Os estudos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) em fontes renováveis de matérias-primas para a substituição dos derivados de petróleo acabam de ganhar um novo recurso com a instalação de um reator para o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar no Laboratório de Biotecnologia Industrial. O equipamento está sendo empregado com a finalidade de tornar o bagaço mais susceptível ao processo de hidrólise enzimática dessa biomassa para a geração de açúcares, que poderão fazer parte da fabricação de combustíveis líquidos – como o etanol de segunda geração – e produtos químicos por meio de processos de fermentação.
O projeto está inserido dentro de uma chamada da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp-Oxiteno) para desenvolvimento de estudos cooperativos para a produção de açúcares, álcool e derivados. Para a execução da pesquisa no IPT, os pesquisadores do laboratório optaram pelo sistema de explosão a vapor, que se mostrou o de menor custo em análise feita pelo próprio IPT em 2000 sobre a viabilidade econômica dos vários métodos de pré-tratamento de biomassa.
A equipe de pesquisadores do IPT projetou e dimensionou um reator para o pré-tratamento de bagaço de cana-de-açúcar sob a premissa de tornar viável um processo em escala-piloto. Composto por três partes – a caldeira, o reator propriamente dito (para o tratamento do bagaço) e o ciclone, no qual é recolhido o bagaço tratado – o equipamento foi fabricado sob encomenda com recursos provenientes do projeto de modernização do Instituto.
A montagem do reator foi feita em um espaço que respeita as condições de segurança, em razão das altas pressões e temperaturas envolvidas no processo de pré-tratamento, e uma sala de controle foi construída ao lado da instalação com toda a instrumentação necessária para a operação de forma remota.
Equipamento foi dimensionado para tornar viável um processo em escala-piloto
GARGALOS – A celulose, a hemicelulose e a lignina são os três principais componentes do bagaço de cana-de-açúcar, mas o escopo do trabalho no IPT está concentrado somente no primeiro. Para o pré-tratamento, a biomassa é submetida a condições de alta pressão e temperatura e, em seguida, a uma redução brusca da pressão – daí a origem do termo explosão a vapor. A operação é necessária em razão da alta recalcitrância do bagaço, que dificulta a quebra da estrutura das fibras e a atuação das enzimas na geração dos açúcares.
“Nossa proposta de trabalho excluiu o uso de ácidos, pois eles provocam a formação de subprodutos prejudiciais à etapa seguinte de fermentação e demandam equipamentos mais resistentes e caros”, afirma Alfredo Maiorano, coordenador do laboratório e responsável do projeto. “Para que as fibras fiquem suscetíveis ao ataque das enzimas e o rendimento seja maior, é necessário esse pré-tratamento que desestrutura a forte composição tridimensional e permite a formação de poros, tornando mais fácil a penetração das enzimas e o ataque somente da celulose”.
Além da dificuldade na quebra da estrutura das fibras, outro problema enfrentado na obtenção de açúcares é o custo das enzimas e a capacidade catalítica das substâncias disponíveis no mercado, que não permitem ainda a execução da hidrólise enzimática de forma mais rápida. Para eliminar este gargalo, o Laboratório de Biotecnologia Industrial está executando paralelamente ao projeto financiado pela Fapesp uma série de pesquisas voltadas à produção das celulases, que são as enzimas responsáveis pela quebra da celulose e produção da glicose. Os estudos são feitos pela bióloga Elda Sabino da Silva, que realizou em 2010 um treinamento no Centro de Investigaciones Biológicas de Madrid, na Espanha, para aumentar as competências do Instituto na busca de fungos produtores das enzimas.
CARACTERIZAÇÃO – É necessário controlar a operação antes e após o pré-tratamento do bagaço de cana-de-açúcar e, para realizar os ensaios de análises químicas, foram adquiridos sistemas de cromatografia líquida e gasosa, também com recursos provenientes do projeto de modernização do IPT. “Não basta ‘explodir’ o bagaço: é preciso comparar amostras submetidas a diversas temperaturas e pressões, e encontrar as melhores condições de explosão e de hidrólise para a geração de um volume maior de açúcares”, afirma Maiorano.
É nesta nova série de equipamentos que são realizados ensaios de caracterização, com a medição dos níveis de celulose e de todos os subprodutos formados no início e no término dos processos de pré-tratamento e de hidrólise. Está também nos planos da equipe de pesquisadores a execução de análises visuais no microscópio eletrônico de varredura (MEV-FEG), adquirido pelo IPT em 2009.
GASEIFICAÇÃO – O estudo do processo de hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar ocorre paralelamente ao projeto articulado pelo IPT para a instalação de uma planta-piloto de gaseificação de biomassa na cidade de Piracicaba, voltada à produção de biogás. Na comparação entre as duas propostas, Maiorano não vê contradições. “Há ainda muitas dúvidas na rota biotecnológica, adotada por nós, e na rota termoquímica, escolhida para o projeto em Piracicaba. Pela gaseificação, é gerado um gás de síntese que pode ser convertido por via química em diversos produtos, mas também pode ser transformado em etanol ou metanol por via biotecnológica”, afirma ele. “A grande característica do IPT é esta multidisciplinaridade, e temos competências para estudar as duas vias, que podem convergir em algum momento para comparação dos resultados. O objetivo de um instituto de pesquisas é justamente mostrar as vantagens e as limitações de um projeto”.
