Michael Nothenberg
é Doutor em Química, Mestre em Farmácia, professor universitário e jornalista
msnothenberg@gmail.com

Enzimas econômicas viabilizam produção comercial de álcool de celulose

Uma das novidades expostas na feira automotiva Washington Auto Show, realizada na capital norte-americana em fins de janeiro passado, foi um automóvel movido exclusivamente a álcool obtido de papel coletado das cestas de lixo da burocracia federal dos Estados Unidos. A proeza – centrada no mérito de encher o tanque de um carro com álcool de celulose custando menos de US$ 2,80 por galão (cerca de R$ 1,30 por litro), valor já próximo ao da gasolina nos EUA – resulta de projeto conjunto das empresas Fiberight LLC (Catonsville-MD), detentora do know-how para a conversão de lixo urbano em etanol, e da empresa de biotecnologia dinamarquesa Novozymes, fabricante das enzimas responsáveis pelo êxito da conversão. A Fiberight espera reduzir o preço do biocombustível

obtido de resíduos celulósicos urbanos para US$ 1,50/galão (R$ 0,70/litro) com a entrada em operação de uma unidade de produção em Blairstown-IA, equipada com recursos para a reciclagem de enzimas.

O aproveitamento de materiais celulósicos, que podem incluir, além de detritos urbanos, resíduos agrícolas, como bagaço de cana, sabugos e palha de milho, lascas e pó de madeira, entre muitos outros, é cogitado como fonte de biocombustíveis desde o início da década de 70. O desafio sempre foi, e continua sendo, tornar competitivo um processo que requer pré-tratamento mecânico e químico para a separação da lignina, hidrólise enzimática para a conversão de celulose e hemicelulose em açúcares e, finalmente, a fermentação alcoólica destes últimos, em comparação à simples conversão direta da sacarose do caldo de cana em etanol, sem necessidade de pré-tratamento nem sacarificação, tal como praticada no Brasil.

Escala industrial – A viabilização econômica da conversão de celulose em álcool foi anunciada por Steen Riisgaard, executivo-chefe da Novozymes A/S, durante o último encontro anual do Fórum Econômico Mundial, em Davos, Suíça, no final de janeiro. A iniciativa, que envolve o lançamento de formulações de enzimas celulolíticas de alto rendimento e custo reduzido, contribuiu para que a empresa, detentora de 47%-65% do mercado mundial de enzimas, dependendo da fonte, registrasse faturamento de US$ 1,69 bilhão em 2009, 18% dos quais auferidos na venda de insumos para a indústria de biocombustíveis.

O entusiasmo é tanto que a Novozymes anunciou, em junho de 2008, investimentos de US$ 100 milhões na construção de uma fábrica exclusivamente voltada à produção de enzimas para a produção de etanol de segunda geração, como é chamado o álcool de celulose, incluindo, além das novas celulases, aquelas usadas na conversão de amido de milho. A instalação, ocupando 12 hectares em Blair, Nebraska, no meio-oeste norte-americano, onde se concentram diversas usinas de álcool de grande porte, espera produzir suas primeiras partidas comerciais em 2011. É quando algumas das usinas que operaram instalações piloto de álcool celulósico nos últimos anos planejam inaugurar suas primeiras unidades de grande escala. Entre os parceiros da Novozymes, com projetos de produção industrial de álcool de celulose, destacam-se empresas como as norte-americanas Poet, ICM e M&G, as canadenses Greenfield Ethanol e Lignol, a dinamarquesa Inbicon, as chinesas Cofco e Sinopec, e a indiana Praj, entre outras.

A Poet, que anualmente produz mais de 5,8 bilhões de litros de álcool de milho em 26 unidades industriais nos EUA, será uma das primeiras a operar uma planta industrial de álcool celulósico produzido com resíduos de cultura de milho. A unidade, descendente de uma instalação piloto de 76 mil litros/ano em operação desde 2008, terá capacidade para 95 milhões de litros de etanol por ano e está em construção em Hanlontown-IA, com partida prevista para 2011.

Preços em baixa – O desenvolvimento de enzimas celulolíticas levado a cabo pela Novozymes ao longo da última década contou com financiamentos da ordem de quase US$ 30 milhões do Departamento de Energia dos EUA (DOE). O êxito do projeto se reflete na progressiva redução dos custos do álcool produzido, derrubados em 80% somente nos últimos dois anos. A Novozymes projeta o custo de produção do biocombustível – incluindo investimentos em instalações – em cerca de US$ 0,60/litro até o final de 2010, baixando para cerca de US$ 0,53/litro até 2013. A competitividade do álcool de celulose em relação ao álcool de milho éreforçada pela manutenção dos subsídios governamentais –




US$ 0,27/litro e US$ 0,12/litro, respectivamente. Uma previsão rósea para o álcool celulósico é a estimativa de criação de 1,2 milhão de novos empregos para norte-americanos somente na comercialização do biocombustível no início da próxima década. Há também benefícios na provável progressiva redução na demanda de álcool de milho, abrindo espaço para o aproveitamento da terra cultivável na produção de alimentos, e a redução de 90% nas emissões de gás carbônico em relação à gasolina. Não é pouco se for considerada a meta do governo dos EUA de produzir 60 bilhões de litros de álcool combustível em 2022.

Produtividade – As enzimas responsáveis pelos bons resultados descendem das especialidades Celluclast e Novozym 188, introduzidas pela Novozymes entre 2006 e 2007 e aperfeiçoadas em 2009, sob as marcas pré-comerciais Cellic CTec e HTec. Destas, a empresa desenvolveu as linhagens recém-lançadas Cellic CTec2 e HTec2, as primeiras destinadas à produção em massa.

Entre as qualidades das novas enzimas, o fabricante destaca a redução de 50% nas doses necessárias à sacarificação, em relação aos fermentos previamente disponíveis. Assim, enzimas, agora representando despesas de cerca de US$ 0,13 por litro de álcool produzido, deixam de constituir o principal fator na estrutura de custos de produção do biocombustível. A empresa não descarta reduções adicionais nos preços das enzimas em razão do crescimento da escala de produção, chegando a valores da ordem de US$ 0,05-0,07/litro de álcool no final da década. Apesar da redução nos preços, se forem confirmadas as metas norte-americanas para a produção de álcool combustível de 2022, a Novozymes poderá contar então com um mercado de celulases estimado em US$ 3,2 bilhões somente nos EUA, no qual dificilmente deixará de ter participação majoritária.

Segundo a empresa, as eficiências das enzimas Cellic de segunda geração superam as das antecessoras em 80%. Para tanto, respondem pela otimização das atividades de beta-glicosidase, responsável pela geração de glicose (C-6), e hemicelulase, cuja função é a de converter hemicelulose, polissacarídio contendo açúcares C-5, particularmente xilose, que pode compor cerca de 45% do conteúdo celulósico de madeiras. Contribui ainda uma maior tolerância à presença de inibidores enzimáticos gerados durante o pré-tratamento ácido, a exemplo de furfural, hidroximetilfurfural e ácido acético, e à própria glicose, cuja presença em quantidades elevadas afeta negativamente o desempenho da beta-glicosidase. O objetivo ora alcançado compreende a conversão, em 72 horas de hidrólise enzimática, de 60% a 80% dos açúcares contidos no insumo agrícola não lavado, pré-tratado com ácido sulfúrico diluído e contendo até 20% de sólidos totais.

Concorrência – Um pouco mais discreta do que a concorrente na divulgação de suas conquistas biotecnológicas, a Genencor, outra fabricante dinamarquesa de enzimas, programou o lançamento de seu complexo enzimático celulolítico Accellerase Duet, similar à Cellic CTec2, da Novozymes, para a 15ª Conferência Anual Nacional sobre Etanol, realizada em Orlando-FL, em meados de fevereiro passado. O fabricante define seu produto como “coquetel” enzimático, fruto de dez anos de otimização. O produto combina atividade de beta-glicosidase e hemicelulase, permitindo a conversão de 75% dos polissacarídios presentes no substrato, podendo ser empregada em processos simultâneos de sacarificação e fermentação, a baixas temperaturas, e 7% a 13% de sólidos totais, em doses de apenas 1/3 em relação às necessárias no emprego do complexo enzimático precedente, Accellerase 1500, introduzido em 2009.

O grupo Danisco A/S, que incorporou a Genencor, até então norte-americana, em 2004, é parceiro da DuPont na joint venture DuPont Danisco Cellulosic Ethanol LLC, cujos planos imediatos incluem a implantação de planta piloto no Tennessee, a ser sucedida em 2012 por uma unidade industrial que produzirá 75 a 95 milhões de litros/ano de álcool celulósico obtidos de resíduos de cultura de milho.

Inimigo dos navegantes vira alvo de biotecnólogos

O fato de cascos e demais apetrechos navais produzidos com madeira constituírem deliciosa iguaria para minúsculos crustáceos marinhos, Limnoria quadripunctata, os “gribble worms”, como são conhecidos nos países de língua inglesa(1), não os torna, compreensivelmente, populares entre marinheiros. Para pesquisadores britânicos, como Simon Cragg, da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Portsmouth, e Simon McQueen-Mason, do Departamento de Biologia da Universidade de York, contudo, representam fascinante objeto de estudos. Trabalho por eles publicado no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences, de 8 de março passado (www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas. 0914228107), demonstra que, ao contrário de outras espécies devoradoras de madeira, como cupins, estes isópodes não se valem de bactérias simbióticas que os ajudem a digerir lignocelulose. A esterilidade de seus tubos digestivos sugere que sejam autossuficientes em enzimas capazes de converter madeira em açúcares. De fato, uma avaliação de seus transcritomas(2) confirma tal conclusão ao estabelecer que 20% dos genes ligados ao sistema digestivo dos gribbles expressam celulases, incluindo celobio-hidrolases, da família das glicosil hidrolases 7 (GH7). Nunca antes identificadas em animais, tais enzimas são agora estudadas quanto ao seu potencial em aplicações industriais, a começar, naturalmente, pela celulólise de resíduos agrícolas, visando à produção de biocombustíveis. Será a vingança perfeita dos navegantes, se algum dia puderem singrar pelos mares com energia gerada pelas enzimas de seus milenares adversários.
(1) O termo gribble, segundo o American Heritage Dictionary, 4ª edição, provavelmente se originou do verbo to grub, que expressa o ato de escavar para puxar algo, cenouras, por exemplo, pela raiz.
(2) Transcritoma, segundo a Wikipedia, é o nome dado ao conjunto de moléculas de RNA – aí incluindo mRNA, rRNA, tRNA e ncRNA (não-codificante) – produzidas por determinadas células, permitindo a identificação de todos os genes ativos no momento da análise.