Geradoras de energia e de limpeza, 11.08.2010

Por Fabio Reynol, de São Pedro (SP)

Elas têm estruturas mais simples e se reproduzem em velocidades muito maiores do que as dos outros vegetais. Essas características colocam as microalgas e as pequenas plantas aquáticas da família das Lemnaceaes na fronteira das pesquisas sobre novas fontes de biocombustíveis.

Especialistas nessas duas matérias-primas apresentaram resultados de seus estudos no 2º Congresso Pan-Americano sobre Plantas e Bioenergia, que termina nesta quarta-feira (11/8), em São Pedro (SP).

O caráter sustentável da produção de algas, que têm grande capacidade de absorver dióxido de carbono (CO2), foi ressaltado por Richard Sayre, diretor do Instituto Erac para Combustíveis Renováveis, em Saint Louis, Estados Unidos. Mantido pela iniciativa privada, o Erac é um dos maiores centros mundiais de pesquisas em plantas, reunindo 170 pesquisadores e 95 PhDs.

Sayre apontou a importância de se investir em fontes renováveis de energia que forneçam combustível em forma de óleo, como é o caso das algas. “A gasolina pode ser substituída por etanol, porém outros combustíveis e produtos derivados de petróleo dependem de matérias-primas baseadas em óleo”, afirmou.

Por esse motivo, somente metade do petróleo usado no mundo poderia ser substituído por etanol. Além disso, o óleo, segundo o pesquisador, contém o dobro da densidade energética do etanol.

Ao se comparar fontes de biodiesel, as algas também apresentam uma produtividade muito superior às das demais matérias-primas, segundo Sayre. No estudo do Erac, as algas produziram 58.700 litros de óleo por hectare de cultivo, contra 5.950 litros de óleo de palma, a segunda colocada.

“Essa é uma estimativa modesta, que considera a extração de 30% de óleo da biomassa, mas podemos extrair até 70% elevando a produtividade para 136.900 litros de óleo por hectare”, afirmou.

Além disso, as algas não possuem tecidos heterogêneos, como folhas, galhos e raízes, o que facilita um dos maiores obstáculos da obtenção dos biocombustíveis de plantas: a quebra da parede celular.

Outra vantagem apontada pelo pesquisador é o alto teor de óleo das células das algas, que podem apresentar até 50% de lipídios não polares, mais fáceis de serem quebrados, e possuem de 10% a 45% mais energia do que as matérias-primas obtidas de carboidratos.

O especialista norte-americano propõe também que as algas sejam aplicadas na solução de outro problema das grandes cidades: o tratamento de esgoto. Algas capazes de decompor matéria orgânica poderiam ser cultivadas em estações de tratamento. Além da limpeza da água, o cultivo produziria biodiesel e absorveria uma boa parte do CO2 da atmosfera.

No exemplo de Sayre, o tratamento de esgoto de uma cidade como Nova York produziria 10 milhões de litros de biodiesel de algas por ano e absorveria 40% do CO2 emitido por uma termelétrica de 200 MWh movida a carvão. “Também haveria ganhos adicionais com a produção de metano e de produtos para ração animal”, completou.

O desafio da equipe do Erac está em desenvolver melhorias genéticas a fim de aprimorar a conversão de energia solar no interior das células. Essa conversão depende do tamanho de estruturas chamadas de complexo LHCII. Por serem muito grandes, essas estruturas recebem mais energia do que conseguem processar e o excedente (cerca de 60%) acaba sendo desperdiçado.

A viabilidade econômica da produção de biodiesel de algas foi conquistada ao longo dos anos graças aos avanços obtidos em pesquisa. “Hoje, conseguimos produzir biodiesel de algas ao custo de US$ 2 por galão, sem subsídio algum do governo. Há três anos, esse mesmo galão custava US$ 100”, comparou.

Lentilhas d’água

A menor planta do mundo capaz de produzir flores é outra fonte promissora de biocombustível, de acordo com o professor Eric Lam, do Departamento de Biologia e Patologia Vegetal da Universidade do Estado de New Jersey – Rutgers, nos Estados Unidos.

Conhecidas no Brasil como lentilhas d’água, as plantas da família Lemnaceae são capazes de se reproduzir sobre água doce ou salobra. São cinco gêneros e 40 espécies conhecidas que se espalham em regime perene por praticamente todo o planeta, com exceção das regiões desérticas e polares.

Nos Estados Unidos, elas são chamadas de duckweeds (“erva de pato”), por servirem de alimento às aves aquáticas que aproveitam as estruturas ricas em gordura, proteínas e amido da planta.

Assim como as algas, as lentilhas d’água se reproduzem com velocidade muito maior que a dos demais vegetais. “Os exemplares da espécie Wolffia microscopica dobram de quantidade a cada 30 horas”, disse Lam.

Essa proliferação se deve ao fato de as Lemnaceaes se propagarem principalmente de maneira assexuada, produzindo clones genéticos. Outra diferença é que essas plantas aquáticas são extremamente pobres em lignina, macromolécula responsável pela defesa imunológica, pelo transporte de água e nutrientes e, especialmente, pela estrutura física da planta, conferindo-lhe suporte mecânico.

Lam especula que a pouca concentração de lignina nas lentilhas d’água seria um fruto da adaptação desses vegetais ao habitat aquático, no qual não seria necessária igual rigidez.

A baixa presença de lignina é uma considerável vantagem na fabricação de biocombustível, pois quebrar essa molécula tem sido um dos maiores desafios da pesquisa em combustíveis de origem vegetal.

De maneira similar às algas, as Lemnaceaes têm a capacidade de recuperar águas contaminadas, uma vez que reduzem coliformes, absorvem metais pesados e consomem parcelas consideráveis de nitrogênio e fósforo. Elas também têm um papel importante no ecossistema ao estimular a presença de anfíbios e de outros animais aquáticos.

Em uma experiência realizada em uma fazenda de porcos nos Estados Unidos, o professor Jay Cheng, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, conseguiu em 12 dias eliminar completamente altas concentrações de nitrogênio e potássio que a criação emitia no lago da fazenda apenas com aplicação de lentilhas d’água.

O mesmo experimento utilizou as plantas na produção de combustível e obteve uma produtividade cinco vezes maior por unidade de área cultivada em comparação com o etanol obtido do milho.

A planta ainda pode ser obtida em regiões em que ela se prolifera como invasora. Lam apresentou dois exemplos, um no lago Maracaibo, na Venezuela, e outro em Nova Jersey, nos Estados Unidos. Em ambos, as Lemnaceaes ocuparam quase toda a superfície dos lagos, prejudicando o ecossistema.

“As autoridades locais vão adorar se você se dispuser a retirar essas plantas dos lagos. É uma fonte abundante e gratuita para o produtor de biocombustível”, disse Lam.

Segundo ele, algas e Lemnaceaes são fontes por excelência de biocombustível, pois, além de recuperar águas contaminadas e absorver CO2, elas não competem por terras agriculturáveis nem com a produção de alimentos como milho e soja.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/12608/geradoras-de-energia-e-de-limpeza.htm

Energia das plantas

10.08.2010
Por Fabio Reynol, de São Pedro (SP)

O Brasil deixa no campo até 45 toneladas de galhos e cascas de eucalipto por hectare plantado. Cerca de 5% dessa biomassa se refere a diferentes tipos de açúcares, como frutose, sacarose, glicose e galactose, que poderiam ser transformados em álcool por meio de processos de fermentação.

Com cerca de 4,5 milhões de hectares de eucaliptos plantados no Brasil, o ganho promovido por tal utilização seria muito significativo. Os dados fazem parte da pequisa de Carlos Labate, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo (Esalq-USP), e foram apresentados no 2º Congresso Pan-Americano sobre Plantas e Bioenergia, iniciado domingo (8/8), em São Pedro (SP).

Além da casca de eucalipto, milho, cana-de-açúcar, algas, soja e muitas outras fontes de biocombustível estão no centro das discussões do evento que reúne pesquisadores em química, genética, ecologia e fisiologia, entre outras disciplinas.

“O objetivo do encontro é reunir especialistas em diversas áreas de pesquisa sobre energia a partir de plantas, a fim de construirmos um quadro amplo das diversas questões envolvidas”, disse Marcos Buckeridge, professor do Instituto de Biologia da Universidade de São Paulo e coordenador do evento, à Agência FAPESP.

“Conseguimos reunir, no simpósio, alguns dos principais pesquisadores no mundo nessas áreas”, disse Buckeridge, que é membro da coordenação do programa BIOEN-FAPESP e diretor científico do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), em Campinas (SP).

A apresentação de abertura foi feita pelo fisiologista Paul Moore, do Hawaii Agricultural Research Center (Estados Unidos), que discorreu sobre a importância e as perspectivas da cultura da cana-de-açúcar para a produção de bioenergia de maneira sustentável ao ambiente.

Moore considera a cana-de-açúcar estratégica para os Estados Unidos conseguirem cumprir as metas assumidas em 2007 de produzir 36 bilhões de galões de combustível a partir de fontes renováveis até o ano de 2022. “Para atingir esse número, a produção [dos biocombustíveis] terá que acelerar e bem rápido”, alertou.

Como solução, o pesquisador propõe o desenvolvimento de novas variedades da planta a partir de cruzamentos entre diferentes famílias. O objetivo seria transformar por hibridização a atual cana-de-açúcar em “cana-de-energia”, um cultivar que teria menores teores de água e de açúcar em troca de fibras mais longas e em maior quantidade.

“As fibras são fundamentais para a chamada segunda geração do etanol, obtido a partir das fibras de celulose. A quantidade de açúcar não é importante nesse caso”, afirmou.

O maior desafio para a produção norte-americana é desenvolver uma espécie de cana-de-açúcar resistente ao frio. A mais cultivada no mundo, a Saccharum officinarum, é tropical e não suporta baixas temperaturas, por isso os países sul-americanos e os africanos são os mais adequados para produzi-la. Nos Estados Unidos, somente o extremo sul do país, que compreende uma pequena parte dos estados da Flórida e do Texas, é capaz de manter plantações.

Moore sugere cruzamentos entre a Saccharum officinarum com cultivares do gênero Miscanthus, uma gramínea que resiste a invernos rigorosos e é encontrada até na mais fria região da Columbia Britânica, no Canadá.

“A espécie híbrida poderia avançar para o norte ocupando primeiro o meio dos Estados Unidos, chegando em uma segunda etapa até o norte do país, que é mais frio”, disse.

O cientista ressalvou os problemas inerentes de novas espécies. “Elas terão comportamento imprevisível e não conhecemos seus efeitos sobre os insetos e sobre as doenças dos vegetais. Não podemos aumentar a produção de biocombustível se ela for ambientalmente insustentável”, disse.

Produção mais eficiente

Carlos Henrique de Brito Cruz, diretor científico da FAPESP, falou no congresso sobre a história do etanol brasileiro desde a introdução da cana-de-açúcar no país, no século 16, passando pelo programa Proálcool, na década de 1970, em meio à crise do petróleo na época.

“O Brasil começou a utilizar o etanol por necessidade. O país, que gastava, em 1974, US$ 750 milhões em importações de petróleo, passou a pagar mais de US$ 4 bilhões no ano seguinte”, disse.

Brito Cruz destacou que o Estado de São Paulo responde por dois terços da produção nacional atual do combustível, daí a importância de iniciativas como o Programa BIOEN-FAPESP.

Entre os desafios para a pesquisa brasileira nesse setor, Brito Cruz ressaltou o aumento da eficiência dos processos para produção de biocombustível, com a utilização de menos água, menos energia gasta e sem precisar aumentar a área cultivada.

A grande diversidade genética do milho foi tratada por Steve Moose, da Universidade de Illinois (Estados Unidos). Os estudos do cientista indicaram que o milho tem grande capacidade de maximizar a aplicação de nitrogênio, apresentando alta produção em troca de menores doses do macronutriente.

Segundo Mosse, o milho é um bom produtor de açúcares que podem ser convertidos em etanol. Além disso, a planta apresenta grandes oportunidades de melhoria genética e conta com práticas agrícolas bem estabelecidas e conhecidas dos produtores no país, o que facilitaria a produção e a introdução de novas espécies.

O professor Paulo Sergio Graziano Magalhães, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), apresentou no encontro o livro Bioetanol de Cana-de-açúcar.

A obra, que será lançada em breve, reúne trabalhos de 139 especialistas, que vão desde desenvolvimento genético e técnicas agrícolas, passando pelas relações de trabalho no campo até políticas públicas envolvidas no desenvolvimento do setor.

Sob a organização geral de Luiz Augusto Barbosa Cortez, professor da Unicamp e coordenador adjunto de Programas Especiais da FAPESP, o livro é dividido em 76 capítulos. Com 992 páginas, estará disponível em português e inglês.

Mais informações sobre o livro Bioetanol de Cana-de-açúcar: http://www.blucher.com.br/livro.asp?Codlivro=05319

http://www.agencia.fapesp.br/materia/12602/energia-das-plantas.htm

Etanol para o espaço, 07.04.2010

Por Alex Sander Alcântara

O Brasil acumula um atraso de meio século na propulsão de foguetes espaciais em relação aos norte-americanos e russos. Para tentar dar um impulso no setor, há cerca de 15 anos o país iniciou um programa de pesquisa em propulsão líquida e que tem como base o etanol nacional.

O desafio do programa, liderado pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), é movimentar futuros foguetes com um combustível líquido que seja mais seguro do que o propelente à base de hidrazina empregado atualmente. Esse último, cuja utilização é dominada pelo país, é corrosivo e tóxico.

O desafio da busca por um combustível “verde” e nacional também conta com o apoio de um grupo particular de pesquisadores, formado em parte por engenheiros que cursam ou cursaram o mestrado profissional em engenharia aeroespacial do IAE – realizado em parceria com o Instituto Tecnológico da Aeronáutica e com o Instituto de Aviação de Moscou.

Liderado pelo engenheiro José Miraglia, professor da Faculdade de Tecnologia da Informação (FIAP), o grupo se uniu para desenvolver propulsores de foguetes que utilizem propelentes líquidos e testar tais combustíveis.

“Os propelentes líquidos usados atualmente no Brasil estão restritos à aplicação no controle de altitude de satélites e à injeção orbital. Eles têm como base a hidrazina e o tetróxido de nitrogênio, ambos importados, caros e tóxicos”, disse Miraglia à Agência FAPESP.

Miraglia coordena o projeto “Desenvolvimento de propulsor catalítico propelente utilizando pré-misturados”, apoiado pelo Programa FAPESP Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE).

Na primeira fase do projeto, o grupo, em parceria com a empresa Guatifer, testou motores e foguetes de propulsão líquida com impulso de 10 newtons (N), com o objetivo de avaliar propelentes líquidos pré-misturados à base de peróxido de hidrogênio combinado com etanol ou querosene.

“Os testes mostraram que o projeto é viável tecnicamente. Os propulsores movidos com uma mistura de peróxido de hidrogênio e etanol, ambos produzidos em larga escala no Brasil e a baixo custo, apresentaram o melhor rendimento”, disse.

Segundo Miraglia, a mistura apresenta algumas vantagens em relação à hidrazina ou ao tetróxido de nitrogênio, usados atualmente. “Ela é muito versátil, podendo ser utilizada como monopropelente e como oxidante em sistemas bipropelentes e pré-misturados. O peróxido de hidrogênio misturado com etanol apresenta densidade maior do que a maioria dos propelentes líquidos, necessitando de menor volume de reservatório e, consequentemente, de menor massa de satélite ou do veículo lançador, além de ser compatível com materiais como alumínio e aço inox”, explicou.

Na segunda fase do projeto, o grupo pretende construir dois motores para foguetes de maior porte, com 100 N e 1000 N. “Nossa intenção é construir um foguete suborbital de sondagem que atinja os 100 quilômetros de altitude e sirva para demonstrar a tecnologia”, disse.

A empresa também está em negociações para uma eventual parceria com o IAE no projeto Sara (Satélite de Reentrada Atmosférica), cujo objetivo é enviar ao espaço um satélite para o desenvolvimento de pesquisas em diversas áreas e especialidades, como biologia, biotecnologia, medicina, materiais, combustão e fármacos.

“Nosso motor seria utilizado na operação de reentrada para desacelerar a cápsula quando ela ingressar na atmosfera. Atualmente, não existe no Brasil foguete de sondagem a propelente líquido. Todos utilizam propelentes sólidos”, disse.

Kits educativos

O grupo também pretende produzir motores para foguetes de sondagem que tenham baixo custo. “Eles seriam importantes para as universidades, com aplicações em estudos em microgravidade e pesquisas atmosféricas, por exemplo”, disse Miraglia.

Em trabalhos de biotecnologia em microgravidade, por exemplo, pesquisas com enzimas são fundamentais para elucidar processos ligados a reações, fenômenos de transporte de massa e calor e estabilidade das enzimas. Tais processos são muito utilizados nas indústrias de alimentos, farmacêutica e química fina, entre outras.

“Queremos atingir alguns nichos, ou seja, desenvolver um foguete movido a propelente líquido que se possa ajustar à altitude e ser reutilizável. Esse é outro ponto importante, porque normalmente um foguete, depois de lançado, é descartado”, disse.

O grupo já construiu um motor de 250 N, que será utilizado em testes. Como forma de difundir e reunir recursos para o projeto, a empresa comercializa kits de minifoguetes e material técnico. “São direcionados principalmente para estudantes”, disse Miraglia.

No site http://www.foguete.org, a empresa oferece também apostilas técnicas e livros digitais sobre foguetes com informações sobre astronáutica, exploração espacial e aerodinâmica.

Mais informações: http://www.edgeofspace.org

http://www.agencia.fapesp.br/materia/11999/etanol-para-o-espaco.htm

Bioquerosene de óleos vegetais, 29-09-2009

Bioquerosene de óleos vegetaisPor Thiago Romero

Agência FAPESP – Um processo inovador para a produção de bioquerosene a partir de vários tipos de óleos vegetais, que poderá tornar o combustível usado em aviões menos poluente e mais barato, foi desenvolvido na Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

A patente da tecnologia já foi depositada pela Agência de Inovação da universidade (Inova Unicamp). Após sua extração e refino, o óleo é colocado em um reator junto com uma quantidade específica de etanol e um catalisador, responsável por acelerar as reações químicas.

“A maior contribuição do processo de obtenção do bioquerosene são os altos índices de pureza do produto final. Outra é a possibilidade de utilização de praticamente qualquer tipo de óleo vegetal como matéria-prima”, disse Rubens Maciel Filho, professor do Departamento de Processos Químicos da FEQ e coordenador do estudo, à Agência FAPESP.

“O processo pode ser dividido em duas etapas principais. Na primeira ocorrem as reações químicas por meio de um catalisador e, na segunda, as relações óleo-etanol são otimizadas considerando variáveis como temperatura e tempo visando a atingir a melhor conversão dos óleos em bioquerosene purificado”, explicou.

No interior do reator ocorre a reação de transesterificação (do álcool com o óleo vegetal) que leva à formação do bioquerosene, menos poluente que os combustíveis de origem fóssil por não emitir enxofre, compostos nitrogenados, hidrocarbonetos ou materiais particulados.

“Além de ser feito a partir de óleos vegetais, outra vantagem ambiental desse combustível renovável é que, ao emitir dióxido de carbono no ar em altitudes elevadas, ele contribui para o crescimento das plantas no solo, que absorvem o dióxido de carbono e conseguem manter seu balanço energético”, explicou Maciel Filho, um dos coordenadores do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN).

Em uma segunda etapa de produção, os pesquisadores separam todos os produtos da reação: o bioquerosene, o catalisador, a água e a glicerina. O isolamento ocorre em uma unidade de separação em condições de temperatura e pressão que tornam o biocombustível economicamente viável. Um dos segredos do processo está na dosagem precisa das proporções de óleo vegetal, álcool, catalisador e temperatura adequada.

“Conseguimos um grau de pureza que chega a 99,9%. Não há registros de produtos semelhantes no mercado brasileiro ou internacional. E é exatamente esse alto nível de pureza que permite a utilização do biocombustível em altas altitudes”, disse Maciel Filho, que também coordena o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Biofabricação (Biofabris), um dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia (INCTs) que, no Estado de São Paulo, são apoiados pela FAPESP por meio da modalidade Auxílio à Pesquisa – Projeto Temático.

Transferência de tecnologia

Segundo Maciel Filho, o procedimento tecnológico gera como subprodutos a glicerina, água e o que sobra do etanol não consumido nas reações, sendo que, após a separação desses compostos indesejados, o óleo fica mais fino e com menor viscosidade.

“Essa etapa de separação dos compósitos é uma das grandes inovações do processo. Pelos cálculos preliminares, o custo final do bioquerosene será cerca de 30% mais barato que o querosene oriundo de fontes fósseis, devido, por exemplo, aos baixos custos de energia utilizada em seu processo de produção”, apontou.

Depois da criação e aperfeiçoamento da tecnologia, o bioquerosene foi enquadrado dentro dos requisitos para combustível de aviação estabelecidos pela Agência Nacional do Petróleo (ANP). “A tecnologia já está em processo de transferência para as empresas interessadas”, disse.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/11133/bioquerosene-de-oleos-vegetais.htm