Etanol 2G

A utilização de biocombustíveis - combustível produzido a partir de matéria orgânica –apresenta-se como uma possível alternativa ao consumo de combustíveis fósseis que, por não serem renováveis, são passíveis de esgotamento. Além disso, a utilização de biocombustíveis representa uma menor liberação de gases ligados ao efeito estufa, principalmente pelo fato de fixarem carbono durante seu crescimento, apresentando-se como uma alternativa para a mitigação do aquecimento global.

O principal biocombustível utilizado no Brasil é o etanol obtido a partir do processo de fermentação do caldo de cana-de-açúcar. As leveduras são os micro-organismos responsáveis pelo processo de fermentação, onde utilizam o açúcar da cana para obter energia e liberam o etanol como produto desta reação. Nos tanques de fermentação (também conhecido como dornas) há a adição do caldo tratado de cana-de-açúcar e leveduras. Ao final do processo, haverá a formação do vinho, onde estarão presentes o etanol, açúcares não fermentados, entre outros produtos. Finalmente, para a obtenção apenas do etanol é necessário a realização da destilação, método físico de separação de misturas homogêneas. Esse é o álcool combustível que poderá ser utilizado nos nossos automóveis.

Apesar de o processo de geração de etanol ser eficiente, o grande problema consiste na geração de biocombustível suficiente para suprir as necessidades de um país. Ainda é necessário que se aumente a área cultivada com a cultura de cana-de-açúcar no Brasil, área esta que não é pequena – mais de 10 milhões de hectares. No entanto, o aumento da área cultivada para produção de biocombustível pode significar uma redução na área utilizada para alimentação. Pensando nesta problemática, desenvolveu-se etanol de 2ª Geração, ou 2G.

O etanol 2G é obtido a partir das sobras do processo de produção do etanol comum, ou seja, o bagaço resultante da moagem da cana e parte da palha (folhas de cana-de-açúcar). Existem ainda processos de obtenção de 2G que conseguem reutilizar o vinho destilado resultante do primeiro processo.

O processo de obtenção de etanol a partir das “sobras” é possível graças à preparação deste material. A primeira etapa consiste no pré-tratamento, que alterará fatores estruturais e a composição química do bagaço, além de modificar fatores da estrutura da celulose. Com o material resultante, será realizado um processo de hidrólise enzimática (quebra de moléculas na presença de água) que torna a celulose (um dos açúcares presentes no material) em açúcar fermentável. A mesma levedura que é responsável pelo processo de fermentação do caldo de cana-de-açúcar poderá fermentar os açúcares gerados da preparação do bagaço.

Como comentei, existem outros processos que podem ser utilizados para a obtenção do etanol 2G, como a reutilização do vinho fermentado. Para esse processo é necessário a utilização de leveduras geneticamente modificadas, que apresentam a capacidade de fermentar os açúcares que as leveduras tradicionalmente utilizadas no processo não possuem.

Já avançamos muito na tecnologia de obtenção de etanol de 2ª geração, mas ainda estamos engatinhando nessa área. A celulose, açúcar que é solubilizado pela hidrólise enzimática, representa apenas 30% dos açúcares presentes no bagaço; os outros 70% (hemiceluloses e pectinas) ainda saem do processo intactos.

Quem quiser informações mais detalhadas sobre os trabalhos realizados na área de otimização do processo de geração de etanol de 2ª geração pode acessar:  http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/10/11/entre-acucares-e-genes/ http://www.raizen.com.br/energia-do-futuro-tecnologia-em-energia-renovavel/etanol-de-segunda-geracao

Jaqueline Almeida

jaqueline.raquel.almeida@usp.br

Referências:

[1] Begcy, K. et al. (09/2012).  A novel stress-induced sugarcane gene conferstolerance to drought, salt and oxidative stress in transgenic tobacco plants. Plos One.

[2] E Souza, A.P. et al.; (09/2012). Composition and structure of sugarcane cell walls: implications for cell wall hydrolysis and second generation bioethanol. BioEnergy Research.

[3] Latarullo, M.B.G.; (Sem data). O desafio do Bioetanol. Acessado de: http://www.icb.usp.br/bmm/ext/index.php?option=com_content&view=article&catid=12%3Ageral&id=162%3Aetanol-de-segunda-geracao&lang=br em agosto de 2015.

[4] Produção de etanol de 2ª Geração por hidrólise. Acessado de: http://www.novacana.com/etanol/producao-por-hidrolise/ em agosto de 2015.

[5] Rosa, S.E.S; Garcia, J.L.F.; (12/2009). O etanol de segunda geração: limites e oportunidades. Acessado de: http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivos/conhecimento/revista/rev3204.pdf  em agosto de 2015.

2G Ethanol

            The use of biofuels – fuels produced from organic matter – is a possible alternative to the use of fossil fuels, which, because they are not renewable, may run out in the future. Besides that, the use of biofuels corresponds to a smaller production of gases related to the greenhouse effect, mainly because they fixate carbon during their growth. Thus, they are an alternative for the mitigation of global warming.

            The main biofuel used in Brazil is the ethanol obtained from the process of fermentation of sugarcane juice. Yeasts are the microorganisms responsible for the process of fermentation, in which they use the sugar to obtain energy and release ethanol as a product of the chemical reaction. The yeasts and the sugarcane juice are joined together in fermentation tanks. At the end of the process, there is wine, where we can find the ethanol, non-fermented sugars, among other products. Finally, in order to obtain only ethanol, we need to perform a distillation, which is a physical method of separation of homogeneous mixtures. That substance is the alcohol fuel that can be used in our cars.

            Even though the production of ethanol is efficient, producing enough biofuel for the whole country is very difficult. We still need to expand the area under cultivation of sugarcane in Brazil – an area that is not small at all: over 10 million hectares. However, an increase in the area cultivated for the production of biofuels may mean a decrease in the area used for food. With this concern in mind, second-generation (2G) ethanol has been developed.

            2G ethanol is obtained from the waste of the production of regular ethanol, that is, the bagasse that results from the grinding process of the cane and of part of the straw (sugarcane leaves). There are also processes of 2G ethanol production that manage to re-use the distilled wine that results from the first process.

            The process of production of ethanol from the “waste” is possible thanks to the preparation of this material. The first step consists in the pre-treatment, which alters structural factors and the chemical composition of the bagasse, and also changes factors of the structure of cellulose. With the resulting material, a process called enzymatic hydrolysis happens – breaking of molecules in the presence of water –, which transforms the cellulose – one of the sugars present in the material – into fermentable sugar. The same yeast responsible for the fermentation process of sugarcane juice can ferment the sugars generated in the preparation of the bagasse.

            As I have mentioned, there are other processes that can produce 2G ethanol, such as the re-utilization of fermented wine. This process requires genetically modified yeasts, since they are able to ferment sugars – an ability that yeasts traditionally used do not have.

            We have already developed very much the technology for production of 2G ethanol, but we are still taking baby steps in this field. Cellulose, a sugar that is solubilized by the enzymatic hydrolysis, only represents 30% of the sugars present in the residue; the other 70% – hemicelluloses and pectins – still stay intact during the whole process..

            If you want more detailed information about the optimization of the production process of 2G ethanol (in Portuguese), you can click these links:

http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/10/11/entre-acucares-e-genes/ http://www.raizen.com.br/energia-do-futuro-tecnologia-em-energia-renovavel/etanol-de-segunda-geracao

Written by Jaqueline Almeida (jaqueline.raquel.almeida@usp.br)

Translated by Thomaz Offrede

References

[1] Begcy, K. et al. (09/2012).  A novel stress-induced sugarcane gene conferstolerance to drought, salt and oxidative stress in transgenic tobacco plants. Plos One.

[2] E Souza, A.P. et al.; (09/2012). Composition and structure of sugarcane cell walls: implications for cell wall hydrolysis and second generation bioethanol. BioEnergy Research.

[3] Latarullo, M.B.G.; (Sem data). O desafio do Bioetanol. Acessado de: http://www.icb.usp.br/bmm/ext/index.php?option=com_content&view=article&catid=12%3Ageral&id=162%3Aetanol-de-segunda-geracao&lang=br em agosto de 2015.

[4] Produção de etanol de 2ª Geração por hidrólise. Acessado de: http://www.novacana.com/etanol/producao-por-hidrolise/ em agosto de 2015.

[5] Rosa, S.E.S; Garcia, J.L.F.; (12/2009). O etanol de segunda geração: limites e oportunidades. Acessado de: http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arquivos/conhecimento/revista/rev3204.pdf  em agosto de 2015.