São Carlos, 28/nov/2008
Etanol de 2ª. Geração – desafios para
instrumentação e automação
Cristina Maria Monteiro Machado
Embrapa Agroenergia
Dados Básicos:
• Unidade Descentralizada (UD) temática de PD&I da Embrapa
• Data de criação: 24 de maio de 2006
• Início de atividades: Janeiro de 2007
• Quadro previsto: 160 empregados (45-50 pesquisadores)
• Localização: Brasília – DF
• Funções: 1) coordenação das ações de P&D no tema agroenergia
2 ) execução de ações de P&D
Escopo de Atuação da Embrapa Agroenergia
3 vertentes principais:. Desenvolvimento de Tecnologia Agronômica (sistemas de produção sustentáveis)
. Desenvolvimento de Tecnologia Industrial (processos de eficiência de conversão)
. Estudos transversais (ambientais, sócio-econômicos, mercado, gestão, políticas públicas)
Plataformas:
Saltos de competitividade em Agroenergia
Biodiesel Florestas
Energéticas
Cana-de-
açúcar
Plataforma de Agroenergia da Embrapa
Fontes
Alternativas
Etanol
Lignocelulósico
Projeto Cana-de-açúcar (iniciado em 2006)
Plataforma de Agroenergia da Embrapa
Etanol de materiais lignocelulósicos
Gestão da Plataforma
Caracterização e seleção de biomassa lignocelulósica
Prospecção e seleção de microrganismos
Genética molecular de gramíneas e microrganismos
Processos de conversão
Fontes alternativas de biomassa e rotas tecnológicas para a produção
sustentável de etanol de materiais lignocelulósicos
Plataforma de Agroenergia da Embrapa
Produção de etanol a partir de biomassa
lignocelulósica
Desafios para instrumentação e automação
• Dois focos:
• Complementares (não excludentes)
• Processo desenvolvido
• Desenvolvimentos do processo
Engenharia da matéria-prima – Biologia Energética
• Parede celular das plantas - mistura complexa e dinâmica
de componentes
• Milhares de genes participam na síntese, disposição e
função das paredes celulares,
• Poucos foram identificados e suas enzimas
correspondentes são ainda menos conhecidas.
• Como os polissacarídeos e a lignina são sintetizados?
• Como a composição celular é regulada e como sua composição se
relaciona às funções da parede celular?
• Desenvolvimento de espécies que possuam, além de
composição da parede celular desejável, alta
produtividade em sistema de produção sustentáveis.
Desconstrução da parede celular – pré
tratamento
• O conhecimento dos mecanismos de quebra da parede
• desenvolvimento de processos mais eficientes e econômicos de
pré-tratamento termoquímico e de hidrólise enzimática.
• Técnicas avançadas de microscopia
• caracterização da parede celular “in natura” e após tratamentos
físicos, químicos e enzimáticos
• Conhecer-se a interação da lignina com os outros
polímeros da parede celular, enquanto é feita a
“desconstrução” da parede celular durante o processo de
pré-tratamento.
• Enzimas
Processo Fermentativo
• Pré-tratamento da lignocelulose para produzir hidrolisados
produz grande número de produtos paralelos (acetato,
furfural e lignina) que afetam significativamente o
crescimento dos microrganismos e reduzem o
metabolismo de açúcares e a concentração final de etanol.
• Identificação/desenvolvimento de microrganismos
• resistentes às características da matéria prima
• capazes de fermentar pentoses e hexoses
• Estudo de sistemas biológicos avançados para a
biotransformação da biomassa
• Isolamento e caracterização genômica e proteômica de
microorganismos
• Desenvolvimento de estratégias fermentativas
Modelagem computacional e integração do
processo
• Para determinar os requisitos e alternativas o
processo da pesquisa biomassa-biocombustíveis
em uma biorefinaria integrada.
• Processos fermentativos
• Maior eficiência (maior consumo de substrato em
menor tempo e maior conversão)
• Nem sempre é o mais viável
• Processo lignocelulósico – outras parâmetros a
serem determinados
Desafios Instrumentação e Automação
• Análise apropriada da biomassa
• Na maior parte dos casos, não há disponibilidade de métodos
analíticos de substratos que demonstram a eficácia necessária.
• Os métodos analíticos utilizados atualmente são lentos e caros
para screening em alta escala.
• Identificação e caracterização de proteínas e complexos
protéicos
• Melhora/adequação de sistemas de espectroscopia para melhorar
a ionização dos peptídeos, aumentar a resolução, quantificar as
proteínas em misturas complexas e ampliar o espectro de
detecção.
• Micro(nano)tecnologias para screening da produção de proteínas,
• Ferramentas de bioinformática para analisar dados de proteômica
• Desenvolvimento de diferentes técnicas de análise de alto
desempenho (high throughput analysis – HTP)
• Novas técnicas de homogeneização e redução do tamanho de
partícula de amostras de biomassa sem degradação estrutural
ou química para o uso de sistemas automatizados ou
robotizados para análise;
• Adaptação de módulos, equipamentos e acessórios para as
técnicas analíticas já existentes,
• Técnicas de análise multivariada para integração e validação de
dados de diferentes métodos analíticos;
• Controle dos sistemas analíticos de alta performance e
determinação da estratégia de produção.
• Sistemas de imagem e caracterização.
Desafios Instrumentação e Automação