasileiras que mais investem em P&D sobre biorrefinarias, em especial a partir de resíduos da cana-de-açúcar, é a Petrobras S.A., que é uma empresa estatal brasileira de economia mista, que opera em 27 paises, no segmento de energia, prioritariamente nas áreas de exploração, produção, refino, comercialização e transporte de petróleo e seus derivados no Brasil e no exterior (PETROBRAS, 2011).

Segundo Baratelli Junior (2007), a estratégia competitiva da empresa é expandir a participação no mercado de biocombustíveis liderando a produção nacional de biodiesel e ampliando a participação no negócio de etanol. A Tabela 4 apresenta as rotas para produção de biocombustíveis e o estágio do esforço tecnológico empreendido pela Petrobras/CENPES para o desenvolvimento das tecnologias.

Tabela 4: Esforço tecnológico das rotas para produção de biocombustíveis da Petrobras
(Adaptado de BARATELLI JR., 2007)

Combustível

Fonte/Biomassa

Estágio da Tecnologia

Esforço tecnológico da Petrobras

Primeira geração

Etanol de grãos e cana-de-açúcar

Cana de açúcar, trigo, milho, beterraba

Comercial

médio

Biodiesel

Óleos vegetais e gorduras

Comercial

alto

Diesel verde (hidrotratamento)

Óleos vegetais, gorduras e petróleo

Rumo a comercial no Brasil e Europa

alto

Butanol

Milho, sorgo, trigo e cana-de-açúcar

Projeto BP and Dupont para produzir

monitoramento

Segunda geração

Etanol celulósico

Resíduos agrícolas, lascas de madeira e grama

Projeto IOGEN anuncia planta comercial

alto

Combustíveis da Pirólise (bio-óleo)

Qualquer biomassa celulósica

Projeto BIOCOUP – consórcio europeu de 16 empresas desde 2006 até 2011

médio

Combustíveis de Gás de Síntese - BTL

Qualquer biomassa celulósica

Demonstrado em larga escala com fósseis.

Projeto CHOREN para biomassa anuncia planta comercial.  

alto

Futuro

Diesel de algas

Microalgas cultivadas

Escala de laboratório em Universidades

baixo

Hidrocarbonetos de biomassa

Carbohidratos

Escala de laboratório em Universidades

prospecção

 

A Tabela 4 aponta que os biocombustíveis que demandam um esforço tecnológico elevado por parte da petrobras são de segunda geração, o etanol de celulose e os combustíveis de pirólise e de gás de síntese – BTL que, por sua vez, utilizam como fonte de biomassa matérias de origem celulósica – matéria-prima para as biorrefinarias lignocelulósicas.

Com o projeto de desenvolvimento do bioetanol (etanol de lignocelulose) – um biocombustível produzido a partir de resíduos agroindustriais – a Petrobras entra na produção dos chamados biocombustíveis de segunda geração de biocombustíveis (PETROBRAS, 2008).

Depois da etapa de testes em laboratório, o projeto de produção de bioetanol passa para a fase de testes em escala piloto, por meio de uma unidade experimental instalada no CENPES. Desenvolvida em parceria com a empresa brasileira Albrecht, a planta piloto de etanol de lignocelulose, localizada no Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES), é única no Brasil utilizando a tecnologia enzimática. Para a produção de etanol a partir de resíduos agroindustriais, a planta utiliza um processo de quebra de moléculas com ação de enzimas. O projeto foi desenvolvido pela petrobras em parceria com a Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e outras universidades brasileiras.

Qualquer rejeito vegetal pode ser utilizado como fonte de biomassa na planta experimental, mas o sistema está ajustado ao bagaço de cana-de-açúcar, por ser o resíduo agroindustrial mais expressivo no país. Outra matéria prima que será utilizada nos testes é a torta de mamona, resíduo amiláceo do processo de produção do biodiesel a partir de mamona.

A planta experimental é capaz de produzir cerca de 220 litros de etanol por tonelada de bagaço de cana-de-açúcar. Nesta etapa do projeto de pesquisa, os pesquisadores trabalham na otimização deste processo de produção e têm como objetivo alcançar a marca de 280 litros por tonelada de bagaço no mesmo equipamento. Como resultado desta pesquisa, a Petrobras já fez o depósito de dois pedidos de patentes (BR 0605017-4 e BR 0505299-8) junto ao INPI.

A planta-piloto de bioetanol de lignocelulose coloca a PETROBRAS na posição de vanguarda em relação aos biocombustíveis de segunda geração, aqueles produzidos a partir de resíduos agroindustriais e que não competem com a produção agrícola voltada para alimentos. A utilização de resíduos como o bagaço de cana-de-açúcar pode aumentar substancialmente a produção de etanol sem aumentar a área plantada, elevando a produtividade do processo já existente pelo aproveitamento de seus resíduos.

Desta forma, a produção de biocombustíveis, em futuro próximo, também poderá ser complementar à produção de alimentos. A Petrobras prevê que em 2010 será construída uma planta semi-industrial de bioetanol. A Figura 6 apresenta uma ilustração da rota tecnológica adotada pela petrobras para produção do bioetanol lignocelulósico.

Figura 6: Rota Tecnológica adotada pela PETROBRAS para produção do bioetanol lignocelulósico (BARATELLI JR, 2007)

O processo de fabricação de etanol a partir de resíduos vegetais é dividido em quatro etapas. Na primeira etapa, há o pré-tratamento do bagaço de cana sendo adotado o processo de hidrólise ácida branda, onde no reator o resíduo é submetido à quebra da estrutura cristalina da fibra do bagaço de cana e a recuperação de açúcares mais fáceis de hidrolisar.

Em seguida, vem a etapa de deslignificação do sólido rico em celulose. É retirada a lignina, complexo que dá resistência a fibra e protege a celulose da ação de microorganismos, porém apresenta grande inibição ao processo fermentativo.

Na terceira fase, o líquido proveniente do pré-tratamento ácido, rico em açúcares, é fermentado pela levedura Pichia stipitis adaptada para ser utilizada nesta fermentação.

O sólido proveniente da etapa de deslignificação rico em celulose também é tratado: ele passa por um processo de sacarificação (transformação em açúcares) por meio de enzimas e é fermentado pela levedura Sacharomyces cerevisiae, o mesmo fungo utilizado na fabricação de pães. A Petrobras ainda estuda as enzimas mais eficazes para este processo de fabricação, testando enzimas disponíveis no mercado e pesquisando novos preparados enzimáticos.

Na etapa final, ambos os líquidos provenientes das diferentes fermentações são destilados. O produto desta destilação é o etanol, que possui as mesmas características daquele fabricado a partir da cana em processo industrial.

Cabe destacar que a ação do governo brasileiro não fica restrita a sua participação na Petrobras, considerando a importância que o tema energias renováveis possui na política nacional. O governo do Brasil ainda investe recursos em Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (P,D & I) conforme pode ser visto na Tabela 5.

Tabela 5: Investimentos do governo brasileiro em P,D&I no aproveitamento de biomassas desde 2005 (PEREIRA JR, 2008)

Instituição

Valor

(Milhões R$)

Observações

Governo Federal

SIBRATEC

45,00

Formação de redes temáticas para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras, incluindo energia renovável  

CNPq/MCT

41,80

Específico para biomassa/bioenergias

157,80

Geral, incluindo biomassa

FINEP

450,00

Apoiar o desenvolvimento de produtos, serviços e processos inovadores em empresas brasileiras através de subvenção econômica, incluindo biocombustíveis

Fundações Estaduais

FAPESP

148,00

Projetos específicos para biomassas e biocombustíveis

FAPEMIG

10,95

Biomassas; agroenergia

TOTAL

R$ 855 milhões

 

 

Conclusões

O tema energias renováveis está presente na agenda nacional de todas as nações ao redor do globo, como uma alternativa viável em substituição às fontes de energias fósseis como petróleo e carvão. Especialistas acreditam que o processamento da biomassa como fonte de energia, combustíveis e produtos químicos possa se constituir em uma indústria-chave neste século, criando assim um novo paradigma industrial. Novas tecnologias baseadas no uso de toda a planta e na integração de processos tradicionais e novos deverão ser necessários.

O Brasil encontra-se entre os países-alvo para o desenvolvimento de tais tecnologias devido a sua grande biodiversidade existente e aos conhecimentos adquiridos ao longo das últimas décadas, em especial devido a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.

Neste contexto de inovação, uma nova oportunidade de aproveitamento de biomassa se vislumbra no país: o uso da biomassa lignocelulósica proveniente dos resíduos agrícolas, em especial da indústria da cana, para produção de etanol de 2ª geração dentro do contexto das biorrefinarias explorado neste artigo.

Foi observado que iniciativas governamentais estão sendo tomadas de modo a estabelecer um ambiente adequado para o desenvolvimento de novos produtos e processos. No entanto, desafios de natureza tecnológica e comercial precisam ser vencidos para fazer com que o Brasil mantenha sua posição de destaque no agronegócio mundial e produza produtos de maior valor agregado, contribuindo assim para o desenvolvimento da bio-economia e aproveitando esta janela de oportunidade de aumentar seu crescimento econômico de modo sustentável.

Referências

Annevelink, B.; Ree, R. V. (2007) Status Report Biorefinery 2007. Wageningen: Agrotechnology and Food Sciences Group.

Baratelli Jr, F. (2007). Biocombustíveis – Iniciativas e desenvolvimento tecnológico na Petrobras. In: Conferência Nacional de Bioenergia 27/09/2007.

Bastos, V.D. (2007) Etanol, Alcooquímica e Biorrefinarias. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 25, p. 5-38.

BNDES & CGEE. (2008) Bioetanol de cana-de-açúcar: energia para o desenvolvimento sustentável. Rio de Janeiro: BNDES.

Buckeridge, M.S.; Santos, W.D.; Souza, A.P. (2010) As rotas para o etanol celulósico no Brasil. In: Cortez, L.A.B. (coordenador) Bioetanol de cana-de-açúcar: P&D para produtividade e sustentabilidade. São Paulo: Blucher.

CGEE (2010). Química Verde no Brasil: 2010-2030. Brasília, DF: Centro de Gestão e Estudos Estratégicos.

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[1]  Bagaço de cana é composto de 47% de celulose, 27,5% de hemicelulose e 20,3-26,3% de lignina (AGUIAR, 2010)

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