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UFV. A cadeia produtiva do etanol, pesquisa, tecnologia e meio ambiente “Visão da academia. Linhas de pesquisa e projetos”. Maurilio Alves Moreira Professor Titular. Matriz energética – Brasil e Mundo. Brasil. Mundo. Fontes renováveis: 45,8%. Participação no consumo total.

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Presentation Transcript
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UFV

A cadeia produtiva do etanol, pesquisa, tecnologia e meio ambiente

“Visão da academia. Linhas de pesquisa e projetos”

Maurilio Alves Moreira

Professor Titular

slide2

Matriz energética – Brasil e Mundo

Brasil

Mundo

Fontes renováveis:45,8%

Participação no consumo total

2,1% 48,5% 100%

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

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

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

9,3

Balanço Energético

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

Fonte: World Watch Institute

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

Biotecnologia e Melhoramento Genético de Oleaginosas

UFV

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

Processamento químico:

Produção e Catálise de Biodiesel Metílico e Etílico

UFU

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

Subproduto:

Aproveitamento Tecnológico da Glicerina

UFMG

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

UFLA

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

Rede Mineira de Pesquisa e Desenvolvimento

Tecnológico do Biodiesel

rede de pesquisa desenvolvimento e inova o em bioetanol produ o processos e uso do produto final
Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final
rede de pesquisa desenvolvimento e inova o em bioetanol produ o processos e uso do produto final1
Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final
rede de pesquisa desenvolvimento e inova o em bioetanol produ o processos e uso do produto final2
Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final
n cleo integrado de pesquisa desenvolvimento e inova o de biocombust veis em minas gerais pronex
Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX
  • Subprojeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas
  • a. Melhoramento de plantas perenes (Macaúba):
  • Caracterização molecular de populações naturais de Acrocomiaaculeata [(Jacq.) Lodd. ex Mart.] e regeneração invitro através de embriogênese somática - UFV e UFV-CRP
  • b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino):
  • Utilização de SNPs (SingleNucleotidePolymorphisms) no melhoramento da soja (Glycinemax (L.) Merrill) visando ao aumento do conteúdo e qualidade do óleo - UFV
n cleo integrado de pesquisa desenvolvimento e inova o de biocombust veis em minas gerais pronex1
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)
n cleo integrado de pesquisa desenvolvimento e inova o de biocombust veis em minas gerais pronex2
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
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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

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

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

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 Moreira

Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular

Instituto de Biotecnologia aplicada à Agropecuária – BIOAGRO

Universidade Federal de Viçosa

Tel.: +55 31 3899 2977

Fax: + 55 31 3899 2864

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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.

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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 Saccharomycescerevisiae, 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.

slide30

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

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Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Fundações 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 Brasileiros

UFV (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 Europeus

WIP (Coordenadora, Alemanha)

Chemtex (Grupo GM, Itália)

Spike RenewablesSrl (Itália, UnivFlorença)

Universidade de Viena (Austria)

Imperial College of London (Inglaterra)

Universidade de Lund (Suécia)

European Research Institute of Catalysis (Bélgica)

slide32

PC2: Conversão integrada de biomassa a etanol

Pré-tratamento (PA3: EEL-USP) sacarificação (PA4: UFV, UnB, UFG ) e fermentação (PA5: UFV)

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

PC3: Utilização de

Co-produtos

Planta piloto móvel

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)

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

PC5: Disseminação

Cursos práticos e teóricos, pagina internet, correio eletrônico, simpósios e congressos: UFV e CEBI

PC4: Pirólise da biomassa

(PA 9 e 10: UFU)

Balançoenergetico, desenho e administração da plantapiloto: UFV

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BIOERG Brasil

Integração &

Design de Planta Piloto

Estimativa de custo

Modelagem &

Integração de processos

Sustentabilidade

Diversas

Matérias primas

Materaiais

Pré-trataddos

Coprodutoss

Conversão

Termoquímica

Caracterização &

Pré-tratamento

Conversão

bioquímica

BIOERG Partners:

BRASILIAN ResearchInstitutions

BRASILIAN Industry (associated)

BRASILIAN SME

COORDINATED EU-BRAILS (ETHERGY-BIOERG) RESEARCH WORK

Exchange ofFeedstocks

Evaluationofdifferentprocesspaths

Exchange ofResults

Common Assessments

Common Dissemination

EU ETHERGY

Characterisation &

Pretreatment

Biochemical

Conversion

Thermochemical

Conversion

Various

Feedstocks

Pretreated

Materials

By-Products

ProcessModelling &

ProcessIntegration

Sustainability

ETHERGY Partners:

EU ResearchInstitutions

EU Industry

EU SME

Integration &

Plant Design

Costestimation

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

  • 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”
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Projetos financiados por pesquisadores da UFV 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 

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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.
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Pré-tratamento do material lignocelulósico

Visa desorganizar o complexo lignocelulósico e, como conseqüência, aumento da acessibilidade das enzimas às moléculas de celulose

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PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO

  • EXPLOSÃO COM VAPOR
  • EXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADA
  • HIDRÓLISE ÁCIDA DILUÍDA
  • TERMOHIDRÓLISE
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FRAÇÕES APÓS PRÉ-TRATAMENTO

Pré-tratamento

CELULIGNINA

Hemicelulose

parcialmente

ou

integralmente

hidrolisada

Hidrólise

Enzimática

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Microscopia Eletrônica de Varredura

Celulignina de Bagaço de Cana-de-Açúcar

Bagaço de Cana-de-Açúcar

PRÉ-TRATAMENTO

X 1000

Fonte: Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos da EQ/UFRJ

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Via de Biossíntese da Lignina

Diferençasemconteúdo e composiçãodaligninapodeminterferir com suainteração com a paredecelular

Compostoheterogêneo com 3 tipos de resíduos:

- Hidroxifenil

- Siringil

- Guaiacil

- 10 genes já identificados no genoma do sorgo

- Primers específicos já desenhados