Avrupa Birliği’ne Adaylık ve Uyum Sürecinin Arka Planı Olarak Reformlar

YÖNETĐM SÜRECĐ 85

III. Avrupa Birliği’ne Adaylık ve Uyum Sürecinin Arka Planı Olarak Reformlar

12 Van Dam, J.; Gosselink, R.; Jong, E. Lignin applications. Agrotechnology & food innovations. 2006. Disponível em: <http://www. biomassandbioenergy.nl/>.Acesso em: dez 2009.

A indústria começou primeiramente a usar lignina nos idos de 1880s quando os lignosulfonates fo- ram utilizados em banhos de tanagem para a produção de couros e m banhos de tintura13_Desde

então, a lignina vem sendo empregada como matéria-prima para a produção de emulsificantes com aplicação na área alimentícia e na produção de vanilina, que é usada extensamente como flavori- zante em alimentos, como componente na formulação de produtos farmacêuticos e também com fragrância em indústria de perfumaria. As aplicações de produtos derivados da lignina expandiram literalmente, impactando muitos segmentos industriais.

Lignina Biomassa Residual Gás De Síntese Metanol Fenol, Vanilina, Lignina Oxidada Óleos Hidrogenólise Gaseiﬁcação Processos _Oxidativos Resinas Fenólicas Produtos Químicos Combustíveis Líquidos Combustível Sólido Enzimas (Fes)

Figura 1.5: Biorrefinaria lignocelulósica: produtos da lignina Fonte: Pereira Jr. et al., 2008.

Para que a tecnologia de produção de etanol de materiais lignocelulósicos possa ser implementada industrialmente os seguintes aspectos devem ser focalizados:

• desenvolvimento de tecnologia de pré-tratamento que seja eficaz e que não gere subs- tâncias tóxicas que possam obstaculizar a fermentação alcoólica, nem tampouco requeira equipamentos onerosos de alta pressão;

• desenvolvimento de processos de produção de celulases por fermentação submersa e no estado sólido, bem como de engenharia de enzimas (formulação inteligente) para eficiente hidrólise da fração celulósica das biomassas residuais;

• construção de microrganismos ótimos, através da Biologia molecular, para eficiente fer- mentação de C5 e C6;

• conversão de ambas as frações, celulósica (glicose) e hemicelulósica (principalmente xi- lose) a etanol, seja pelo modelo de duas correntes (two stream model), no qual a fermen- tação do hidrolisado hemicelulósico se dá separadamente do hidrolisado celulósico ou através do modelo integrado (integrated model), no qual um mesmo microrganismo (re- combinante) seja capaz de fermentar tanto pentoses quanto hexoses;

• realização de estudo detalhado de integração de processo, englobando todas as correntes, seja de processo quanto de utilidades, a fim de favorecer a relação input/output de energia; • realização de estudos detalhados sobre a viabilidade econômica dos processos de aprovei-

tamento de resíduos agrícolas e agroindustriais, incluindo as questões de logística. Considerando esses aspectos e com base no panorama mundial e nacional do tema “biorrefinarias: rota bioquímica”, foram selecionados cinco tópicos tecnológicos a serem abordados na análise pros- pectiva, cujos resultados serão apresentados nas seções seguintes. O Quadro 1.2 apresenta os tópicos, seus descritivos, grau de maturidade e setores que serão impactados pelo seu desenvolvimento.

Quadro 1.2: Tópicos associados ao tema “biorrefinarias: rota bioquímica” Ref. Tópicos associados Descritivo Grau de maturidade (mundo) Setores mais impactados (Brasil) T1a Pré-tratamento da biomassa

Etapa essencial que visa desorganizar o complexo lignocelulósico , fracionando-o, e aumentar a acessibilidade da celulose à hidrólise enzimática.

Crescimento

Agroindústrias; biocombustíveis; celulose e papel; química; meio ambiente; plásticos.

T1b Produção de celulases

Etapa essencial para viabilizar técnica e economicamente a rota bioquímica e minimizar a dependência estrangeira de biocatalisadores. Visa produzir enzimas para a hidrólise de celulose (principal componente de biomassas lignocelulósicas).

Crescimento

Agroindústrias; biocombustíveis; celulose e papel; química; energia; meio ambiente; plásticos; têxtil e confecções.

T1c Biologia molecular

Construção de células ótimas para eficiente produção de biomoléculas, a partir de diferentes carboidratos (pentoses + hexoses) gerados nos processos de hidrólise dos polissacarídeos das biomassas residuais.

Crescimento

Agroindústrias; biocombustíveis; celulose e papel; química; energia; meio ambiente e plásticos. T1d Produção de biocombustíveis de segunda geração e de outras moléculas

Definição de estratégias tecnológicas para a produção de biomoléculas: modelo de duas correntes ou modelo integrado; processo em batelada ou contínuo; recuperação das enzimas. Necessidade imperiosa de se avançar no escalonamento (plantas pilotos e demonstrativas) no país.

Crescimento

Agroindústrias; biocombustíveis; celulose e papel; química; energia; meio ambiente e plásticos.

T1e Integração energética de processo

Maduro

Agroindústrias; biocombustíveis; celulose e papel; química; energia; meio ambiente e plásticos.

Para que os materiais lignocelulósicos possam ser utilizados como matérias-primas para a produ- ção de etanol e de outras substâncias químicas, é necessário que sejam separados. Nesta separação é imprescindível uma etapa de pré-tratamento (T1a), que visa fundamentalmente desorganizar o complexo lignocelulósico. O pré-tratamento pode ser realizado por meio de processos físicos, físico- químicos, químicos, ou biológicos, podendo estar associado ou ser seguido de processos de hidró- lise das porções polissacarídicas (hemicelulose e celulose) em suas respectivas unidades monoméri- cas (pentoses e hexoses).

Os pré-tratamentos mais adequados são: a pré-hidrólise ou a explosão a vapor, com despolimeri- zação e dissolução quase completa das hemiceluloses. Do material restante (celulose + lignina), a celulose pode ser separada, pela dissolução da lignina com álcalis (deslignificação), ficando com a

sua acessibilidade aumentada ao ataque catalítico, ou a lignina pode ser separada, pela hidrólise da celulose com ácidos minerais fortes, concentrados ou diluídos, a temperaturas elevadas14_{. Na Figura}

1.6 encontra-se um esquema simplificado para o fracionamento dos principais componentes dos materiais lignocelulósicos. Material Lignocelulósico Pré - Tratamento

(Auto - Hidrólise/p ré - Hidrólise) Hemicelulose (Pentoses +hexoses)

Celulose + Lignina

(Celulignina) SolúvelLignina

OH- (Desligniﬁcação) Celulose Lignina H+ (Hidró _lise) Glicose Glicose (Hidró lise Enzimática)

Figura 1.6: Fracionamento dos componentes de biomassas lignocelulósicos Fonte: Schuchardt et al, 2001.

No contexto da produção de etanol e outras substâncias a partir de materiais lignocelulósicos, entende-se por pré-tratamento o(s) processo(s) através do(s) qual(is) a molécula da celulose se torna mais acessível à atuação das enzimas hidrolíticas (celulases). Na literatura, muitas vezes os termos pré-hidrólise e auto-hidrólise são utilizados como sinônimos de pré-tratamento (T1a). A acessibilidade da molécula de celulose é decorrente da remoção da fração hemicelulósica, bem como da remoção parcial da lignina, promovendo uma espécie de “abertura” da matriz lignoce- lulósica. Adicionalmente, conforme detalhado adiante, as técnicas usuais de pré-tratamento en- volvem um sinergismo entre a ação do calor, do pH do meio e do tempo de exposição da matriz nas condições do processo, levando à diminuição da cristalinidade da molécula da celulose, com conseqüente aumento de sua “digestibilidade”15_.

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