Pesquisas buscam melhores formas de usar a biomassa

Cientistas da UFSCar, Unicamp, USP e Embrapa trabalham para tentar solucionar desafios que envolvem o uso da biomassa em uma economia sustentável

Heitor Shimizu, de Bruxelas  |  Agência FAPESP – Desenvolvimento sustentável é “o desenvolvimento que satisfaz as necessidades presentes, sem comprometer a capacidade das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades”, de acordo com o Relatório Brundtland, publicado em 1987 pela Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento. 

O mesmo relatório, intitulado Nosso Futuro Comum, sugere uma série de medidas a serem tomadas pelos países para promover o desenvolvimento sustentável, entre elas o desenvolvimento de tecnologias com uso de fontes energéticas renováveis. 

O Brasil é um dos países que mais usam fontes energéticas renováveis e, além disso, não depende tanto do petróleo para seus veículos como os demais países. O motivo é o uso de biocombustíveis, especialmente o etanol, feito à base do caldo extraído da cana-de-açúcar. Mas há outro tipo de etanol de potencial imenso, o etanol celulósico, obtido do bagaço e da palha da cana – também chamado de etanol de segunda geração. 

O etanol celulósico é um dos mais importantes exemplos do uso de biomassa lignocelulósica para produção de combustíveis líquidos renováveis. 

“É um consenso que uma economia sustentável dependerá de uma multiplicidade de fontes de energia, mas a biomassa irá desempenhar um papel importante”, disse Roberto de Campos Giordano, professor titular no Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), na FAPESP Week Belgium, realizada nas cidades de Bruxelas, Liège e Leuven de 8 a 10 de outubro de 2018.

“Além disso, as biorrefinarias terão de produzir moléculas e monômeros [que se combinam na formação de polímeros] para substituir os derivados do petróleo. No entanto, uma lacuna importante ainda precisa ser superada: como fazer essa transição na economia real?”, disse Giordano, que dirige o Laboratório de Desenvolvimento e Automação de Bioprocessos, e falou no evento sobre a contribuição da engenharia de processos e sistemas para viabilizar o uso da biomassa em uma economia de baixo carbono. 

Segundo Giordano, muito trabalho ainda deve ser feito em duas vertentes: o desenvolvimento de bioprocessos avançados e o desenvolvimento de ferramentas computacionais que “apoiem a análise de viabilidade tecno-econômica-ambiental desde o início da pesquisa de processos produtivos com baixo impacto de carbono”. 

Ambos os aspectos estão sendo abordados por um grupo interinstitucional de oito laboratórios reunidos no Projeto Temático “Da fábrica celular à biorrefinaria integrada Biodiesel-Bioetanol: uma abordagem sistêmica aplicada a problemas complexos em micro e macroescalas”, coordenado por Giordano e que integra o Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN). 

“O projeto se propõe a enfrentar desafios tecnológicos colocados por uma nova concepção de biorrefinaria integrada, aproveitando sinergias entre os processos de produção dos dois mais importantes biocombustíveis no contexto brasileiro: bioetanol de primeira e segunda gerações, a partir da cana-de-açúcar, e biodiesel, a partir de óleos vegetais e, também, de fonte microbiana”, disse. 

“Para tanto, reunimos pesquisadores com larga experiência na área, de várias instituições do Estado de São Paulo. Biocombustíveis líquidos de fontes renováveis são a espinha dorsal dessa biorrefinaria, baseada em rotas bioquímicas, mas moléculas de maior valor agregado também têm sua produção estudada”, disse. 

O Projeto Temático reúne várias linhas de pesquisa, como: Síntese, otimização e análise tecno-econômica-ambiental integrada à simulação da refinaria de bioetanol; Obtenção de biomoléculas de valor agregado a partir de subprodutos dos processos de produção de biocombustíveis ou da biomassa presente na biorrefinaria; e Integração dos processos de produção de etanol de segunda geração e do biodiesel etílico usando subprodutos da produção de combustíveis como matéria-prima. 

Fungos que gostam do calor

A biomassa é uma fonte abundante de polissacarídeos – carboidratos compostos por moléculas de açúcares menores – como a celulose, que podem ser utilizados como matéria-prima renovável para a produção de biocombustíveis (como o etanol de segunda geração) e de compostos de química verde (fertilizantes), entre outros.

“O problema é que a conversão desses polissacarídeos em açúcares que podem ser fermentados por via enzimática ainda é um processo lento e de alto custo”, disse Fernando Segato, professor na Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, na FAPESP Week Belgium. 

Segato falou no evento em Bruxelas sobre o uso de enzimas produzidas por fungos que sobrevivem a temperaturas elevadas na produção de açúcares a partir da biomassa lignocelulósica, composta de lignina, hemicelulose e celulose.

“A produção de biocombustíveis e de outros compostos químicos a partir de materiais renováveis como a biomassa lignocelulósica é difícil, principalmente por causa de sua resistência, o que dificulta a sua desconstrução. Essa resistência é devida principalmente à presença da lignina contida na parede celular da planta”, disse. 

A lignina é uma macromolécula encontrada nas plantas terrestres. Está associada à hemicelulose e à celulose na parede celular e tem a função de conferir rigidez, impermeabilidade e resistência a ataques biológicos e mecânicos aos tecidos vegetais. 

“A lignina pode ser quebrada ou removida da parede celular da planta por tratamentos com custo elevado e que necessitam de produtos químicos, altas temperaturas e alta pressão. A lignina na biomassa lignocelulósica é resistente ao ataque de microrganismos, mas alguns fungos produzem enzimas que podem degradar a lignina”, disse. 

Por conta disso, o grupo do professor Segato investiga o uso de enzimas produzidas por fungos termofílicos (ou termófilos) na degradação de lignina. Esses microrganismos são capazes de sobreviver a temperaturas elevadas, acima de 45 °C. Alguns desses fungos (hipertermofílicos) podem resistir a temperaturas próximas a 70 °C. Dentre as principais espécies de fungos estudadas pelos pesquisadores estão Aspergillus niveus (recentemente reclassificado como A. fumigatus var niveus) e Myceliophthora thermophila. 

A pesquisa tem apoio da FAPESP e é conduzida em colaboração com cientistas da USP, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da University of Nebraska em Lincoln (UNL), onde Segato foi professor visitante, e da Oklahoma State University (OSU).

Segundo Segato, mecanismos para degradar materiais lignocelulósicos foram identificados a partir da análise do transcriptoma (conjunto de RNAs de um organismo, órgão, tecido ou linhagem celular) e do secretoma (conjunto de proteínas secretadas) de fungos termofílicos. “Além disso, foi verificado um aumento de até 2,5 vezes na atividade de sacarificação da biomassa, quando os extratos enzimáticos de diferentes espécies foram misturados”, disse. 

“Esses resultados levaram o nosso grupo a investigar enzimas que poderiam estar agindo em conjunto para melhorar a sacarificação da biomassa lignocelulósica. Para isso, utilizamos técnicas de análise de alta taxa de produção, biologia molecular e expressão heteróloga de proteínas como ferramentas para compreender melhor a interação enzimática que levou a aumentar a sacarificação de biomassa lignocelulósica”, disse. 

Realizada no Centro Belga de Histórias em Quadrinhos, a FAPESP Week Belgium foi organizada pela FAPESP em conjunto com as organizações belgas F.R.S.-FNRS, o Departamento de Economia, Ciência e Inovação (EWI), a Fundação de Pesquisa – Flanders (FWO) e a Wallonie-Brussels International (WBI).

Mais informações: www.fapesp.br/week2018/belgium.