Pesquisas sobre enzimas podem viabilizar etanol celulósico

Os três componentes principais da biomassa da cana-de-açúcar são a celulose, a hemicelulose e a lignina/Foto: srqpix

Novos avanços científicos tornaram a produção de etanol celulósico uma realidade, mas ainda é preciso um esforço concentrado de pesquisa para torná-la economicamente viável em escala industrial. A opinião é de Igor Polikarpov, professor do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da Universidade de São Paulo (USP). Segundo ele, o caminho mais curto para cumprir esse objetivo é a intensificação dos estudos que visam aperfeiçoar e otimizar os coquetéis de enzimas usados na degradação da parede celular da cana-de-açúcar.

A comunidade científica internacional tem busca uma tecnologia para a produção em escala industrial do etanol celulósico, isto é, derivado da celulose da cana-de-açúcar. Atualmente, o etanol só pode ser fabricado a partir da sacarose, que corresponde a um terço da biomassa da planta. O etanol celulósico permitiria aproveitar os outros dois terços, aumentando a produtividade sem alterar a área plantada.

A empresa de biotecnologia dinamarquesa Novozymes anunciou, em abril, o desenvolvimento de uma nova enzima que, com a aplicação das tecnologias atuais de hidrólise, permitiu a produção de etanol celulósico a preços competitivos em relação ao etanol produzido na Europa. No entanto, o processo ainda é muito caro em relação aos custos de produção de etanol no Brasil.

Esse avanço científico acentua a importância da rota enzimática para a produção de etanol, de acordo com Polikarpov. “É uma ótima notícia, pois significa que, se melhorarmos ainda mais esse processo, conseguiremos um etanol de segunda geração viável em escala industrial. Para isso, temos que investir no estudo sobre as enzimas, que são o fator que mais encarece o etanol de celulose”, destacou à Agência Fapesp.

Segundo ele, que é um dos principais especialistas brasileiros em cristalização de enzimas, os estudos mostram que, quando a carga enzimática é reduzida pela metade, o custo final do etanol cai em 20%. “As enzimas têm peso maior que o da energia elétrica, por exemplo, no custo de produção industrial. Temos que intensificar nossa pesquisa sobre componentes que poderiam agir sinergicamente com os coquetéis enzimáticos existentes no mercado. Desse modo, conseguiremos aumentar ainda mais a eficiência e baratear o etanol celulósico”, afirmou.

Os três componentes principais da biomassa da cana-de-açúcar são a celulose, a hemicelulose e a lignina. Os dois primeiros são fundamentalmente compostos de açúcar, mas suas moléculas formam fibras cristalinas que tornam muito difícil a missão de separar as moléculas de glicose para fermentação e produção do etanol.

Eficiência das enzimas

“Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram estruturas de parede celular de maneira a dificultar a sua degradação pelos microrganismos. Além de ser cristalina, a celulose é coberta com hemicelulose e lignina, tornando-se impermeável às enzimas”, explicou Polikarpov. “Em geral, são usados processos de tratamento físico e químico que afrouxam essa estrutura e permitem que as enzimas ataquem a celulose e gerem açúcares simples, que serão fermentados para produção do etanol”, completou o especialista.

As enzimas são uma estratégia interessante, segundo Polikarpov, por serem muito eficientes e gerarem poucos subprodutos indesejáveis. No entanto, não há uma só enzima que faça o serviço sozinha. “A biomassa da cana-de-açúcar tem morfologia e composição muito complexas e essas complexidades devem ser atacadas com misturas complexas de enzimas. Cada uma delas irá clivar uma ligação específica. É preciso encontrar uma combinação de enzimas que conjuntamente vão atacar esse tipo de biomassa e dissolvê-la”, observou Polikarpov.

Composição molecular

O coquetel enzimático otimizado para cada tipo de biomassa precisará ser diferente, segundo Polikarpov. “Não apenas precisaremos de um coquetel diferente para cada tipo diferente de biomassa, mas também precisaremos de diferentes coquetéis concebidos para cada forma específica de pré-tratamento dado à mesma biomassa, pois em cada caso a morfologia e a composição são diferentes”, sugeriu.

Além de estudar a composição de coquetéis enzimáticos que atuam sobre a biomassa, o grupo liderado por Polikarpov estuda os processos de pré-tratamentos de substratos da cana-de-açúcar. “Decidimos estudar a fundo a composição molecular de biomassa, porque ela é o substrato para as enzimas ao longo de processos de pré-tratamento”, ressaltou o cientista.

O grupo já demonstrou que misturas comerciais de enzimas nem sempre são otimizadas para a hidrólise de bagaço de cana pré-tratado. Esses processos podem se tornar muito mais eficientes se for possível adicionar outras enzimas aos preparados enzimáticos já conhecidos.

“Tentamos, por um lado, compreender a estrutura molecular de substrato – a biomassa – e, por outro lado, compreender como as enzimas interagem com o substrato. Queremos descobrir enzimas novas que possam ser adicionadas a coquetéis enzimáticos a fim de aumentar a eficiência desses coquetéis. Demonstramos que já podemos fazer isso”, concluiu Polikarpov.