Etanol 2G: Usinas elevam oferta de álcool de palha

Usinas elevam oferta de álcool de palha e bagaço de cana

No último dia 5 de outubro, a Raízen comunicou ao mercado o início das operações, no Parque de Bioenergia Bonfim, em Guariba-SP, da maior planta de etanol de segunda geração (E2G: etanol 2G) do planeta, com nível de comercialização contratado de 80% sobre a sua capacidade nominal de produção de 82 mil m3 por ano safra. A unidade consumiu investimentos da ordem de R$ 1,2 bilhão e representa a consolidação da empresa como a maior produtora mundial e única a operar duas plantas de E2G em escala industrial.

Bonfim e Costa Pinto, em operação em Piracicaba-SP desde a safra 2014-2015, totalizam a capacidade nominal de 114 mil m3. O projeto da empresa contempla a operação de 20 plantas de E2G até a safra 2030-31, o que elevará a capacidade instalada para, aproximadamente, 1,6 milhão de m3 por ano safra. Os valores totais de investimentos acumularão cerca de R$ 24 bilhões.

A produção de etanol de segunda geração, seja com a utilização do bagaço ou da palha de cana-de-açúcar como matérias-primas, está em expansão no país, o que é bom para o meio ambiente, em tempos em que as condições climáticas estão instáveis e severas, por força do aquecimento global. A grande disponibilidade de biomassa vegetal evidencia o potencial do Brasil nessa área.

A produção de Etanol 2G acontece por um processo altamente tecnológico de pré-tratamento da biomassa, hidrólise e fermentação. As estruturas vegetais têm alguns compostos básicos, como lignina, celulose, hemicelulose, cinzas e água. A lignina é um composto estrutural de cadeia longa que confere rigidez à planta. Para que se possa produzir álcool, é necessário disponibilizar os carboidratos (celulose e hemicelulose) e, para isso, é preciso quebrar ou soltar a lignina dos demais compostos.

No pré-tratamento da biomassa, para fracionar a celulose, o processo da Raízen é químico, mecânico e térmico. Para a hidrólise, quebra da celulose e da hemicelulose em açúcares – glicose e xilose, respectivamente –, a empresa adota o processo enzimático.

Na fermentação e destilação, os principais processos são parecidos com o E1G. A diferença é que a fermentação da xilose requer o uso de uma levedura geneticamente modificada. A planta de E2G pode realizar outras etapas secundárias como evaporação dos caldos, separação de sólidos, secagens, tratamento de efluentes, águas etc. Quimicamente, o Etanol 2G (E2G) é como o E1G. A grande diferença está na forma de produção. A companhia é proprietária da tecnologia que utiliza como insumo o bagaço da cana-de-açúcar.

A Raízen informa que o biocombustível tem potencial de elevar em 50% a sua capacidade de produção de etanol com base na mesma área plantada, resultando em uma molécula que reduz em 90% as emissões de gases do efeito estufa, na comparação com combustíveis fósseis, além de ter 30% menos emissões em relação ao E1G.

A Raízen já conseguiu a certificação do E2G pelos rigorosos padrões de sustentabilidade de Bonsucro e ISCC (Certificado Internacional em Sustentabilidade e Carbono).

Etanol 2G: GP+TM

A GranBio opera em São Miguel dos Campos-AL a BioFlex I, que funciona desde 2017 e é também, assegura a empresa, a primeira planta de etanol celulósico do Hemisfério Sul que converte a palha da cana-de-açúcar em E2G com a menor pegada de carbono de um biocombustível em escala comercial: 8,2g CO2 eq/MJ entregue na Europa.

A companhia desenvolveu know-how para coletar, armazenar e tratar mais de 200 mil t de palha de cana por ano, o que permite que a BioFlex I opere em períodos fora da safra agrícola. A partir de 2025, utilizará também a palha e o bagaço da cana-energia Vertix, variedade desenvolvida pela GranBio.

A unidade utiliza a tecnologia GreenPower Plus (GP+TM). A GranBio tem dois processos proprietários de produção do etanol 2G, o GreenPower Plus e o AVAP.

Nos dois processos, a parede celular da biomassa (da madeira, bagaço, palha ou outras fontes) é quebrada em um processo de pré-tratamento, usando uma combinação de temperatura, pressão e refino mecânico, ou solventes, estes usados no caso da AVAP, expondo as moléculas de celulose e hemicelulose que, por sua vez, são “cortadas” por uma solução de enzimas em açúcares com 5 e 6 carbonos.

Em seguida, o material hidrolisado é fermentado com leveduras especiais que convertem o açúcar no “vinho” que depois é destilado para separar o etanol. A tecnologia compreende, portanto, sistemas mecânicos, químicos e biológicos integrados para conversão de biomassa em açúcares celulósicos fermentáveis, lignina e vinhaça concentrada.

A “robustez” da tecnologia termomecânica do processo GP+, sem utilização de tratamento ácido para a quebra da celulose, tem como consequência a produção mínima de furfural e outros contaminantes para a fase da hidrólise enzimática. A GranBio informa que a GP+ busca ser a tecnologia disponível com menor capex e opex.

Pesquisas para melhorar a eficiência e a viabilidade econômica da produção de E2G não param. Não se pode descartar que, em breve, saibamos de novos reagentes químicos e enzimas, e novos processos de pré-tratamento e fermentação.

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Embrapa

Cientistas da Embrapa Agroenergia e do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) desenvolveram o coquetel enzimático CMX para a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado. O pedido de patente de invenção está protocolado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) desde o final de 2019.

A Embrapa “continua desenvolvendo o processo de produção dessas enzimas e buscando parceiros para acelerar a transferência de tecnologia”, informa a pesquisadora Dasciana Rodrigues.

O desafio é produzir essas enzimas em elevadas concentrações no meio de produção (o que pode ser alcançado por meio de melhoramento genético dos microrganismos produtores ou melhoramento do processo de produção das enzimas) e em escala industrial. Isso favorecerá a adoção da tecnologia por empresas dentro ou fora do Brasil.

Os resultados sobre rendimento de hidrólise foram bastante animadores, de acordo com Dasciana.

Etanol 2G: Usinas elevam oferta de álcool de palha e bagaço de cana ©QD Foto: iStockPhoto
Dasciana: Embrapa desenvolve a produção local de enzimas

“O fungo que produz o extrato enzimático-base, denominado ‘chassis’, expressou todo o conjunto de celulases (endoglicanase, exoglicanase e betaglicosidase) necessário para converter celulose em glicose. Além disso, o coquetel pode ser usado a 50 ̊C ou 35 ̊C, apresentando o mesmo desempenho de hidrólise, o que o torna versátil em aplicações na indústria de biocombustíveis ou como aditivo em rações para animais”, relata a cientista.

“O desempenho do coquetel enzimático sobre a hidrólise da celulose presente em bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por explosão a vapor é comparável aos de coquetéis enzimáticos disponíveis comercialmente”, complementa.

O CMX é uma mistura de enzimas produzidas a partir de três diferentes microrganismos que mostrou alto desempenho para desconstruir a biomassa da planta, ação fundamental para retirar dela o açúcar que se transformará em biocombustível. São microrganismos da biodiversidade brasileira preservados na Coleção de Microrganismos e Microalgas Aplicados à Agroenergia e Biorrefinarias da Embrapa Agroenergia.

Enzimas de diversos tipos fazem parte do coquetel: endoglicanases, exoglicanases, betaglicosidases, mono-oxigenaseslíticas de polissacarídeos (LPMOs) e xilanases. Todas atuam de forma complementar para melhorar o desempenho do produto.

“Estamos produzindo um coquetel com tecnologia 100% nacional, um produto de alto valor agregado, que valoriza os nossos recursos genéticos e poderá ser produzido no próprio ambiente industrial”, destaca a pesquisadora Betania Quirino.

Um estudo de impacto do coquetel estimou que uma usina com capacidade de produção anual de 70 mil toneladas de E2G será capaz de obter ganhos da ordem de R$ 50 milhões por ano. Outros índices de avaliação do investimento se mostraram promissores. Caso seja financiado por uma única usina, o investimento em P&D teria uma taxa interna de retorno (TIR) de 19,2% e um valor presente líquido (VPL) de R$ 76,69 mil em 20 anos.

O coquetel enzimático ainda pode ter sua aplicação expandida para outros setores, como as indústrias de rações e têxteis, e colocar o Brasil no mercado bilionário de produção de enzimas. O país importa enzimas celulolíticas, empregadas na desconstrução de biomassa lignocelulósica.

“O desenvolvimento de tecnologias nacionais para a produção de enzimas poderá contribuir para a redução do custo desse insumo nos diferentes setores em que serão aplicados, especialmente para aqueles com produção da enzima on site, ou seja, no mesmo local em que serão utilizadas”, observa Dasciana.

“Isso porque a importação de enzimas tem custo elevado devido à necessidade de realizar a sua concentração e estabilização para o armazenamento e transporte, além das taxas de mercado.”

A construção de uma plataforma tecnológica avançada para a caracterização de enzimas e de uma metodologia analítica para a desconstrução de biomassas foram outros resultados importantes desse trabalho.

“A estrutura e o conhecimento obtidos ao longo dos anos pelos pesquisadores permite que hoje aproveitemos diferentes tipos de coprodutos e resíduos agroindustriais, não somente para a produção de enzimas, mas também para a síntese de compostos químicos renováveis”, constata a pesquisadora Mônica Damaso.

A pesquisa que deu origem ao coquetel fez parte do projeto Yeastzyme, realizado pela Embrapa Agroenergia em parceria com o CTC e com recursos financeiros do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES). O objetivo do projeto foi buscar novas enzimas e leveduras capazes de melhorar a produção de etanol a partir da biomassa de cana-de-açúcar.

A equipe de pesquisadores da Embrapa Agroenergia foi responsável pela prospecção dos microrganismos celulolíticos, seleção de genes e pela modificação genética de microrganismos para a produção das enzimas de interesse. Além disso, realizou os ensaios de produção das enzimas e, com a equipe do CTC, avaliou o desempenho do coquetel em reatores com capacidade que variava entre 50 ml e dois litros, em condições operacionais que simulavam o ambiente industrial.

Há inúmeras vantagens em se utilizar enzimas como ferramentas catalíticas para o setor industrial. Elas são biodegradáveis e atuam em condições brandas de temperatura e pressão, o que poupa energia em processos de produção. Além disso, são específicas, ou seja, para cada tipo de hidrólise desejada há uma enzima a ser utilizada. Essa característica gera maior rendimento dos produtos, menor custo de fabricação, uso reduzido de energia, redução de produtos e coprodutos tóxicos, redução de gases do efeito estufa e, por fim, melhor qualidade do produto final.

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