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Tratamento do bagaço da cana pode aumentar a produção de etanol

Jessé Lacerda | NOVEMBRO 2016

Revisão textual: Paula Rothman

Imagem: Public domain, modificada por CEPID CCES-eScience

 

Uma recente pesquisa desenvolvida por cientistas da Unicamp ajuda a entender melhor a física e a química envolvidas na transformação da celulose, a matéria prima do papel, em combustível. A descoberta é parte de um projeto em parceria com a Universidade de Alberta, no Canadá, e pode alavancar tecnologias de aproveitamento do bagaço da cana-de-açúcar na produção de biocombustível.

A celulose é um polímero que atribui rigidez e firmeza às plantas. O segredo de sua resistência natural está na sua estrutura, formada por fibras muito pequenas (microfibras de celulose) imersas em um material não celulósico de água, hemicelulose e lignina. Cada microfibra de celulose é constituída pela repetição de moléculas de glicose que estão firmemente ligadas entre si.

Obter o etanol a partir da celulose presente no bagaço de cana-de-açúcar é um desafio justamente por sua resistência. O processo demanda que as microfibras de celulose sejam quebradas por enzimas em moléculas de glicose, que são as menores unidades estruturais da celulose. No entanto, o material não celulósico no qual as microfibras estão inseridas também precisa ser digerido. Portanto, existe uma dupla barreira a ser superada.

Esse desafio tem um nome específico: recalcitrância da biomassa vegetal. Os cientistas da Unicamp Rodrigo L. Silveira e Munir S. Skaf estudaram uma maneira de atenuar essa recalcitrância. Basicamente, os pesquisadores perceberam que o trabalho das enzimas no ataque à celulose é facilitado quando o bagaço de cana-de-açúcar é tratado para que as microfibras sejam agregadas em feixes maiores.

Imagem: Wikimedia Commons

Para estudar como o tratamento do bagaço pode ser feito, os pesquisadores utilizaram a chamada teoria 3D-RISM e avaliaram o papel da água e da temperatura na agregação das microfibras. Essa teoria é um conjunto de equações através das quais podemos obter informações sobre forças e energias em processos ou reações que ocorrem em soluções (por exemplo, na presença de água).

Os cientistas perceberam que as microfibras tendem a se colapsar e não formam nenhuma estrutura caso sejam desconsiderados os efeitos dos componentes não celulósicos (água, hemicelulose e lignina). Portanto, a presença natural da água impede o completo colapso das microfibras de celulose, permitindo a formação de um material estruturado.

No entanto, o papel da água em estabelecer equilíbrio é desempenhado às custas de gerar forças de repulsão entre as microfibras de celulose, o que dificulta a agregação das microfibras em feixes maiores. O problema dos cientistas é responder à seguinte pergunta: quais as condições de densidade da água e de temperatura que minimizam a repulsão entre as microfibras e favorecem a agregação em feixes maiores?

É aí que entra a teoria 3D-RISM como uma ótima ferramenta para resolver o problema. Os cientistas perceberam que a agregação é favorecida combinando altas temperaturas (maiores que o ponto de ebulição da água) com baixa densidade da água (até cem vezes menor que a densidade à temperatura ambiente).

Dessa forma, o tratamento do bagaço de cana-de-açúcar envolve o aquecimento da celulose a altas temperaturas onde ocorre o agrupamento das microfibras em feixes maiores. As microfibras permanecem agrupadas após resfriamento.

 

A agregação da celulose é favorecida pela água em alta temperatura e baixa densidade.

Desde a Conferência de Estocolmo, em 1972, a substituição do petróleo por outras matérias-primas é considerada uma das mais importantes práticas na busca por um planeta mais sustentável. Uma das opções é justamente a utilização de matéria orgânica (biomassa), que inclui a cana-de-açúcar, na produção de biocombustíveis como o biodiesel e o etanol.

Um dos subprodutos gerados no processo tradicional de fabricação de etanol e açúcar é o bagaço, cuja celulose pode ser aproveitada para a produção do etanol de segunda geração. Segundo dados da Petrobrás, o etanol de segunda geração pode ampliar a capacidade de produção nacional em até 40% sem a necessidade de aumentar as áreas plantadas de canavial. Essas previsões têm motivado as pesquisas para a conversão da celulose em biocombustível.

A descoberta desse time de pesquisadores promove tecnologias de transformação da biomassa e é crucial para o Brasil, onde o etanol tem hoje o menor custo de produção e o maior rendimento em litros do mundo por hectare de cana-de-açúcar.

 

Leia o artigo completo aqui.

 

Pesquisa

SILVEIRA, R. L.; STOYANOV S. R.; KOVALENKO, A.; SKAF, M. S. Cellulose Aggregation Under Hydrothermal Pretreatment Conditions. Biomacromolecules, 17 (8), pp 2582- 2590, jun. 2016.


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