As primeiras plantas industriais de produção de etanol
de segunda geração devem entrar em operação no Brasil a partir de 2014,
em escala comercial ou de demonstração de tecnologia. A expectativa é
que produzam de 3 a 82 milhões de litros de combustível por ano, colocando
à prova os esforços dos cientistas de todo o globo para desenvolver um
processo eficiente de quebra da biomassa em açúcares capazes de
serem fermentados em etanol.
Os principais desafios científicos e tecnológicos da
produção em escala do etanol celulósico foram tema de
workshop promovido pelo Laboratório Nacional de Ciência e
Tecnologia do Bioetanol (CTBE), em Campinas.
O Second Generation Bioethanol 2013: Enzymatic
Hydrolysis, apoiado pela FAPESP, reuniu mais de 130 profissionais para
debater temas como hidrólise enzimática, relações entre estrutura e função
de enzimas, aspectos relacionados a bioprocessos, metagenômica aplicada a
biocombustíveis, produção de proteínas, transdução de sinal em
fungos filamentosos, fermentação de pentoses por leveduras,
evolução molecular de enzimas e novas fontes de energia.
Os grandes gargalos do setor continuam sendo o alto custo e
a baixa eficiência dos coquetéis enzimáticos, este último causado por
diversos inibidores da reação. Os próprios componentes da biomassa
interferem na reação de hidrólise.
“O bagaço de cana é um material muito heterogêneo,
contempla celulose, hemicelulose e lignina, um composto que transpassa a
fibra e inibe a atividade enzimática”, disse André Ferraz, pesquisador da
Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo (USP).
Apesar da complexidade do processo, avanços
significativos foram obtidos nos últimos anos. Neil Brown, pesquisador
da USP de Ribeirão Preto, destacou o aumento considerável de dados
genômicos ligados a microrganismos que secretam enzimas com potencial para
degradar a biomassa, assim como a ampliação do conhecimento sobre sistemas
de ação relacionados à produção dessas enzimas e o uso em larga escala
de abordagens “ômicas”, como metagenômica e proteômica.
“Para continuar a avançar nas pesquisas, precisamos
de sistemas de biologia computacional que combinem dados
dessas diversas abordagens em modelos que contribuam para a
criação de sistemas enzimáticos mais eficazes. No Reino Unido, quem trabalha
com bioinformática atualmente possui uma longa lista de cientistas
desejando a sua atenção”, comentou Brown.
Na área de genômica, Igor Grigoriev, do DOE Joint
Genome Institute, dos Estados Unidos, abordou o projeto 1000 Fungal
Genome. A iniciativa agrega diversas instituições norte-americanas em torno do
sequenciamento de 1000 espécies de fungos até 2016. Esses microrganismos
são os principais secretores de enzimas que degradam a biomassa em
açúcares que podem ser utilizados para a produção de biocombustíveis e outros
produtos de alto valor agregado.
Química e biomassa
A edição deste ano do workshop Second Generation
Bioethanol contemplou novas sessões sobre estudos com leveduras
capazes de converter açúcares de cinco carbonos em etanol.
As leveduras industriais atuais não conseguem fermentar
tais compostos presentes na biomassa lignocelulolítica, como xilose
ou galactose. Entretanto, estes representam mais de 30% dos açúcares
presentes na biomassa de cana.
Yong-Su Jin, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, mostrou
resultados de estudos com modificações genéticas em espécies de Saccharomyces
cerevisiae com o propósito de metabolizar pentoses. O grupo introduziu na
levedura genes para a fermentação de celobiose e xilose.
Outra espécie foi modificada para cofermentar o aceto,
um coproduto da reação anterior. As espécies modificadas obtiveram
resultados expressivos na fermentação simultânea dos compostos. “Nossos
resultados sugerem que a cofermentação simultânea de inúmeros açúcares é uma
estratégia promissora para produzir combustíveis e substâncias químicas a
partir de biomassa.”
Ao final do workshop, os coordenadores do evento
e pesquisadores do CTBE Gustavo Goldman, Juliana Velasco de Oliveira
e Fábio Squina destacaram que um dos maiores desafios do Brasil na área é
também sua principal solução.
“O nosso país possui uma matéria-prima que produz
grandes volumes de biomassa, assim como um complexo industrial de produção
de etanol de primeira geração otimizado. Isso representa uma vantagem
competitiva perante outros países, ao mesmo tempo em que obriga a futura
tecnologia de segunda geração a ser mais eficiente do que a desenvolvida
em nações concorrentes”, disse Goldman.
Os três pesquisadores coordenam linhas de pesquisa no
CTBE que combinam abordagens “ômicas”, como genômica funcional,
metagenômica, transcriptômica e proteômica. Tecnologias de alto desempenho
são empregadas para a descoberta de enzimas com aplicação biotecnológica e a
compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na conversão da biomassa
vegetal por sistemas enzimáticos.
“Como consequência desses estudos, temos disponibilizado
à comunidade científica uma coleção de enzimas recombinantes com amplas
aplicações biotecnológicas, provenientes de diversas fontes, como
microrganismos hipertermofílicos, cupins, metagenoma de solo, fungos
filamentosos e genes sintéticos”, detalhou Squina. Além de
publicações científicas, o grupo depositou algumas patentes nos
últimos anos. (ambienteenergia)
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