Mistura de enzimas mostrou alto desempenho para etanol a partir de bagaço de cana

Cientistas da Embrapa Agroenergia (DF) e do Centro de Tecnologia Canavieira (CTC) desenvolveram um meio para obter etanol a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar e impulsionar no País a indústria do etanol de segunda geração (E2G). Trata-se do coquetel enzimático CMX, 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.

• Coquetel enzimático CMX é capaz de impulsionar a indústria brasileira de etanol de segunda geração.
• Tecnologia foi desenvolvida com microrganismos do Brasil e tecnologia 100% nacional.
• Avanço abre caminho para colocar o País no mercado bilionário da produção de enzimas.
• Taxa interna de retorno é estimada em 19%.

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. 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.

Em busca de parceiros A Embrapa Agroenergia busca por empresas que queiram fechar parceria no codesenvolvimento de processos e produtos. No caso do mercado de enzimas, os pesquisadores procuram parceiros capazes de produzir o coquetel em escala industrial, aumentando a concentração de enzimas no meio de produção e realizando testes de aplicação em escala piloto. Cumpridas essas etapas, o produto estará pronto para ser comercializado. Para saber mais, acesse a Vitrine Tecnológica da Embrapa Agroenergia. Saiba como fazer parceria com a Embrapa Agroenergia na página da Unidade.

Ao viabilizar economicamente a produção de E2G no Brasil, a tecnologia é capaz de contribuir para impulsionar esse tipo de processo no País. O coquetel enzimático ainda pode ter sua aplicação expandida para outros setores, como as indústrias de rações e têxtil, e colocar o Brasil no mercado bilionário de produção de enzimas (veja quadro). Atualmente, o País importa enzimas celulolíticas, empregadas na desconstrução de biomassa lignocelulósica.

Coquetel 100% nacional

A maior parte das enzimas que compõem o coquetel enzimático CMX foi obtida a partir de microrganismos da biodiversidade brasileira preservados na Coleção de Microrganismos e Microalgas Aplicados à Agroenergia e Biorrefinarias da Embrapa Agroenergia. “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 da Embrapa Betania Quirino.

O coquetel é uma mistura de enzimas de diversos tipos: endoglicanases, exoglicanases, betaglicosidases, mono-oxigenaseslíticas de polissacarídeos (LPMOs) e xilanases. Todas atuam de forma complementar para melhorar o desempenho do produto.

O mercado bilionário de enzimas

A globalização e o aumento das atividades de pesquisa e desenvolvimento dentro do mercado de enzimas impulsionam o seu crescimento. As utilizadas para produção de biocombustíveis são um dos segmentos que mais crescem no mundo. De acordo com um estudo da BCC Research LLC, o mercado global deve crescer de US$ 16 bilhões, em 2018, para US$ 24,8 bilhões, em 2023, com uma taxa de crescimento anual de 9,2% no período. O mercado mundial de enzimas para biocombustíveis foi avaliado em US$ 623 milhões em 2014. Em 2020, esse valor de mercado deve chegar a quase US$ 1 bilhão, com taxas de crescimento anuais de 10,4% (BCC Research, 2015).

Estima-se que, somente em 2019, quase 30 mil toneladas de enzimas ou preparações enzimáticas tenham sido importadas pelo Brasil, contra 9,3 mil toneladas exportadas. O principal tipo de enzima comprado pelo Brasil são as amilases (cerca de 3,5 mil t), trazidas principalmente da China, Estados Unidos e Dinamarca e utilizadas pelas indústrias têxtil, de produtos de limpeza, cervejeira, de panificação e suco, de alimentos à base de amido, ração para animais e cosméticos.

Vários mercados poderão ser beneficiados pelo coquetel enzimático, em especial as empresas produtoras de enzimas e a agroindústria sucroalcooleira energética, que faz a conversão da biomassa lignocelulósica em combustíveis, eletricidade, calor e compostos químicos derivados. Devido à versatilidade do coquetel enzimático, outras aplicações também podem ser vislumbradas, como por exemplo nas indústrias têxtil e de ração animal.

“O desenvolvimento de tecnologias nacionais para a produção de enzimas poderá contribuir para a redução de 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”, analisa a pesquisadora da Embrapa Dasciana Rodrigues. “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.”

Os resultados sobre rendimento de hidrólise foram bastante animadores, de acordo com a pesquisadora da Embrapa Dasciana Rodrigues. “O fungo que produz o extrato enzimático-base, denominado ‘chassi’, 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”, conta a cientista.

Ela ressalta que essas características não são comumente observadas nos coquetéis enzimáticos que estão disponíveis no mercado. “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”, observa Rodrigues.

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.

Aprimoramento do o processo de produção

Agora, um dos principais desafios da equipe para a inserção da tecnologia no mercado é aprimorar o processo de produção dessas enzimas, visando aumentar sua concentração 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.

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.

O coquetel enzimático para a hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado teve seu pedido de patente de invenção em cotitularidade Embrapa/CTC depositado em novembro de 2019 no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI).

Os fatores relacionados ao potencial de rentabilidade do investimento na pesquisa são relatados e discutidos no artigo inédito Avaliação de impacto ex ante da adoção de ativo tecnológico para hidrólise de biomassa lignocelulósica pré-tratada: caso do Coquetel CNPAE-CMX , que será apresentado no 58º Congresso da Sociedade Brasileira de Economia, Administração e Sociologia Rural (Sober), previsto para agosto de 2020.

Por que utilizar enzimas?

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.

 

Por: Irene Santana (MTb 11.354/DF)
Embrapa Agroenergia