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A evolução tecnológica da rota celulolítica ainda não ultrapassou estágios pré-industriais por uma simples razão: a celulase, enzima que hidroliza celulose, principal componente estrutural das células vegetais, encarece o processo, tirando-lhe competitividade.

Em 2001, cada litro de álcool produzido por hidrólise enzimática custava aproximadamente US$ 1,30 em celulase. Três anos depois, a enzima teve seu preço reduzido em dez vezes, mas ainda assim não competitivo. Empresas de alta tecnologia, como Novozymes e Genencor, ambas, coincidentemente, controladas por grupos industriais dinamarqueses, trabalham no sentido de remover este último obstáculo ao aproveitamento energético da celulose. A Genencor acaba de lançar a Accellerase 1000, fruto de dez anos de P&D na criação de enzima especificamente desenvolvida para usinas de álcool. Assim, apresenta alta atividade de beta-glicosidase, o que evita o acúmulo de celobiose (dissacarídio formado com duas moléculas de glicose), prejudicial ao rendimento da sacarificação.

A Novozymes, por sua vez, anunciou ter concluído em 2005 programa conjunto de P&D com o National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Golden, Colorado, subordinado ao Departamento de Energia dos EUA), que, ao longo de quatro anos e ao custo de US$ 17,1 milhões, viabilizou o desenvolvimento de uma enzima que poderá custar apenas US$ 0,03 a 0,05 por litro de álcool produzido. Para especialistas, o valor já está próximo daquele considerado ideal (US$ 0,01/litro), fazendo com que prevejam a esperada proliferação de usinas celulolíticas a partir da virada da década.

Nova Guiné – Celulases surgiram como subprodutos da Segunda Guerra Mundial. Preocupados com o excessivo desgaste de roupas e equipamentos nas selvas do Pacífico Sul, em 1944, militares norte-americanos recolheram amostras de microrganismos suspeitos de serem os responsáveis pelo prejuízo e as levaram ao laboratório de pesquisas do exército, em Natick, Massachussetts. De milhares de amostras, uma, recolhida na Nova Guiné, mostrou conter um fungo – Thichoderma viride (atualmente denominado T. reesei, em homenagem ao seu descobridor, Elwyn Reese) – capaz de converter celulose em seus monômeros.

O fungo só voltou a despertar interesse na década de 60, quando se descobriu que preparados de enzimas extracelulares eram responsáveis pela ação hidrolítica. A idéia de aproveitar estas enzimas na conversão de resíduos celulósicos em produtos de interesse alimentar e energético surgiu em 1973 e, em 1979, o pessoal de Natick anunciava o isolamento de cepas mutantes de T. reesei com poder hidrolítico vinte vezes superior ao da cepa nativa. O microrganismo original continua sendo o ponto de partida para as celulases comerciais do século XXI. A técnica para o desenvolvimento de cepas com maior rendimento em celulases extracelulares compreende a indução de mutações, geralmente com radiação ultravioleta ou pelo emprego de substâncias mutagênicas, como nitrosoguanidina, NTG.

Sinergia – Estudadas desde meados do século XX, celulases são relativamente pouco conhecidas em comparação com outras enzimas, sob observação desde os tempos em que o cientista alemão Wilhelm Kuhne cunhava o nome “enzima”, em 1876.

Admite-se a existência de cinco tipos de celulases, das quais ao menos três formam um complexo sinérgico, responsável pela hidrólise da celulose: (1) endocelulase – responsável pelo rompimento de ligações intercadeias poliméricas, que conferem estrutura cristalina à celulose; (2) exocelulase, cliva segmentos das cadeias expostas pela endocelulase, gerando celobiose (dissacarídio) ou celotetrose (tetrassacarídio); (3) beta-glicosidase, hidrolisa celobiose e celodextrinas, gerando monômeros de glicose (veja figura 1).

Figura 1

Estudo recente do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social, BNDES, prevê a necessidade de se construir ao menos uma centena de novas usinas de álcool. Estas, acrescidas das cerca de 330 refinarias ora em operação, responsáveis por uma produção anual de 17 bilhões de litros, permitiriam o atendimento da demanda brasileira de álcool em 2010, prevista em 25 bilhões de litros. A demanda dificilmente deixará de ser atendida, porque já existem projetos para a construção de cerca de 80 usinas novas até 2012.

Alguma dessas usinas usará matéria-prima celulósica? Provavelmente não. A saber, existem somente duas instalações piloto em operação no Brasil, ambas centradas na conversão enzimática de celulose de bagaço. A primeira, projeto do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento da Petrobrás (Cenpes) em parceria com a Albrecht Equipamentos Industriais (Joinville-SC) e escolas de química da UFRJ e UnB, poderá resultar na construção de planta com escala semi-industrial em 2010. Reforçando o envolvimento da Petrobrás com o chamado “álcool de segunda geração” – o superálcool dos norte-americanos –, há a recente assinatura de acordo com a Novozymes, da Dinamarca, em parceria com o Centro de Tecnologia Canavieira (CTC), de Piracicaba-SP, para o aperfeiçoamento de celulases, que tornem o álcool de bagaço (R$ 1,80/litro) competitivo com relação ao álcool de caldo de cana (R$ 0,60/litro).

Segue também o programa da Dedini Indústrias de Base, com a entrada em operação de unidade piloto capaz de processar 1.600 m3 de bagaço/ano, em Pirassununga-SP, em 2002 e que, desde meados de 2007, conta com aporte de R$ 50 milhões da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).

Finalmente, há a modesta Bioenzima, de Caruaru-PE, fabricante regional de celulase utilizada no envelhecimento de jeans – atualmente, o principal emprego industrial de celulases – e que informa estar desenvolvendo enzimas eficazes na digestão de lignocelulose de sobras de cactos e bananeiras. Segundo a empresa, as pesquisas já despertaram o interesse de bananicultores da Colômbia, um dos principais produtores mundiais da fruta.