Maurilio Alves MoreiraMaurilio Alves Moreira

Professor TitularProfessor Titular

A cadeia produtiva do etanol, pesquisa, tecnologia e

meio ambiente

“Visão da academia. Linhas de pesquisa e projetos”

UFVUFV

Matriz energética – Brasil e Mundo

Fonte: MME/BEN (2007) Elaboração: GV Agro

A cana-de-açúcar passou a ser a2ª principal fonte de energia em 2007.

Fontes renováveis:45,8%

Participação no consumo total

Brasil

2,1% 48,5% 100%

Mundo

3 11/04/23

Energia contida no combustível / Energia fóssil utilizada para produzi-lo

9,3

* Combustíveis completamente não renováveis possuem valor inferior a 1.* Valores superiores a 1 indicam quanto renovável é o combustível.

Fonte: World Watch Institute

Balanço Energético

Rede mineira de pesquisa e desenvolvimento tecnológico na produção do biodiesel: da matéria-prima ao subproduto

MELHORAMENTO GENÉTICO DE OLEAGINOSAS

Subprojeto 1: Desenvolvimento de variedades de soja com alto conteúdo

de óleo e teores modificados de ácidos graxos e caracterização

bioquímica genética de espécies oleaginosas do estado de Minas Gerais

para produção de biodiesel - UFV

PRODUÇÃO E CATÁLISE DE BIODIESEL METÍLICO E ETÍLICO

Subprojeto 2: Produção de biodiesel etílico e metílico a partir de

oleaginosas produzidas no estado de Minas Gerais - UFU

APROVEITAMENTO TECNOLÓGICO DA GLICERINA

Subprojeto 3: Novas Rotas para a Conversão da Glicerina

(subproduto do biodiesel) em Materiais para Aplicações

Tecnológicas – UFMG

Subprojeto 4: Obtenção de catalisadores de nióbia e goethita

para a clivagem oxidativa de glicerina - UFLA

Rede mineira de pesquisa e desenvolvimento tecnológico na produção do biodiesel: da matéria-prima ao subproduto

Matéria prima:Biotecnologia e Melhoramento Genético de Oleaginosas

Processamento químico:Produção e Catálise de Biodiesel Metílico e Etílico

Subproduto:Aproveitamento Tecnológico da Glicerina

UFVDesenvolvimento de variedades de soja com alto conteúdo de óleo e teores modificados de ácidos graxos e caracterização bioquímica genética de espécies oleaginosas do estado de Minas Gerais para produção de biodiesel

UFUProdução de biodiesel etílico e metílico a partir de oleaginosas produzidas no Estado

UFMGNovas rotas para a conversão da glicerina em materiais para aplicações tecnológicas

UFLAObtenção de catalisadores de nióbia e goethita na clivagem oxidativa de glicerina

Rede Mineira de Pesquisa e Desenvolvimento Rede Mineira de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do BiodieselTecnológico do Biodiesel

Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanolbioetanol: : produção, processos e uso do produto finalprodução, processos e uso do produto final

Tema 1: Tecnologia Agrícola

Instituição SubprojetoUFV Melhoramento de sorgo sacarino para tolerância à seca

Tema 2: BiotecnologiaInstituição Subprojeto

UFVMelhoramento de enzimas e sacarificação de biomassa lignocelulósica para produção de etanol

UFV Isolamento, melhoramento e caracterização de leveduras para produção de Bioetanol

Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final

Tema 3: Processos Industriais

Instituição Subprojeto

UFUAdsorção de água no sistema etanol-água usando materiais amiláceos e lignocelulósicos

UFU

Valorização de fibras lignocelulósicas: isolamento de seus principais constituintes por hidrólise ácida e desenvolvimento de novas aplicações

UFLA Desenvolvimento de catalisadores a base de zircônio para uso na hidrólise de biomassa

Tema 4: Alcoolquímica

Instituição Subprojeto

UFMG Uso de Etanol para Produção de Hidrogênio através de um Sistema Redox Reversível Feº/Óxidos de Ferro.

UFMG Uso do etanol para a produção de nanofibras/nanotubos de carbono para recobrir nanopartículas magnéticas à base de Fe para aplicações tecnológicas

UFMG Síntese de “Nanoesponjas” a partir de Etanol e da Argila Vermiculita: Novos Absorventes de Rejeitos oleosos

Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final

Subprojeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas

a. Melhoramento de plantas perenes (Macaúba):

Caracterização molecular de populações naturais de Acrocomia aculeata [(Jacq.) Lodd. ex Mart.] e regeneração in vitro através de embriogênese somática - UFV e UFV-CRP

b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino):

Utilização de SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) no melhoramento da soja (Glycine max (L.) Merrill) visando ao aumento do conteúdo e qualidade do óleo - UFV

Subprojeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas

a. Melhoramento de plantas perenes (Macaúba):

Caracterização molecular de populações naturais de Acrocomia aculeata [(Jacq.) Lodd. ex Mart.] e regeneração in vitro através de embriogênese somática - UFV e UFV-CRP

b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino):

Utilização de SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) no melhoramento da soja (Glycine max (L.) Merrill) visando ao aumento do conteúdo e qualidade do óleo - UFV

Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX

Sub-projeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas

b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino):

Melhoramento de sorgo sacarino para tolerância à seca (UFV)

Caracterização fenotípica, bioquímica e molecular de materiais genéticos de sorgo para produção de bioenergia: sacarino e lignocelulósico (EMBRAPA – CNPS Milho e Sorgo)

Sub-projeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas

b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino):

Melhoramento de sorgo sacarino para tolerância à seca (UFV)

Caracterização fenotípica, bioquímica e molecular de materiais genéticos de sorgo para produção de bioenergia: sacarino e lignocelulósico (EMBRAPA – CNPS Milho e Sorgo)

Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX

Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX

Subprojeto 2 – Desenvolvimento de processos na cadeia produtiva do etanol e alcoolquímica

Produção do etanol de matérias lignocelulósicas - UFV Alcoolquímica - UFU e UFMG Processamento de resíduos e subprodutos - UFU e UFMG

Subprojeto 3 – Inovações nos processos de produção de biodiesel e subprodutos

Novas matérias primas para a produção de biodiesel - UFU Polimerização da glicerina - UFMG Reforma química da glicerina para a produção de H2 - UFU Modificação de resíduos do processo produtivo de biodiesel para alimentação animal, produção de adsorventes e suporte de catalisadores - UFLA

Subprojeto 2 – Desenvolvimento de processos na cadeia produtiva do etanol e alcoolquímica

Produção do etanol de matérias lignocelulósicas - UFV Alcoolquímica - UFU e UFMG Processamento de resíduos e subprodutos - UFU e UFMG

Subprojeto 3 – Inovações nos processos de produção de biodiesel e subprodutos

Novas matérias primas para a produção de biodiesel - UFU Polimerização da glicerina - UFMG Reforma química da glicerina para a produção de H2 - UFU Modificação de resíduos do processo produtivo de biodiesel para alimentação animal, produção de adsorventes e suporte de catalisadores - UFLA

III Encontro da rede na UFV em março de 2009

IV encontro da Rede no Retiro das Rosas em outubro de 2009

IV encontro da Rede no Retiro das Rosas em outubro de 2009

PROGRAMA ESTRATÉGICO DE COLABORAÇÃO EM CIÊNCIA, TECNOLOGIA E FORMAÇÃO SUPERIOR ENTRE

A REGIÃO DE PIEMONTE (ITÁLIA) E O ESTADO DE MINAS GERAIS

Projeto de colaboração entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais para a

produção científica / tecnológica na área de biocombustíveis de segunda geração

Programa estratégico entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais: ÁREA

BIOENERGIA

Coordenadores e gestores do projeto: Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais

PROGRAMA ESTRATÉGICO DE COLABORAÇÃO EM CIÊNCIA, TECNOLOGIA E FORMAÇÃO SUPERIOR ENTRE

A REGIÃO DE PIEMONTE (ITÁLIA) E O ESTADO DE MINAS GERAIS

Projeto de colaboração entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais para a

produção científica / tecnológica na área de biocombustíveis de segunda geração

Programa estratégico entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais: ÁREA

BIOENERGIA

Coordenadores e gestores do projeto: Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais

No. Nome dos Parceiros País – Região/Estado

PM-RP Região de Piemonte (Gerente de Projeto) Itália – Piemonte

PM-MG Estado de Minas Gerais (Gerente de Projeto) Brasil – Minas Gerais

P1 Chemtex Italia srl / Mossi & Ghisolfi group (CHEMTEX) Itália – Piemonte

P2 Politecnico de Turim (POLITO) Itália – Piemonte

P3 Universidade Federal de Viçosa (UFV) Brasil – Minas Gerais

P4 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) Brasil – Minas Gerais

Instituições Participantes

O projeto se caracteriza por um elevado potencial inovador, multidisciplinaridade e

complexidade tecnológica.

Ênfase especial será dada a hidrólise enzimática, que se destaca como uma das

etapas mais crítica do processo de produção de etanol de material lignocelulósico.

A parceria concentrará esforços em pesquisas para determinar o melhor coquetel

enzimático paras as biomassas selecionadas, capaz de trabalhar em altas

temperaturas e de hidrolisar tanto a celulose quanto a hemicelulose.

O projeto se caracteriza por um elevado potencial inovador, multidisciplinaridade e

complexidade tecnológica.

Ênfase especial será dada a hidrólise enzimática, que se destaca como uma das

etapas mais crítica do processo de produção de etanol de material lignocelulósico.

A parceria concentrará esforços em pesquisas para determinar o melhor coquetel

enzimático paras as biomassas selecionadas, capaz de trabalhar em altas

temperaturas e de hidrolisar tanto a celulose quanto a hemicelulose.

P1 – Pesquisa agronômica de biomassas lignocelulósicas em climas tropicais e temperados

Seleção de híbridos de sorgo em áreas temperadas

Ensaios em campo experimentais no Piemonte e caracterização da biomassa

Fenotipagem para níveis de lignina no sorgo

Análises de expressão dos genes envolvidos na rota biosintética da lignina

Desenvolvimento de híbridos de sorgo fotossensíveis

Avaliação agronômica de cultivares de sorgo de alto rendimento

Avaliação de híbridos de sorgo em diferentes épocas de semeadura e colheita

Avaliação de híbridos de sorgo e gramíneas perenes em cultivo isolado ou em consórcio na produção de biomassa

Mapeamento do território de Minas Gerais para cultivo das variedades de sorgo

Avaliação da viabilidade econômica dos sistemas de produção de sorgo lignocelulósico para a produção de biocombustível

P2 – Conversão das biomassas selecionadas em etanol

Pré-tratamento das biomassas selecionadas

Desenvolvimento do processo de redução da viscosidade

Desenvolvimento do processo de hidrólise com base na biomassa e mistura de enzimas hidrolíticas selecionadas

Teste do rendimento (da conversão) em etanol

P3 – Pesquisa biotecnológica da hidrólise enzimática

Isolamento e seleção de microrganismos para a produção de celulases

Manutenção e crescimento de microrganismos

Produção e purificação das enzimas

Ensaios enzimáticos

Determinação dos parâmetros cinéticos

Sacarificação das biomassas com enzimas selecionadas (individuais e em mistura)

Caracterização de coquetéis enzimáticos específicos para a hidrólise das biomassas

P4 – Divulgação, formação superior e relações industriais

Envio de estudantes de graduação e pós-graduação da UFV para o Centro de pesquisa de Chemtex, Itália

criação de um grupo, de reconhecimento internacional e multidisciplinar, com forte

competência no setor dos biocombustíveis de fontes renováveis;

constante troca de know-how tecnológico entre indústria, centros de pesquisa e

universidades;

aumento da disponibilidade de fontes energéticas renováveis em Minas Gerais e

Piemonte;

valorização de áreas agrícolas, hoje não destinadas à produção de alimentos;

possibilidade de intercâmbio das tecnologias desenvolvidas.

A execução conjunta deste projeto terá vários benefícios para a Itália e Minas Gerais:

BIOMASSAS

Caracterização de biomassas e otimização de tecnologias de produção de biocombustíveis de segunda geração e de co-produtos

Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Fundações de Amparo à Pesquisa: FAPEAM, FAPDF, FAPEMIG, FAPEPI, FAPESP, FAPERJ, FACEPE, FAPERGS

Coordenador do Projeto: Maurilio Alves MoreiraDepartamento de Bioquímica e Biologia MolecularInstituto de Biotecnologia aplicada à Agropecuária – BIOAGRO Universidade Federal de ViçosaTel.: +55 31 3899 2977Fax: + 55 31 3899 2864

Programa de Cooperação Brasil e União Européia na Área de Biocombustíveis de Segunda Geração

Pré-tratamento: este estágio permite o desfibramento da biomassa, ou seja, a destruição da matriz lignocelulósica, separando-a em seus componentes principais - celulose, hemicelulose e lignina -, melhorando assim, a acessibilidade da biomassa às enzimas hidrolíticas.

Hidrólise enzimática (sacarificação): Transformação dos polissacarídeos em açúcares simples (C6 e C5). Da fração celulósica são obtidos monômeros de glicose, enquanto que da fração hemicelulose obtêm-se uma mistura de açúcares pentoses, entre as quais a xilose e arabinose são os componentes mais abundantes.

Fermentação a partir de açúcares com 5 e 6 átomos de carbono. As hexoses são facilmente fermentáveis, mesmo a partir de microrganismos comuns, como a Saccharomyces cerevisiae, que geralmente não fermenta pentoses. A fim de obter um alto rendimento em etanol, será utilizado microrganismos que co-fermentem hexoses e pentoses.

Separação e purificação do etanol produzido.

Aproveitamento dos co-produtos: Produção de pellets energéticos para exportação, produção de xilitol de xilose e outros produtos derivados da lignina.

Número Part. Nome da Instituição Sigla Estado

1 (Coordenadora) Universidade Federal de Viçosa UFV Minas Gerais

2 Embrapa Milho e Sorgo CNPMS Minas Gerais

3 Universidade Federal de Uberlândia UFU Minas Gerais

4 Universidade de Brasília UnB Distrito Federal

5 Universidade Federal de Goiás UFG Goiás

6 Escola de Engenharia de Lorena - USP EEL-USP São Paulo

7 Consultoria Empresarial Brasil Itália CEBI Rio de Janeiro

Instituições participantes

Caracterização de biomassas e otimização de tecnologias de produção de

biocombustíveis de segunda geração e de co-produtos

Projeto componente/Plano de Ação Instituição participante

PC1- Identificação e caracterização das biomassas Embrapa MS, UFV, UFMG, UFALPA1: Identificação e caracterização de recursos genéticos de sorgo e capim elefante com alto rendimento de biomassa contrastantes para composição de fibra e lignina. Embrapa Milho e Sorgo

PA2: Identificação, caracterização e fornecimento de melhores clones de cana-de-açúcar para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes para a produção de biocombustíveis de segunda geração.

UFV, UFMG e UFAL

PC2 – Conversão Integrada de biomassa a etanol UFV, EEL-USP, UnB, UFG, Fermentec e Biominas

PA3: Pré-tratamento de Biomassas EEL-USP, UFV e Biominas

PA4: Produção e Aplicação de Celulases e Hemicelulases de Fungos na Hidrólise de biomassa de sorgo, capim elefante e bagaço de cana de açúcar

UFV, UnB, UFG e Biominas

PA5: Isolamento, melhoramento e caracterização de leveduras para produção de bioetanol de segunda geração UFV, Fermentec e Biominas

PC3 – Utilização de Co-produtos UFV, EEL-USP, Bricarbras

PA6 - Utilização da lignina UFV

PA7 – Produção de xilitol a partir da fração

hemicelulósica obtida de diferentes biomassas

empregadas na produção de bioetanol

EEL-USP

PA8 – Co-produtos energéticos UFV e Bricarbras

PC4 - Pirólise de Biomassa para a Produção de

Biocombustíveis de Segunda GeraçãoUFU

PA 9 – Pirólise da Biomassa UFU

PA10 - Conversão do bio-óleo em biocombustíveis UFU

PC5 - Disseminação do conhecimento e tecnologias

necessárias para a produção de biocombustíveis de

segunda geração e para a produção de co-produtos

de maior valor comercial

UFV e CEBI

O consórcio Europeu é formado por sete instituições européias de grande destaque em pesquisa com biocombustíveis listados na Tabela abaixo

Part. No. Participant name Participant short name Country

1 (Coordinator) WIP Renewable Energies WIP Germany

2 Chemtex Italia Srl. CTXI Italy

3 Spike Renewable Srl. SPIKE Italy

4 Vienna University of Technology TUV Austria

5 Lunds Universitet ULUND Sweden

6 European Research Institute of Catalysis ERIC Belgium

7 Imperial College of Science, Technology and Medicine (London) ICSTM United Kingdom

Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Fundações de Amparo à Pesquisa de Amparo à Pesquisa

Programa de Cooperação Brasil e União Européia na Área de Biocombustíveis de Segunda Geração

Projeto submetido: Caracterização de biomassas e otimização de tecnologias de produção de biocombustíveis de segunda geração e de co-produtos

Parceiros BrasileirosParceiros BrasileirosUFV (Coordenadora - MG)

Embrapa Milho e Sorgo (MG)USP-Lorena (SP)

UF Uberlândia (MG)Un Brasília (DF)UF Goiás (GO)

Planta piloto (Biominas, MG)Pelotização (Bricarbras, PR)

Syngenta

Parceiros EuropeusParceiros EuropeusWIP (Coordenadora, Alemanha)WIP (Coordenadora, Alemanha)

Chemtex (Grupo GM, Itália)Spike Renewables Srl (Itália, Univ

Florença)Universidade de Viena (Austria)

Imperial College of London (Inglaterra)

Universidade de Lund (Suécia)European Research Institute of

Catalysis (Bélgica)

Planta piloto móvel

Moinho, Reator de hidrolise, Filtro-prensa, Fermentador, Destilador e Pelotizador

PC1: Identificação e caracterização das biomassas (PA1- Embrapa e PA2 - UFV, UFMG e UFAL)

PC4: Pirólise da biomassa

(PA 9 e 10: UFU)

PC4: Pirólise da biomassa

(PA 9 e 10: UFU)

PC2: Conversão integrada de biomassa a etanol Pré-tratamento (PA3: EEL-USP) sacarificação (PA4: UFV, UnB,

UFG ) e fermentação (PA5: UFV)

PC2: Conversão integrada de biomassa a etanol Pré-tratamento (PA3: EEL-USP) sacarificação (PA4: UFV, UnB,

UFG ) e fermentação (PA5: UFV)

PC3: Utilização de Co-produtos

Utilização da lignina (PA6: UFV)

Conversão de C5 em xilitol(PA 7: EEL-USP)

Síntese de peletes energéticos com bagasso utilizando lignina ou bio-óleo (PA 8: UFV)

Balanço energetico, desenho e administração da planta piloto: UFV

Balanço energetico, desenho e administração da planta piloto: UFV

PC5: DisseminaçãoCursos práticos e teóricos,

pagina internet, correio eletrônico, simpósios e congressos: UFV e CEBI

PC5: DisseminaçãoCursos práticos e teóricos,

pagina internet, correio eletrônico, simpósios e congressos: UFV e CEBI

ETHERGY - Europe BIOERG - BrasilCoordinated work

between ETHERGY and BIOERGWork Packages (WP) Project Component

(PC) Plan of Action (PA)

WP1Project Management

Coordination

Close cooperation between WP/Task leaders and PC/PA leaders;

Regular telephone conferences; Common meetings; Joint reporting;

WP2Feedstock Production and pretreatment

PC1: Identification and characterization of raw materialPA1: Sorghum and Elephant grassPA2: SugarcanePC2: Integrated biomass conversion into ethanolPA3: Pretreatment

In-depth research in Europe will be on Arundo donax and Sorghum sp. whereas focus in Brasil will be on Saccharum sp., Pennisetum purpureum and Sorghum bicolor. These feedstocks will be exchanged for investigation in Brazilian and European labs;

Joint research on environmental and energetic performance of the feedstocks;

Joint research on Steam Explosion Pretreatment; Combinations of catalytic pretreatments will be tested in

close collaboration with the BIOERG partners. Joint investigation on opportunities to integrate low-

temperature thermo-chemical processes in the overall pretreatment process;

Joint characterisation of pretreated material;

WP3Second Generation Ethanol Conversion

PC2: Integrated biomass conversion into ethanolPA4:SaccarificationPA5: Fermentation

Twinning European and Brazilian researchers on the ethanol conversion process to encourage joint in-depth research;

Close collaboration between researchers on enzyme cocktails and hydrolysis technologies (methodological approaches and results);

Exchange on hydrolysis synthesis processes and opportunities for European and Brazilian feedstock;

Cooperation on substrate interactions in relation to saccharification;

Close collaboration on inhibiting properties of pretreated material.

WP4By-Product Handling and Valorization

PC3: By-products utilisationPA6: Recovery/use of ligninPA7: Recovery/use of xylosePA8: Energetic productsPC4: Thermochemical conversion of biomass and use of bio-oilPA9: Pyrolysis of biomassPA10: Conversion of bio oil

Joint integrated assessment of different opportunities to use the by-products in Brasil an Europe: biotechnological use of lignin and xylose, as well as the thermo-chemical use of lignin for pelletising & briquetting, torrefaction, pyrolysis, and gasification;

Close collaboration to exchange information and develop a common evaluation of all results and how they could contribute to efficient processes with lower costs;

Torrefied lignin-rich residues from Europe and bio-oil from Brasil will be jointly investigated at the FICFB pilot plant (Guessing, Austria);

Common assessment on opportunities to export Brazilian co-products (pellets, briquettes) to the European market.

WP5Process synthesis and optimisation

PC5: Dissemination and transfer of results to the private sector

Together with the Brazilian partners, opportunities for technology transfer, and more specifically of the set-up of second generation bioethanol pilot plants (e.g. based on the M&G-Chemtex technology and experience) will be assessed. Therefore, energy balances of the whole second generation bioethanol process will be investigated by ETHERGY and BIOERG partners.

WP6Environmental and cost performance assessment

Horizontal Social, Environmental and Economic Impact Assessment

In close cooperation with the Brazilian partners, existing literature and studies will be reviewed and economic opportunities for product diversification towards biorefinery concepts will be evaluated.

The ETHERGY and BIOERG researchers will make a sustainability analysis addressing the impacts of large-scale 2nd generation ethanol production in Brazil, and provide recommendations on how to avoid negative impacts.

WP7Dissemination and Exploitation

PC5: Dissemination and transfer of results to the private sector

Closely interconnected website; Joint bi-annual newsletters; Joint publications of researchers in scientific journals; Common RTD exchange programme for the exchange of

students; Common workshops; Common technical tours to the ethanol plant of CHEMTEX

and to the gasification plant in Guessing (Austria), as well as to Brazilian research facilities;

Common stakeholder database;

Characterisation &Pretreatment

Characterisation &Pretreatment

BiochemicalConversion

BiochemicalConversion

ThermochemicalConversion

ThermochemicalConversion

Process Modelling &Process Integration

Process Modelling &Process IntegrationSustainabilitySustainability

Integration & Plant Design

Integration & Plant DesignCost estimationCost estimation

EU ETHERGY

Caracterização &Pré-tratamento

Caracterização &Pré-tratamento

Conversão bioquímicaConversão bioquímica

ConversãoTermoquímica

ConversãoTermoquímica

Modelagem &Integração de processos

Modelagem &Integração de processosSustentabilidadeSustentabilidade

Integração & Design de Planta Piloto

Integração & Design de Planta PilotoEstimativa de custoEstimativa de custo

BIOERG Brasil

COO

RDIN

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-BRA

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VariousFeedstocks

PretreatedMaterials

By-Products

CoprodutossMateraiaisPré-trataddos

DiversasMatérias primas

ETHERGY Partners:EU Research InstitutionsEU IndustryEU SME

ETHERGY Partners:EU Research InstitutionsEU IndustryEU SME

BIOERG Partners:BRASILIAN Research InstitutionsBRASILIAN Industry (associated)BRASILIAN SME

BIOERG Partners:BRASILIAN Research InstitutionsBRASILIAN Industry (associated)BRASILIAN SME

Edital MCT/CNPq/CTAgro/CTBio - “Seleção e caracterização bioquímico-molecular de clones de cana de açúcar e de microrganismos lignocelulolíticos visando à maximização da sacarificação e fermentação a partir do bagaço para produção de álcool celulósico”

Edital MCT/CNPq - Projeto de Bolsa de Doutorado ( “Identificação, caracterização e alteração da expressão de genes que afetam a eficiência da produção de etanol a partir do bagaço da na cana-de-açúcar”

Edital MCT/CNPq/FNDCT/CAPES/FAPEMIG/FAPERJ/FAPESP - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT). Subprojeto da UFV: “Aplicação da análise metabolômica para a identificação de genótipos que propiciem maior eficiência de produção do etanol celulósico e eficiência do uso da água em cana-de-açúcar”

Edital FAPESP/FAPEMIG-ETANOL: “Obtenção, seqüenciamento e caracterização funcional de bibliotecas de cDNAs completos para o estudo funcional de genes importantes para a produção de etanol celulósico a partir da cana-de-açúcar

Edital FAPESP/FAPEMIG-ETANOL: “Análise dos mecanismos de tolerância a seca em cana-de-açúcar através do uso da análise micro-transcriptômica e metabôlomica

CT-Petro: “Biotecnologia e Genômica Aplicadas ao Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar: (Subprojeto da UFV: Caracterização dos resíduos lignocelulósicos de genótipos de cana-de-açúcar para a produção de etanol celulósico”

Projetos financiados pelo grupo de pesquisas em cana-de-açúcar UFV/Ridesa na área

Projeto: EVOLUCAO DIRIGIDA DE UMA XILANASE DE ORPINOMYCES PARA AUMENTO DA ESTABILIDADE TERMICA E DE pHCoordenador: Valéria Monteze Guimarães, UFVFinanciadora: FAPEMIG

Projeto: CARACTERIZACAO DE HEMICELULASES ENVOLVIDAS NA SACARIFICACAO DE BIOMASSA PARA PRODUCAO DE ETANOLCoordenador: Sebastião Tavares de Rezende, UFVFinanciadora: FAPEMIG

Projetos financiados por pesquisadores da UFV na área

Fibra lignocelulósica

Componente Sabugo de milho

Palha de

trigo

Palha de

arroz

Bagaço de

cana

Semente de

algodão

Jornal Resíduos

urbanos

Carboidratos (%)

Glicose 39,0 36,6 41,0 38,1 20,0 64,4 40,0

Manose 0,3 0,8 1,8 n.d. 4,1 16,6 8,0

Galactose 0,8 4,4 0,4 1,1 0,1 n.d. n.d.

Xilose 14,8 19,2 14,8 24,3 4,6 4,6 14,0

Arabinose 4,2 4,4 4,5 4,5 4,3 0,5 4,0

Não-carboidratos (%)

Lignina 15,1 14,5 9,9 18,4 17,6 21,0 20,0

Cinzas 4,3 9,6 4,4 4,8 14,8 0,4 1,0

Proteínas 4,0 4,0 n.d. 4,0 4,0 n.d. n.d.

Composição em carboidratos de alguns resíduos lignocelulósicos

Hemiceluloses

Segundo mais abundante material carbonáceo em vegetais;

Natureza heteropolissacarídica, composta de açúcares de 5 e 6 átomos de carbono, podendo estar presentes xilose, glicose, manose, arabinose e galactose, bem como ácidos orgânicos (urônicos e acético);

Conforme a composição e predominância de monossacarídeos recebem diferentes denominações (xilanas, mananas, arabinanas, galactanas, arabino-xilanas, galacto-mananas, galacto-arabino-xilanas);

Matriz suporte para as microfibrilas de celulose;

São decompostas por um amplo espectro de microrganismos, em particular fungos filamentosos e actinomicetos.

Principais diferenças entre celulose e hemiceluloses

CELULOSE HEMICELULOSES

Consiste de unidades de glicose -Homopolissacarídico

Consistem de várias unidades de pentoses e hexoses ligadas - Heteropolissacarídico

Alto grau de polimerização - 10.000 a 15.000

Baixo grau de polimerização - 50 a 300

Forma arranjo fibroso Não formam arranjo fibroso

Apresenta regiões cristalinas e amorfas Apresentam somente regiões amorfas

É atacada lentamente por ácido inorgânico diluído a quente

São atacadas rapidamente por ácido inorgânico diluído a quente

É insolúvel em álcalis São solúveis em álcalis

Pré-tratamento do material lignocelulósicoVisa desorganizar o complexo lignocelulósico e, como conseqüência, aumento da

acessibilidade das enzimas às moléculas de celulose

PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO

EXPLOSÃO COM VAPOR EXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADA HIDRÓLISE ÁCIDA DILUÍDA TERMOHIDRÓLISE

Pré-tratamento

Hemiceluloseparcialmente

ouintegralmente

hidrolisada

CELULIGNINA

FRAÇÕES APÓS PRÉ-TRATAMENTO

HidróliseEnzimática

Celulignina de Bagaço de Celulignina de Bagaço de Cana-de-Açúcar

Microscopia Eletrônica de Varredura

X 1000X 1000

Fonte: Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos da EQ/UFRJ

Bagaço de Cana-de-Açúcar Bagaço de Cana-de-Açúcar

PRÉ-TRATAMENTOPRÉ-TRATAMENTO

Via de Biossíntese da LigninaVia de Biossíntese da LigninaDiferenças em conteúdo e composição da lignina podem interferir com sua interação com a parede celular

Composto heterogêneo com 3 tipos de resíduos:

- Hidroxifenil

- Siringil

- Guaiacil- 10 genes já identificados no genoma do sorgo

- Primers específicos já desenhados

Universidade Federal de Viçosa - campus I