Etanol de segunda geração pode produzir biogás

São Paulo - O etanol de segunda geração, feito com a celulose existente no bagaço da cana-de-açúcar, é uma alternativa importante para aumentar a produção de biocombustível sem prejudicar as plantações de alimentos ou as áreas de preservação ambiental.

Mas como seu processo de produção é mais caro que o do etanol de primeira geração – obtido pela fermentação da sacarose do caldo de cana –, é preciso encontrar alternativas para torná-lo economicamente viável.

A proposta de um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) é aliar a produção do etanol de celulose à produção de biogás e usar os resíduos obtidos no processo como fonte de energia para as usinas.

O projeto de pesquisa “ Otimização de pré-tratamento de biomassa e hidrólise para maximizar a produção de biogás a partir de resíduos agroindustriais ” foi financiado pela Fapesp e realizado em parceria com pesquisadores do Institut National de la Recherche Agronomique (Inra), da França.

“O bagaço de cana que sobra da fabricação do etanol de primeira geração é hoje queimado e usado pela indústria como fonte de energia elétrica ou térmica em forma de vapor. Quando usamos esse bagaço para fabricar o etanol de segunda geração, conseguimos recuperar apenas 32% da energia que seria obtida com a queima em caldeira”, disse a engenheira química Aline Carvalho da Costa, coordenadora da pesquisa.

No modelo proposto pelos pesquisadores, foi possível recuperar cerca de 65% da energia. A vantagem é o aumento da produção de biocombustível líquido, que pode ser usado para transporte e, por isso, tem um apelo econômico maior. “Além disso, o biogás e os demais resíduos podem ser usados como fonte de energia para a indústria, substituindo o bagaço”, ressaltou Costa.

Além da celulose usada na produção do etanol de segunda geração, o bagaço de cana contém hemicelulose – substância composta por açúcares de cinco carbonos chamados pentoses – e lignina – material estrutural da planta, responsável pela rigidez, impermeabilidade e resistência dos tecidos vegetais.

Para que essa biomassa possa ser transformada em biocombustível, ela precisa passar por um pré-tratamento que separa a celulose da lignina, substância que impede a hidrólise. Esse é um dos passos mais caros e menos maduros tecnologicamente no processo produtivo do etanol de segunda geração.

Depois disso, ainda é preciso submeter a celulose à ação de enzimas que vão quebrá-la em várias moléculas de glicose para que os microrganismos consigam fazer a fermentação. Esse procedimento é conhecido como hidrólise.

“A lignina que sobra depois do pré-tratamento pode ser queimada e usada como fonte de energia. O mesmo pode ser feito com o resíduo sólido que sobra após a hidrólise. Mas, quando se fala em etanol de segunda geração, a grande pergunta é: o que fazer com as pentoses? Tivemos então a ideia de transformá-las em biogás”, conta Costa.

A pesquisadora explica que esse tipo de açúcar não pode ser usado na produção de etanol porque os microrganismos não conseguem fermentá-lo de forma eficiente.

“Microrganismos geneticamente modificados conseguiriam, mas isso exigiria uma infraestrutura de biossegurança nas usinas que tornaria a produção inviável no cenário brasileiro atual, embora isso possa mudar a longo prazo”, disse.

Palha da cana

Por meio de um processo de digestão anaeróbica, feito por um conjunto de bactérias capazes de degradar a matéria orgânica, os pesquisadores conseguiram transformar essas pentoses em biogás.

“Essa etapa da pesquisa foi realizada na França, país com muita experiência na produção de biogás a partir de vários resíduos, e contou com a participação de minha aluna de doutorado Sarita Cândida Rabelo”, disse Costa. O doutorado teve apoio de Bolsa da Fapesp.

Buscando tornar mais eficiente e barata a transformação de celulose em etanol, os pesquisadores também compararam dois tipos de pré-tratamento – um feito com cal e outro com peróxido de hidrogênio alcalino. Esse último se mostrou mais promissor, uma vez que necessita de menos tempo e não deixa resíduo na biomassa.

“Essa etapa ainda precisa ser mais amadurecida para tornar o etanol de segunda geração competitivo”, ressalta Costa. O uso de todos os resíduos do processo de produção, avalia, é provavelmente a única forma de tornar o produto economicamente viável e ambientalmente sustentável. “Nossa grande contribuição foi mostrar que o licor de pré-tratamento, rico em pentoses, tem grande potencial para produção de biogás. Embora várias alternativas de aproveitamento das pentoses venham sendo estudadas, nenhuma é ainda definitiva.”

A pesquisadora ressalta que com o etanol de segunda geração é possível aumentar muito a produção de biocombustível do país sem aumentar a área plantada de cana-de-açúcar.

Embora seja possível obter biocombustível a partir de praticamente qualquer biomassa vegetal, o Brasil tem investido no bagaço de cana por esse ser um insumo abundante e que já está na usina, dispensando gasto com transporte.

“Também pesquisamos a produção de etanol usando como matéria-prima a palha da cana, que representa um terço da planta e hoje não é aproveitada. Os resultados parciais têm se mostrado bastante semelhantes aos obtidos com a produção de etanol a partir do bagaço”, disse Costa.

Essa parte da pesquisa deu origem a um trabalho de mestrado que será defendido em março de 2012. Outras três dissertações também integram o projeto. Resultados da pesquisa foram publicados em congressos nacionais e diversas revistas indexadas, entre elas a Bioresource Technology e o Journal of Chemical Technology and Biotechnology.

São Paulo - O etanol de segunda geração, feito com a celulose existente no bagaço da cana-de-açúcar, é uma alternativa importante para aumentar a produção de biocombustível sem prejudicar as plantações de alimentos ou as áreas de preservação ambiental.

Mas como seu processo de produção é mais caro que o do etanol de primeira geração – obtido pela fermentação da sacarose do caldo de cana –, é preciso encontrar alternativas para torná-lo economicamente viável.

A proposta de um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) é aliar a produção do etanol de celulose à produção de biogás e usar os resíduos obtidos no processo como fonte de energia para as usinas.

O projeto de pesquisa “ Otimização de pré-tratamento de biomassa e hidrólise para maximizar a produção de biogás a partir de resíduos agroindustriais ” foi financiado pela Fapesp e realizado em parceria com pesquisadores do Institut National de la Recherche Agronomique (Inra), da França.

“O bagaço de cana que sobra da fabricação do etanol de primeira geração é hoje queimado e usado pela indústria como fonte de energia elétrica ou térmica em forma de vapor. Quando usamos esse bagaço para fabricar o etanol de segunda geração, conseguimos recuperar apenas 32% da energia que seria obtida com a queima em caldeira”, disse a engenheira química Aline Carvalho da Costa, coordenadora da pesquisa.

No modelo proposto pelos pesquisadores, foi possível recuperar cerca de 65% da energia. A vantagem é o aumento da produção de biocombustível líquido, que pode ser usado para transporte e, por isso, tem um apelo econômico maior. “Além disso, o biogás e os demais resíduos podem ser usados como fonte de energia para a indústria, substituindo o bagaço”, ressaltou Costa.

Além da celulose usada na produção do etanol de segunda geração, o bagaço de cana contém hemicelulose – substância composta por açúcares de cinco carbonos chamados pentoses – e lignina – material estrutural da planta, responsável pela rigidez, impermeabilidade e resistência dos tecidos vegetais.

Para que essa biomassa possa ser transformada em biocombustível, ela precisa passar por um pré-tratamento que separa a celulose da lignina, substância que impede a hidrólise. Esse é um dos passos mais caros e menos maduros tecnologicamente no processo produtivo do etanol de segunda geração.

Depois disso, ainda é preciso submeter a celulose à ação de enzimas que vão quebrá-la em várias moléculas de glicose para que os microrganismos consigam fazer a fermentação. Esse procedimento é conhecido como hidrólise.

“A lignina que sobra depois do pré-tratamento pode ser queimada e usada como fonte de energia. O mesmo pode ser feito com o resíduo sólido que sobra após a hidrólise. Mas, quando se fala em etanol de segunda geração, a grande pergunta é: o que fazer com as pentoses? Tivemos então a ideia de transformá-las em biogás”, conta Costa.

A pesquisadora explica que esse tipo de açúcar não pode ser usado na produção de etanol porque os microrganismos não conseguem fermentá-lo de forma eficiente.

“Microrganismos geneticamente modificados conseguiriam, mas isso exigiria uma infraestrutura de biossegurança nas usinas que tornaria a produção inviável no cenário brasileiro atual, embora isso possa mudar a longo prazo”, disse.

Palha da cana

Por meio de um processo de digestão anaeróbica, feito por um conjunto de bactérias capazes de degradar a matéria orgânica, os pesquisadores conseguiram transformar essas pentoses em biogás.

“Essa etapa da pesquisa foi realizada na França, país com muita experiência na produção de biogás a partir de vários resíduos, e contou com a participação de minha aluna de doutorado Sarita Cândida Rabelo”, disse Costa. O doutorado teve apoio de Bolsa da Fapesp.

Buscando tornar mais eficiente e barata a transformação de celulose em etanol, os pesquisadores também compararam dois tipos de pré-tratamento – um feito com cal e outro com peróxido de hidrogênio alcalino. Esse último se mostrou mais promissor, uma vez que necessita de menos tempo e não deixa resíduo na biomassa.

“Essa etapa ainda precisa ser mais amadurecida para tornar o etanol de segunda geração competitivo”, ressalta Costa. O uso de todos os resíduos do processo de produção, avalia, é provavelmente a única forma de tornar o produto economicamente viável e ambientalmente sustentável. “Nossa grande contribuição foi mostrar que o licor de pré-tratamento, rico em pentoses, tem grande potencial para produção de biogás. Embora várias alternativas de aproveitamento das pentoses venham sendo estudadas, nenhuma é ainda definitiva.”

A pesquisadora ressalta que com o etanol de segunda geração é possível aumentar muito a produção de biocombustível do país sem aumentar a área plantada de cana-de-açúcar.

Embora seja possível obter biocombustível a partir de praticamente qualquer biomassa vegetal, o Brasil tem investido no bagaço de cana por esse ser um insumo abundante e que já está na usina, dispensando gasto com transporte.

“Também pesquisamos a produção de etanol usando como matéria-prima a palha da cana, que representa um terço da planta e hoje não é aproveitada. Os resultados parciais têm se mostrado bastante semelhantes aos obtidos com a produção de etanol a partir do bagaço”, disse Costa.

Essa parte da pesquisa deu origem a um trabalho de mestrado que será defendido em março de 2012. Outras três dissertações também integram o projeto. Resultados da pesquisa foram publicados em congressos nacionais e diversas revistas indexadas, entre elas a Bioresource Technology e o Journal of Chemical Technology and Biotechnology.