Bioetanol: inovação para manter a liderança

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Colheitadeira de cana na região de Ribeirão Preto (SP)

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Bioetanol: inovação para manter a liderança por Flávia Natércia

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crescimento acelerado da produção brasileira no complexo sucro-alcooleiro nos últimos dez anos, e a tecnologia que se acumulou no setor podem ser perdidos caso o país não invista firmemente na inovação. No período, houve um crescimento de 101,8% na produção de açúcar refinado; 34,1% na de etanol, e as exporta-

ções de etanol chegaram a 2,1 bilhões de litros em 2005, o que equivale a 12% da produção nacional. Os produtores ampliaram, no último ano, em 4,5% a área destinada aos canaviais, que ocupa hoje 5,9 milhões de hectares. Na avaliação de especialistas da área, o esforço brasileiro deve centrar-se em não perder a ampla vantagem tecnológica que detém na produção de etanol. 32

Num estudo que acaba de ser publicado na revista européia FEMS Yeast Research, os biólogos moleculares Anderson Cunha, Gonçalo Amarante Guimarães Pereira e outros pesquisadores do Laboratório de Genômica e Expressão do Departamento de Genética e Evolução do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) relatam a obtenção, em labo-

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ratório, de leveduras "condicionalmente floculantes". A expressão pode causar estranheza, mas também pode representar uma revolução na produção industrial de álcool. Isto porque, caso se revelem exeqüíveis em usinas de grande porte, essas leveduras viriam a simplificar ou, até, futuramente, eliminar a etapa de centrifugação, a mais cara e complexa do processo industrial. Essas leveduras são geneticamente programadas para que se agrupem e sedimentem no fundo das dornas de fermentação tão logo acaba o açúcar (glicose) do meio circundante. São recombinantes, mas não transgênicas, porque foram manipuladas somente seqüências genéticas presentes, ainda que desativadas (não lidas), na própria Saccharomyces cerevisae: o gene floI, receita para a fabricação da floculina, uma proteína de superfície que promove a agregação das células em flocos, e o promotor ADH2, da enzima álcooldesidrogenase, inibido pela presença de glicose, o açúcar preferencialmente utilizado para a produção de etanol. Unidos, proporcionam um mecanismo para que as instruções do gene sejam lidas somente na hora certa. O processo rendeu aos pesquisadores uma patente e uma menção honrosa no XXVI Concurso Prêmio Governador do Estado, do governo do estado de São Paulo. Mas ainda não se sabe como vai funcionar em escala industrial. "A separação de células em larga escala é a tecnologia padrão, mas pode sempre ser melhorada. Por exemplo, pela floculação induzida, desenvolvida pela equipe de Gonçalo Guimarães", disse Luuk van der Wielen, professor do Departamento de Biotecnologia da Universidade Delft de Tecnologia, na Holanda. De acordo com Pereira, em leveduras de laboratório, o mecanismo funcionou "como um relógio". Mas leveduras industriais represen-

ESPECIALISTAS DESTACAM A NECESSIDADE DE NÃO PERDER A VANTAGEM TECNOLÓGICA QUE O BRASIL DETÉM NA PRODUÇÃO SUCRO-ALCOOLEIRO, EM ESPECIAL NO ETANOL

tam um desafio. Para começar, as dornas tendem a ser dominadas por tipos diferentes em cada usina. Depois, diferentemente das leveduras de laboratório, que têm um cromossomo de cada tipo, as selvagens podem ter de dois a vários conjuntos completos de cromossomos. Isso quer dizer que, no lugar de uma única enciclopédia de receitas genéticas, as leveduras das dornas chegam a ter vários conjuntos repetidos. Nessas condições, a recombinação tem de ser incorporada em cada um deles para funcionar. Por fim, nas dornas industriais ainda será necessário centrifugar o mosto ou deixá-lo em repouso por um período de oito a dez horas. Na destilaria São Joaquim, em Palmital (SP), Cunha e Pereira foram capazes de driblar a dificuldade imposta pela condição diplóide (com dois cromossomos de cada) da linhagem dominante na dorna local. A empresa de pesquisa e desenvolvimento GeneSearch Biotech financiou o projeto até essa etapa, em 2000, "para mostrar que a idéia funciona", conforme diz Guimarães. Trata-se de um angel investor, empresa ou indivíduo que injeta recursos num projeto de risco graças à aposta no lucro futuro. A GeneSearch investiu R$ 120 mil em troca de parte dos royalties a serem obtidos quando alguma indústria obtiver licença para usar a tecnologia. Até agora, o pesquisador espera por um parceiro de maior porte e maior capacidade de investimento para que a 33

floculação condicional ou induzida seja testada em larga escala. "É preciso uma empresa capaz de contratar pesquisadores para trabalhar dia-e-noite", reivindica Guimarães. LÍDER NA PRODUÇÃO E NO CONSUMO A história da levedura floculante ilustra bem a etapa em que a produção de álcool no Brasil se encontra. Não faltam números a celebrar. "Somos os maiores produtores de cana, de açúcar e de álcool", afirma Ângelo Bressan, diretor de Açúcar e de Álcool do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa). A estimativa da Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), para a safra 2005/2006 de cana é de um recorde: 436,8 milhões de toneladas, 5,1% maior que a do período 20042005, que foi de 415,5 milhões de toneladas, sendo a maior parte, 394,4 milhões de toneladas, destinadas à indústria sucro-alcooleira. 216 milhões serão transformadas em 26,7 milhões de toneladas de açúcar; outras 178,4 milhões serão convertidas em 17 bilhões de litros de álcool, dos quais 9,1 bilhões de litros de álcool anidro (combustível) e 7,75 bilhões de hidratado (usado na indústria); 42,4 milhões de toneladas serão usadas na produção de cachaça, açúcar mascavo, ração animal e sementes para o plantio. Nos últimos dez anos, houve um crescimento de 101,8% na produção brasileira de açúcar refinado. Na de etanol, o aumento foi de 34,1%. Em 2005, as exportações de etanol chegaram a 2,1 bilhões de litros (o equivalente a 12% da produção nacional) e as de açúcar, a 17,5 milhões de toneladas. Os produtores ampliaram no último ano em 4,5% a área destinada aos canaviais, que se estende por 5,9 milhões de hectares. "Estamos aumentando a produção para atender a nossa demanda e, eventualmente, gerar excedentes", explica

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sustentabilidade, portanto, o país (ainda) não encontra concorrentes. "Há uma enorme economia de combustíveis fósseis", ressalta. "O bagaço da cana é queimado para produzir energia térmica e elétrica em usinas espalhadas pelo país. Muitas delas geram uma energia excedente que pode, em nível local ou regional, ser vendida e inserida na rede elétrica", diz Macedo. Uma vantagem adicional. A energia que seria perdida na

queima do bagaço e da safra tem potencial para gerar algo como 5 Giga Watts (GW) ao longo da safra, de acordo com a tecnologia empregada — a gaseificação aumenta a eficiência energética. SUPERIORIDADE E PIONEIRISMO "O milho, a matéria-prima utilizada nos EUA, não tem bagaço para ser queimado na produção de energia. Por isso, lá são usados combustíveis fósseis, como Edu Lyra/Sambaphoto

Bressan. As vendas, em 2005, geraram US$ 756 milhões em álcool, 50% a mais que em 2004. E a tendência, este ano, é de que o balanço açúcar x álcool continue favorecendo o segundo. "Nas condições atuais de mercado, o custo do álcool combustível no Brasil é o mais baixo do mundo", afirma Pedro Wongtschowsky, presidente da Oxiteno, uma empresa do grupo Ultra, que produz e desenvolve uma série de produtos químicos para os mais diversos setores industriais (alimentos, construção civil, têxtil, agroquímico, petróleo, entre outros). "Uma das forças a impulsionar a utilização em larga escala do bioetanol está na iminente escassez dos estoques de petróleo, levando a preços explosivos e instabilidade geopolítica — bem antes da falta física real do 'ouro negro' ", diz van der Wielen. No ano passado, 50% da frota de carros produzida no país foram híbridos, flexou bicombustíveis, ou seja, automóveis capazes de utilizar tanto gasolina quanto álcool. Esse tipo de veículo deve se tornar ainda mais comum nos próximos anos em todo o mundo, depois da ratificação do Protocolo de Kyoto, uma vez que ajuda a reduzir as emissões de gás carbônico para a atmosfera. Os Estados Unidos, que não ratificaram o protocolo ambiental em 2005 e produzem álcool a partir do milho, são os competidores que, em termos de volume produzido, sendo responsáveis por algo como 33% do total mundial, ameaçam o Brasil, que produz 36%. Mas, para Isaías Macedo, pesquisador do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (Nipe), da Unicamp, a diferença essencial é que, no processamento da cana, a maior parte da energia consumida é originária da própria planta. No que concerne à

Brasil é o maior produtor de cana, com a próxima safra estimada em 436,8 milhões de toneladas

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o gás natural e o carvão", explica. Além disso, o rendimento norte-americano é muito baixo: para cada unidade de energia fóssil consumida no ciclo produtivo, produz-se apenas algo entre 1,4 e 1,5 unidade de energia renovável na forma de etanol. Num estudo divulgado em 2004, Macedo, juntamente com Manoel Regis Leal, outro pesquisador do NipeUnicamp, verificou que, no Brasil, a taxa de conversão é ligeiramente superior a 1 para 8. "Os norte-americanos sabem que a produção brasileira é superior", afirma o pesquisador. Superior e pioneira. Em 1975, foi criado o Programa Nacional do Álcool, ou Proálcool, como ficou conhecido, com a finalidade básica de incrementar a produção para fins combustíveis. Os preços do petróleo não paravam de subir. Havia risco de desabastecimento. "A produção de álcool melhorou muito em relação à de 1975, e pode continuar melhorando", diz Macedo. Uma das frentes em que ainda há ampla margem para inovação é o aproveitamento da biomassa contida nas plantas, que está longe de ser completo — 2/3 ficam de fora do ciclo produtivo. "Tanto na Europa quanto nos Estados Unidos, as atividades de pesquisa e desenvolvimento da utilização de biomassa têm como foco principal a hidrólise da celulose e da hemicelulose", conta Macedo. Segundo Luuk van der Wielen, os recentes desenvolvimentos da biotecnologia moderna proporcionam uma utilização mais completa de estoques agroalimentares e resíduos, com a conversão de lignocelulose, por exemplo. "Assim, a produção em larga escala de combustível pode ser alcançada sem afetar a disponibilidade global de alimentos (dimensão social) e o plantio limitado de vegetais desti-

nados à fabricação de combustível (dimensão ecológica)". Celulose e hemicelulose são açúcares que formam longas cadeias, fornecendo a estrutura das fibras das plantas, e podem ser transformados por reações químicas em outros tipos de açúcar, como a própria glicose, passíveis de utilização pelas leveduras. Disponíveis, poderiam quase triplicar o rendimento e reduzir os custos da produção de álcool, de acordo com Pedro Wongtschowsky. "Nas condições atuais, o etanol é competitivo como combustível, mas não como insumo industrial", distingue o presidente da Oxiteno. Van der Wielen acrescenta que os programas internacionais e os resultados e vendas das companhias mostram que a pesquisa em celulose, hemicelulose e lignina está em pleno desenvolvimento. "Os grandes programas de enzima hidrolítica dos Estados Unidos e da Europa já cortaram os preços mais de 50 vezes". Outras medidas, no caso brasileiro, para aumentar a eficiência da produção das usinas de cana, têm sido determinadas ou facilitadas pela legislação. Por exemplo, em São Paulo, uma lei obriga os produtores a uma redução gradual das queimadas, numa taxa de 5% ao ano. De acordo com Isaías Macedo, até recentemente não era permitido aos produtores vender o excedente de energia obtido. Uma regulamentação ainda restrin-

HÁ AMPLA MARGEM PARA INOVAÇÃO NO APROVEITAMENTO DA BIOMASSA CONTIDA NAS PLANTAS 35

ge o montante e o valor da venda, mas é provável que o aumento da importância da biomassa na matriz energética nacional promova um afrouxamento dessas regras. INOVAR PARA MANTER PRIMEIRO LUGAR Caso não invista em inovação, o Brasil pode vir a perder a vantagem tecnológica na produção de etanol. Essa advertência partiu do químico neozelandês naturalizado norte-americano Alan MacDiarmid, durante a terceira sessão plenária do segundo dia da III Conferência Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação, realizada em Brasília no final de 2005. Diarmid recebeu, em 1999 o Prêmio Nobel de Química por sua contribuição ao desenvolvimento de aplicações dos polímeros orgânicos na condução de corrente elétrica, compartilhado com o físico norte-americano Alan Heeger e o químico japonês Hideki Shirakawa. Mas Diarmid não é o único a advertir que "inovar ainda é preciso". Na avaliação de Luuk van der Wielen, para se manter na liderança do mercado de álcool o Brasil tem de "trabalhar internacionalmente (certamente com europeus) para melhorar ainda mais a sustentabilidade do agro-setor de forma controlada e desenvolver, em colaboração, tecnologias que proporcionem um aproveitamento mais completo da cana". Colaboração que implica o envolvimento conjunto de instituições e recursos públicos e privados. Além de atuar como professor da Universidade de Delft, van der Wielen é diretor científico do B-Basic (http://www.b-basic.nl/), um consórcio público-privado para Química Industrial Biobaseada e Sustentável (Biobased Sustainable Industrial Chemistry). O

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DOS CANAVIAIS ÀS BIORREFINARIAS culas, 12 formadas por 3 a 5 átomos de carbono, derivadas de açúcares por meio de fermentação ou ação de enzimas. Batizaram essas moléculas de "blocos construtores", porque vão originar milhares de outras — à semelhança da plataforma do petróleo que, "mais dia menos dia terá que ser substituída por uma derivada de fonte sustentável", diz a pesquisadora. Além dos açúcares, ligninas e óleos vegetais deverão ser explorados, em outras plataformas. A equipe da engenheira química da Unicamp escolheu o ácido acrílico como molécula e a levedura como organismo, e o trabalho foi publicado em 2005 na revista Applied Microbiology Biotechnology. "Escolhemos a S. cerevisae por já ser o organismo que produz o bioetanol e que tem potencial para produção de outros 'blocos construtores' importantes. É muito bem conhecida no Brasil, temos grandes especialistas tanto nos aspectos microbiológicos como nos industriais." No que concerne à cana-de-açúcar, não falta conhecimento sobre os mais diversos aspectos (agronômicos, genômicos, fisiológicos). Além disso, continua, "temos maravilhosas usinas processadoras da cana, uma engenharia avançada para produção do bioetanol, capaz de aliar baixo custo a um bom rendimento, uma indústria de máquinas avançadas. E já estamos caminhando para uma tecnologia de aproveitamento dos materiais ligno-celulósicos (as fibras vegetais)". Mas, para obter inovações radicais, rompendo paradigmas, faz-se necessário um grande esforço conjunto de biólogos moleculares, microbiologistas, bioquímicos, químicos, engenheiros de processo. Para o país, a decisão é estratégica no sentido de ampliar a autonomia e a sustentabilidade da indústria. De grande importador de produtos e drogas químicas, o Brasil pode, no futuro, passar a exportá-los — essa é a aposta das biorrefinarias.

Em 1999, um aluno de Telma Franco, pesquisadora da Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, foi estudar extração e purificação de enzimas com sais voláteis no laboratório de Luuk van der Wielen na Universidade Delft de Tecnologia (TUD). No ano seguinte, o pesquisador holandês foi convidado a proferir uma palestra no Congresso Brasileiro de Engenharia Química de 2000 e a ministrar um curso de pós-graduação na FEQ. E, já em 2001, a parceria foi formalizada por um contrato de colaboração entre a Unicamp e a Faculdade de Ciências Aplicadas da TUD. Menos de cinco anos depois, a equipe se prepara para depositar a primeira patente, em estudo juntamente com uma companhia holandesa. "Tudo será dividido entre os dois países. Tratase de uma idéia desenvolvida em uma tese realizada no laboratório da Unicamp", conta Telma Franco. Em 2002, a equipe decidiu estudar o ácido acrílico, um dos 25 produtos químicos mais consumidos no mundo, que o Brasil tem de importar. Além de custar caro, a substância é obtida a partir do propeno, um derivado do petróleo. Mas, como se trata de uma molécula simples, com três carbonos, pode vir a ser obtida de outra forma. "Qualquer molécula pequena, entre 1 a 6 carbonos, tem elevada chance de ser produzida por uma via microbiológica e/ou enzimática. Se existem microrganismos que o degradam, deve haver sistemas metabólicos capazes de sintetizá-lo, restava-nos fazer a escolha de uma molécula-modelo", explica Telma. O estudo representa mais um passo no sentido da exploração plena do potencial contido na biomassa. Dentre os produtos químicos que podem ser obtidos, o Departamento de Energia em Eficiência Energética e Energia Renovável dos Estados Unidos elegeu, a partir de uma lista inicial de mais de 300 molé-

B-Basic executa um programa de pesquisa e treinamento tecnológico de recursos humanos de 50 milhões de euros, com destaque para a biotecnologia. "Há uma clara aposta da União Européia nas biotecnologias industrial, médica e alimentar. Se a Europa tomar atitudes e recursos conjuntamente, isso pode torná-la mais competitiva. Mas outros atores, como os Estados Unidos, têm algumas vantagens — por exemplo, uma posição geográfica melhor (mais próxima do Equador), com mais terra, e um governo mais orientado à ação. A aposta não será fácil e o resultado não é garantido.

O Brasil, por sua vez, poderia ter uma posição tremenda numa situação de economia biobaseada mas, também aqui, o país deveria escolher e investir seriamente em inovação nesse campo. Este é o motivo pelo qual estamos organizando em parceria um workshop sobre Inovação em Biocombustíveis: tanto o Brasil quanto a Holanda/Europa têm muito a ganhar", pondera van der Wielen. A experiência do tecnólogo holandês mostra que parcerias público-privadas (PPPs) não são fáceis de organizar, mas valem a pena. "São construídas por respeito e confiança mútua, jun36

tamente com senso de qualidade e urgência (importância dos tópicos). As PPPs demonstraram trazer excelentes resultados nas áreas de biotecnologia, polímeros (Instituto Holandês de Polímeros) e alimentos (Centro Wageningen para Ciências Alimentares). É preciso atores industriais e acadêmicos fortes e também despender tempo para identificar áreas que realmente interessam. Convém lembrar que meu país tem uma história razoavelmente longa nesse tipo de colaborações — na biotecnologia, antecessores do B-Basic e do NIIB surgiram há pelo menos 20 anos".

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A agroindústria canavieira é moderna e absorve tecnologia de ponta

ÁGUA, TERRA, SOL E "OURO VERDE" O setor da cana tem um longo histórico de seleção e melhoramento genético, que teve início ainda no final do século XIX, no Instituto Agronômico de Campinas (IAC), com o austríaco Franz W. Dafert, que realizou o primeiro estudo de 42 variedades de Saccharum officinarum, sob duas condições distintas de cultivo. À época, a gomose, doença detectada nas lavouras da Bahia e de Pernambuco, constituía uma preocupação para os produtores de São Paulo, porque a cana caiana era suscetível. Mais tarde, em 1920, a doença do mosaico alastrou-se pelos canaviais paulistas, provocando uma crise que surtiu ao menos um efeito positivo: a criação de programas de melhoramento genético que já na década seguinte resultaram em duas novas variedades, a CB e a IAC. Ao longo das três décadas que se seguiram, os programas foram aprimorados, gerando novas variedades, testando novos métodos de cultivo, implementando novas técnicas (como a adubação e o espaçamento entre as plantas). Na década de 1960, dois novos atores se integraram ao cenário da P&D da cana: a Planalsucar (atualmente, Rede Interuniversitária para o Desenvolvi-

mento do Setor Sucroalcooleiro - Ridesa) e a Copersucar (agora Centro de Tecnologia Copersucar - CTC), proporcionando, entre outros benefícios, a introdução de 678 genótipos, provenientes de diversos países, no processo de melhoramento, além da realização de experimentos de hibridização (formação de híbridos) na Bahia, estado onde se encontra a maior diversidade genética na canade-açúcar. Foi a partir dessa base bem estabelecida e dinâmica que se construiu a moderna agroindústria canavieira, valendo-se das amplas possibilidades agrícolas de um país em que sol, solo e chuva são abundantes. Macedo, que chefiou o Centro de Tecnologia da Cana da Copersucar, diz que, no que concerne à cana, "a maior força do Brasil veio da produção contínua" de variedades novas, liberadas anualmente. "Há cerca de 500 variedades em campo, das quais 50 são fortemente utilizadas", conta. Como não há meios de estabelecer quarentenas efetivas no país, dada a extensão de suas fronteiras, a diversidade se impôs como uma necessidade aos cultivos. Não existe monocultura de cana. Para evitar que uma praga se alastre sem encontrar barreiras, é proibido o plantio de uma úni37

ca variedade por uma área maior que 15% do total, acrescenta Macedo. Agora, esse setor passa a se valer das ferramentas da genômica, proteômica, transcriptômica e outras da biologia molecular para avançar ainda mais. Um dos maiores desafios está em aliar, nas plantas, alta produtividade com resistência às pragas conhecidas. A abordagem convencional esbarra num princípio ecológico: a alocação de energia. Da energia de que dispõe um organismo para sobreviver, ele investe uma certa porcentagem em crescimento, outra em defesa contra inimigos naturais, e assim por diante. Um aumento no investimento em defesa, por exemplo, acarreta inevitavelmente uma redução da energia disponível para o crescimento. Os pesquisadores esperam poder superar essas limitações com a tecnologia do DNA recombinante, a clonagem e outras técnicas moleculares. Mais uma vez, a levedura floculante deve ser invocada como exemplo de seu potencial inovador que, por sua vez, se nutriu da genômica: o seqüenciamento da levedura foi concluído em 1996 e, hoje, seus genes já são suficientemente conhecidos para serem rearranjados em laboratório.