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

MUITO OBRIGADA !!

Cristina Maria Monteiro Machado

Cristina.Machado@embrapa.br

(www.cnpae.embrapa.br)