Ações e Resultados | 2013 by LNBR/CNPEM

Para o diretor do CTBE, Carlos Alberto Labate, os resultados expressivos alcançados pelo Laboratório em 2013 se devem à combinação vitoriosa com experiência em bioenergia e jovens pesquisadores com vontade de produzir.

mensagem do diretor O sucesso do CTBE se deve, em grande medida, a uma combinação perfeita entre experiência e jovens talentos. Se de um lado temos uma infraestrutura de excelência para o escalonamento de tecnologias de produção de etanol e compostos derivados da biomassa, do outro bioenergia orientando a energia de jovens pesquisadores com muita vontade de produzir. Isso é um diferencial ao se enfrentar problemas complexos e multidisciplinares. Minha chegada à direção do CTBE, em janeiro de 2013, deu-se em um momento importante para o Laboratório. Findava-se o período de implantação e tinha início o de operação. Grandes projetos de P&D começavam a obter seus primeiros resultados expressivos. Foi o caso, por exemplo, da Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP). Pela primeira vez, um processo biotecnológico foi validado na PPDP durante sete meses consecutivos, 24 horas por dia, sete dias na semana. Isso mostrou o devido comissionamento da

instalação e sua aptidão para grandes iniciativas de escalonamento na área de etanol e química verde. Outro projeto a avançar foi o de mecanização de baixo impacto na cultura de cana-de-açúcar. Com o objetivo de aumentar a produtividade e reduzir a compactação do solo e os custos com plantio e colheita, protótipos da máquina base e das frentes de colheita da Estrutura de Tráfego Controlado (ETC) entraram em fase de testes. Estudos de agricultura de precisão complementam o projeto. Também foram iniciados em 2013 trabalhos em parceria com grandes empresas do setor sucroenergético e químico, muitos deles com o apoio do BNDES. Essa é uma tendência a ser ampliada em 2014. O próximo ano também servirá para aproximar o CTBE do setor privado e de grandes institutos de pesquisa do Brasil nas áreas de biomassa e bioenergia, com o intuito de unir esforços em prol da resolução de gar-

Carlos Alberto Labate

Vista aérea do campus do CNPEM, em Campinas-SP, com projeção tridimensional da nova fonte de luz Síncrotron (Sirius), em construção.

sumário sobre o CTBE em poucas palavras nossa história instalações de c&t pesquisa interna destaques de pesquisa publicações selecionadas

p. p. p. p. p. p. p.

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inovação eventos e programas para estudantes 2013 em duas páginas

p. 37 p. 41 p. 44

O CNPEM O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma nal de Luz Síncrotron (LNLS) opera a única fonte de luz Síncrotron da América Latina para análises de materiais; o de Biociências (LNBio) desenvolve pesquisas de fronteira na área, com foco em biotecnologia e fármacos; o de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) investiga novas tecnologias para a produção de bioenergia; e o Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) realiza pesquisas com materiais avançados, de grande potencial econômico para o Brasil. Tais laboratórios desenvolvem projetos próprios de pesquisa e participam da agenda transversal coordenada pelo CNPEM, que articula instalações e com-

Fachada do edifício principal do CTBE, Laboratório criado com o intuito de contribuir para a competitividade brasileira na produção e conversão industrial de biomassas em combustíveis e outros compostos de alto valor agregado.

sobre o CTBE O Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE) realiza P&D de excelência na área de bioenergia. O objetivo do Laboratório é contribuir para a competitividade brasileira na produção e conversão industrial de biomassas em combustíveis (1ª e 2ª geração), eletricidade e compostos derivados da química verde. No CTBE, usuários do Brasil e do exterior dispõem de instala-

projetos relacionados à produção, caracterização e processamento de biomassas e derivados, assim como em estudos de biologia funcional, biotecnologia e biofísica. Uma plataforma de avaliação téc-

Missão Contribuir para o avanço do gico na produção, uso e conversão de biomassas em energia e materiais, por meio de pesquisa, desenvolvimento, inovação e capacitação de pessoal.

nica, econômica, ambiental e social de rotas de aproveitamento de biomassas também está disponível ao setor sucroenergético. Um dos grandes diferenciais do CTBE é a Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP). Este ambiente singular no Brasil permite o escalonamento de processos (escala semi-industrial – 300 litros) de conversão de biomassa em etanol celulósico e outros produtos ligados à bioeconomia. Já a agenda de pesquisa interna do Laboratório está dedicada às áreas agrícola, industrial, avaliação tecnológica, sustentabilidade e pesquisa básica do ciclo biomassa/bioprodutos, em sintonia com as necessidades do mercado.

Visão Ser um Laboratório Nacional de excelência em pesquisa, desenvolvimento, inovação e transferência de tecnologia nas áreas de biomassas e bioenergia.

Capital Humano e Publicações de Qualidade Patentes e Parcerias “Ganha-ganha” com Setor Produtivo

Escalonamento de Processos em Bioenergia

Pesquisa em todo o Ciclo Produtivo de Biomassa/bioprodutos

Eventos: Networking e Disseminação de Resultados

em poucas palavras Conheça as principais características e resultados do CTBE: • Desenvolve pesquisa e inovação de nível internacional na área de biomassa para a produção de energia, principalmente etanol de cana-de-açúcar.

uma mecanização de baixo impacto na cultura de cana, com o desenvolvimento de maquinários que devem reduzir em 80% o tráfego sobre o canavial, além de preservar nutrientes do solo e economizar combustível.

• Possui cinco divisões de pesquisa: Produção de Biomassa; Processamento de Biomassa; Biologia Funcional, Biotecnologia e Biofísica; Avaliação Integrada de Biorrelidade da Produção de Biomassa e Bioenergia.

• Detém uma plataforma de avaliação técnica, econômica, ambiental e social de rotas de aproveitamento de biomassas chama-

• Abriga três edifícios (9.000 2 m de área construída): o principal, que engloba laboratórios e salas dos pesquisadores, Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP) e Laboratório de Protótipos Agrícolas (LPA).

renomadas instituições de pesquisa.

• Destaca-se pela infraestrutura de escalonamento de tecnologias, com o objetivo de transferir processos da bancada de laboratório para o setor produtivo. • Trabalha na implantação de

• Encerrou o ano de 2013 com -

• Publicou mais de 230 artigos em periódicos indexados e 18 patentes desde 2008. • Firmou 13 acordos de colaboração com empresas do Brasil e do exterior em 2013. expoentes na área, com destaque para os worskshops anuais Second Generation Bioethanol: Enzymatic Hydrolysis e Sugarcane Physiology for Agronomic Applications.

nossa história 2005 Desenvolvimento da Fase 1 do Projeto Etanol, cujas conclusões serviram de base para as divisões e os projetos de pesquisa do CTBE. O estudo foi coordenado pelo físico Rogério Cezar de Cerqueira Leite (Unicamp) e contou com

dos temas e objetivos de pesquisa das cinco divisões.

diferentes instituições.

Novembro de 2008 instalações de P&D do Laboratório, em Campinas-SP. Os três edifícios construídos totalizam cerca de 9.000 m2, dentro do campus do CNPEM.

Fevereiro de 2009 Realização do primeiro workshop de avaliação das divisões de pesquisa do CTBE. Até agosto de 2010, representantes das comunidades acadêmica e industrial participaram, em

22 de Janeiro de 2010 com a presença do ex-presidente e outras autoridades regionais e nacionais. A cerimônia também celebrou a assinatura das três o Laboratório.

Agosto de 2013 Finalização do escalonamento do primeiro processo biotecnológico na Planta Piloto que fez com que biorreatores e demais utilidades ininterrupto durante sete meses, atestando o adequado comissionamento da instalação.

Maio de 2011 Assinatura do convênio com o BNDES (linha Funtec) que prevê o investimento de R$ 16 milhões em cinco anos para a implantação de um sistema de mecanização de baixo impacto na cultura de cana-de-açúcar.

Reator de hidrólise da biomassa, em escala laboratorial. Nele é testada a quetéis enzimáticos desenvolvidos para uso industrial na produção de etanol de 2a geração.

instalações de c&t cada infraestrutura de ciência e tecnologia na área de biomassa e bioenergia. Seu grande diferencial é a possibilidade de se escalonar processos, simulando a realidade industrial. Conheça os Laboratórios e a Planta Piloto do CTBE: Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP)

escala semi-industrial (300 l), robustez e estabilidade de rotas tecnológicas de produção de etanol e outros compostos derivados da biomassa. Ela possibilita validar indicadores tecno-econômicos e de sustentabilidade de processos, o que minimiza riscos, prevê gargalos e otimiza processos e estimativas de investimento. Seis módulos independentes e automatizados compõem a PPDP: Tratamento Físico do Bagaço de Cana; Tratamento Físico-químico do Bagaço de Cana; Bioprocessos para a Produção de

Microorganismos e Metabólitos; Hidrólise Enzimática do Material Ligção; Fermentação Alcoólica. Laboratório de Protótipos Agrícolas (LPA) Nele são desenvolvidos os maquinários necessários à implantação do sistema de mecanização de baixo impacto na cultura de cana-de-açúcar do CTBE. Esse projeto visa reduzir o tráfego de máquinas sobre os canaviais e aumentar a qualidade do solo e a produtividade da cana. Para tal, desenvolve-se no LPA uma Estrutura de Tráfego Controlado (ETC), no qual os primeiros protótipos da sua máquina base e frentes de colheita foram testados em campo em 2013. Laboratórios de Desenvolvimento de Processos (LDP) O LDP é equipado com diversos reatores capazes de processar a biomassa lignocelulósica e seus derivados para a conversão em etanol celulósico, intermediários químicos e outros produ-

lizada para o escalonamento de rotas tecnológicas de produção de etanol e outros compostos derivados da biomassa.

tos. Ampla gama de processos físico-químicos são estudados, com vistas à validação de processos e ao desenvolvimento de novas rotas com perspectivas de transferência de tecnologia. O LDP também abriga a Central Analítica para Biomassa e Derivados do CTBE que realiza, como rotina, diversos protocolos analíticos aplicados às correntes de processamento de biomassa. Compõem o LDP os seguintes laboratórios: Fracionamento e Moagem; Pré-tratamento; Análises Físico-Químicas; Cromatografia Líquida; Análises no Estado Sólido; Espectroscopia e Análise Elementar; Cromatografia Gasosa e Ressonância Magnética Nuclear. Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos (LDB) No LDB se estuda e desenvol-

ve processos biotecnológicos ligados à produção de etanol (1G e 2G) e outros produtos de interesse industrial a partir da cana-de-açúcar. As facilities de cultivo microbiano e fermentação são equipadas com biorreatores de diferentes escalas de trabalho (500 ml, 3 litros e 20 litros), munidos de sondas de monitoramento on-line de importantes parâmetros de cultivo. Contempla também equipamentos acessórios para o acompanhamento de bioprocessos como centrífugas, microbiológicas etc. Os laboratóqualidade em biossegurança, permitindo a realização de pesquisa e desenvolvimento de processos com organismos geneticamente

Os seguintes laboratórios compõem o LDB: Biossíntese de Hidrolases Fúngicas; Biossíntese de Hidrolases Bacterianas; Fermentação Alcoólica; Instrumentação e Monitoramento de Bioprocessos; Usuário Industrial I e II; Pesquisa Aplicada para Usuário Institucional. Laboratórios de Biologia Funcional, Biotecnologia e Biofísica analisam a relação entre fotossíntese e acúmulo de biomassa, avaliação de potencial hídrico, entre outros. Destacam-se nesse conrômetro Dual-PAM-100 e a câmara tipo Scholander. Já na área de biologia mole-

cular, empregam-se abordagens como genômica funcional, metagenômica, transcriptômica, proteômica, biologia de sistemas, engenharia genética e metabólica para a bioprospecção de microrganismos e enzimas e para a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na conversão da biomassa vegetal por sistemas enzimáticos. Engenharia molecular é utilizada para melhorar a performance catalítica de enzimas caracterizadas. Integram o complexo os laboratórios de: Metabolômica; Cultivo de Microrganismos; Análises em Alto Desempenho; Análises de Macromoléculas; Microscopia; Sequenciamento de Ácidos Nucleicos; Biossegurança Nível II; Fitacional e E-Science.

• • • •

mecanização de baixo impacto agricultura conservacionista técnicas de agricultura de precisão manejo de nutrientes e resíduos agroindustriais

• avaliação das emissões de gases de efeito estufa • impactos diretos e indiretos da mudança no uso da terra • estoque de carbono no solo e emissões gasosas • avaliação dos impactos socioeconômicos • uso de água e impactos sobre os recursos hídricos • geoprocessamento e sensoriamento remoto • análise integrada da sustentabilidade

• pré-tratamento da biomassa lignocelulósica • conversão de biomassas em produtos industriais • fracionamento e caracterização de biomassas e seus derivados • ciência e engenharia de bioprocessos • biotecnologia industrial para conversão de biomassas • ciência e engenharia de reatores químicos e bioquímicos • validação e ampliação de escala de processos

• • • •

microbiologia e biotecnologia aplicada ferramentas analíticas para biomassa e derivados biologia computacional e de sistemas produção de enzimas e hidrólise do material lignocelulósico

• avaliação dos impactos de novas tecnologias em bioenergia • matriz insumo-produto • análise de ciclo de vida

pesquisa interna A agenda interna de investigaocorre em suas cinco divisões de pesquisa, voltadas ao principais gargalos do ciclo produtivo de biomassa/bioenergia. Conheça os objetivos de estudos de cada divisão: Produção de Biomassa Desenvolve processos e soluções focados na evolução dos aspectos econômicos e ambientais da mecanização agrícola de cana-de-açúcar, com ênfase nos custos de produção, conservação do solo e qualidade da matéria-prima e das operações. O CTBE desenvolve uma Estrutura de Tráfego Controlado (ETC) que objetiva reduzir em 80% a incidência de tráfego sobre o canavial, preservando os nutrientes do solo e economizando combustível. Já um processo alternativo de colheita, incorporado a três protótipos em teste, almeja reduzir em 50% os custos de operação. Outros projetos do grupo envolvem plantio e adubação de precisão e estudos sobre cobertura do solo com palha de cana. Grupos de Pesquisa: Inovação

em Processos de Plantio e Colheita com Tráfego Reduzido; Desenvolvimento e Manejo Localizado de Agroquímicos e Resíduos Industriais; Plantio Direto e Agricultura de Baixo Carbono. Processamento de Biomassa Realiza PD&I orientada à conversão de biomassa em combustíveis, novos materiais, e compostos químicos para diversos setores industriais. Isso se dá por meio do uso de engenharia bioquímica, metabólica e de bioprocessos; catálises químicas e biológicas; downstream, separações físico-químicas; entre outras técnicas que passam por provas de conceito em escala laboratorial e piloto. Um dos diferenciais do grupo é a Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos do CTBE utilizada para escalonar tecnologias (scale up e down desenvolvem ainda metodologias para a caracterização de biomassas e seus derivados e projetos conceituais de processos ligados à conversão de biomassas.

Grupos de Pesquisa: Bioprocessos Aplicados; Processos Físicos e Químicos de Biomassa; Escalonamento de Processos de Biomassa.

tudo e de desenvolvimento, avaliem o sucesso de projetos e planejem o investimento em novas tecnologias. Grupos de Pesquisa: Construção

Avaliação Integrada Trabalha no desenvolvimento de uma ferramenta de simulação computacional chamada Biorre-

e nos três eixos de atuação da sustentabilidade (econômico, ambiental e social) a integração de novas tecnologias em toda a cadeia produtiva de cana-de-açúcar. dem contribuir para que empresas, governos e instituições de pesquisa e

Sustentabilidade da Produção de Biomassa e Bioenergia Avalia a sustentabilidade do atual processo produtivo, considerando as alterações em curso. Tal análise contempla também as inovações tecnológicas, principalmente as provenientes de contribuições do CTBE nas etapas agrícola e industrial, e a expansão do setor canavieiro. As atividades de pesquisa da equipe possuem uma abordagem integrada, que explora as sinergias

dessa estrutura molecular pode trazer grandes benefícios às pesquisas sobre etanol celulósico.

entre diferentes aspectos de sustentabilidade. Essa abordagem é baseada em um banco de dados georreferenciado que possibilita a integração de informações em áreas como avaliação das emissões de gases do efeito estufa (GEE); impactos da mudança no uso da terra e no estoque de carbono no solo, recursos hídricos, entre outros. Grupos de Pesquisa: Avaliação de Impactos Ambientais; Avaliação de Impactos Socioeconômicos; Geotecnologia Aplicada. Biologia Funcional, Biotecnologia e Biofísica Tem por objetivo desvendar os mecanismos de produção e crescimento da planta, assim como a sua

conversão em combustíveis líquidos, materiais, insumos químicos e outros bioprodutos de alto valor agregado. Para isso, utiliza pesquilogia de sistemas, computacional e sintética; engenharia genética e metabólica e ferramentas analíticas avançadas. Tais abordagens visam o desenvolvimento, aprimoramento e difusão de tecnologias aplicáveis à pesquisa acadêmica e ao mercado. Grupos de Pesquisa: Biotecnologia de Enzimas; Microbiologia e Engenharia Metabólica; Biologia Funcional e Molecular de Plantas; Biofísica e Métodos Analíticos para Biomassa e Derivados; Biologia de Sistemas, Computacional e Bioinformática.

O CTBE desenvolve pesquisa nas áreas agrícola, industrial, avaliação tecnológica, sustentabilidade e pesquisa básica do ciclo biomassa/ bioprodutos, seja de forma independente ou em parceria com as princiaps empresas e instituições de pesquisa do setor.

destaques de pesquisa Os estudos científicos e de desenvolvimento tecnológico realizados no CTBE visam gerar impactos significativos em diversas áreas ligadas à produção de biomassa e bioenergia, seja no campo, na indústria ou em assuntos ligados à sustentabilidade do ciclo produtivo. Nas próximas páginas serão apresentados alguns trabalhos de destaque do Laboratório no ano de 2013.

A descoberta de novas enzimas glicolíticas é de grande valia ao desenvolvimento de fontes de energias renováveis. A metagenômica constitui uma importante ferramenta para a descoberta de node interesse biotecnológico no genoma de microrganismos “não cultivados”. Através da triagem funcional de uma biblioteca metagenômica derivada do solo de

canavial, pesquisadores do CTBE isolaram duas novas enzimas, uma celulase (CelE1) e uma xilanase (SCXyl). A celulase CelE1 possui domínio conservado da família 5 de glicosil hidrolases e um domínio de ligação a carboidratos, que não apresentou identidade de sequência com domínios conservados conhecidos, o que sugere ser o membro de uma nova família de CBMs. A xilanase SCXyl (representante da família 10 de glicosil hidrolases), apresentou preferência em hidrolisar cadeias de xilana tencial para produzir xilo-oligossacarídeos, com potencial aplicação industrial a partir de biomassa lignocelulósica. Saiba Mais: ALVAREZ, T. M. et al. Development and Biotechnological Application of a Nofrom Sugarcane Soil Metagenome. PLoS ONE, v. 8, n. 7, 2013.

As principais operações de produção da cana-de-açúcar estão relacionadas ao plantio e à colheita e envolvem pesadas ações mecânicas de manuseio da biomassa, insumos e solo. O CTBE desenvolve um projeto que promove várias melhorias ao manejo agrícola da cana, dentre elas um novo processo de colheita que, em 2013, passou por testes de campo com dois protótipos acoplados a um trator. Tais equipamentos buscam diminuir as restrições severas que o processo atual de colheita impõe ao manejo agronômico da plantação, melhorando a produtividade e a sustentabilidade econômica e ambiental da produção canavieira. Também entrou em fase de testes a peça central do maquinário de mecanização de baixo impacto do CTBE, chamada Estrutura de Tráfego Controlado (ETC). Ela busca reduzir as restrições de espaçamento de plantio, a compactação do solo, o consumo de combustível, as perdas de biomassa e os níveis de impurezas na matéria-prima durante a colheita. Também diminuirá custos de investimento e manutenção através do aumento do número de linhas simultâneas de plantio e colheita nos novos equipamentos. Saiba Mais Projeto Funtec / BNDES: investimento de R$ 16 milhões ao longo de cinco anos, em parceria com a empresa Jacto Máquinas Agrícolas S.A. Quatro patentes já foram requeridas.

Pesquisadores do CTBE idenvedura no trato intestinal de larvas do besouro crisomelídeo. A Pseudozyma brasiliensis sp. nov é capaz de metabolizar açúcares de cinco carbonos e de secretar xilanase com atividade 20 vezes superior ao extrato enzimático de Aspergillus niger, fungo notoriamente reconhecido pela expressão desse tipo de enzima. Esta xilanase pode ser utilizada na decana-de-açúcar para a conversão de etanol celulósico, bem como na indústria de papel, alimentícia e de ração animal. Além disso, também tem potencial para ser utilizada na produção de xilooligossacarídeos, prebióticos que promovem diversos benefícios à saúde. Dado ao potencial biotecnológico desta levedura, seu genoma de 20 milhões de pares de bases foi sequenciado e recentemente publicado. Ainda em 2013 foram iniciadas outras análises, como RNAtantes no metabolismo de xilose e polissacarídeos dela derivados. Saiba Mais: me Sequence of Pseudozyma brasiliensis sp. nov. Strain GHG001, a High Producer of Pest of Sugarcane. Genome Announcements, v. 1, n. 6, 2013.

Pesquisadores do CTBE idenno bioma amazônico com alto potencial biotecnológico para a produção de etanol de 2a geração. Ele é proveniente do fungo Trichoderma harzianum. Técnicas avançadas de biologia molecular e engenharia bioquímica foram utilizadas para otimizar o processo de produção das enzimas prospectadas em um esforço conjunto com a Embrapa Instrumentação. O projeto recebeu investimentos de R$ 900 mil do CNPq e já resultou na publicação de uma patente e diversos artigos. de pesquisa montaram experimentos, em escala laboratorial e piloto, para avaliar um processo de fermentação do caldo de cana com alto teor alcoólico e diminuição de mais de 50% na quantidade de vinhaça gerada. Essa pesquisa, realizada em parceria com uma empresa do setor de energia, utilizou sensores desenvolvidos para monitorar o processo de fermentação em tempo real. A performance de leveduras foi avaliada, incluindo organismos

Saiba Mais: DELABONA, P. S. et al. Understanding the cellulolytic system of Trichoderma cation of pretreated sugarcane bagasse by supplementation with pectinase and -Larabinofuranosidase. Bioresource Technology, v. 131, p. 500–507, 2013

Emissões de Gases de

A colheita mecanizada tem substituído o corte manual com queima da cana-de-açúcar devido, entre outros fatores, às emissões de gases de efeito estufa (GEE) e material particulado que causam problemas ambientais e de saúde pública. Essa mudança no manejo disponibiliza de 10 a 20 toneladas de matéria seca por hectare colhido. Além de evitar as emissões pela queima da biomassa, a colheita mecanizada sem despalha a fogo tende a elevar o estoque de carbono do solo, representando um sumidouro anual de mais de uma tonelada de carbono por hectare na O CTBE tem avaliado os impactos desta mudança de manejo com enfocarbono no solo, por meio de experimentos de campo e ferramentas de sensoriamento remoto, modelagem ambiental e avaliação do ciclo de vida. Um trabalho nessa área foi reconhecido com o prêmio Top Etanol 2013. Os impactos do aproveitamento da palha cogeração de energia e a produção de etanol lignocelulósico (2G). Saiba Mais: GALDOS, M. et al. Trends in global warming and human health impacts related to Brazilian sugarcane ethanol production considering black carbon emissions. Applied Energy, v. 104, p. 576–582, 2013.

O CTBE aprofundou, em 2013, menta avalia do ponto de vista econômico, social e ambiental di-

CanaSoft

Modelo de Distribuição e Uso

Engenharia Econômica

Avaliação Econômica

Matriz SimaPro® Insumo-Produto

Avaliação Social

Avaliação Ambiental

Dentre os principais aprimoramentos, foram avaliados os módulos de recuperação e transporte da palha. Uma publicação do grupo analisou diversos cenários, considerando a integração das fases agrícola e industrial. Foram indicadas as melhores tecnologias de acordo com critérios técnicos e impactos econômicos, elaborando o inventário de ciclo de vida para avaliação ambiental. Além disso, avaliações de rotas tecnológicas alternativas (integração da rota bioquímica de produção de etanol lignocelulósico à usina de 1ª geração, alcoolquímica para produção de butanol, termoquímica para biocombustíveis, entre outras) foi desenvolvida e implementada a variáveis agronômicas e industriais mais relevantes, com o objetivo de otimizar processos integrados. Trabalhos futuros: integração do uso dos produtos e avaliação social dos impactos. Saiba Mais nomic assessment of trash recovery in the sugarcane bioenergy production system. Scientia Agricola, v. 70, n. 5, p. 353-360, 2013.

Pesquisadores, atualmente do CTBE e do Laboratório Nacional de Biociências (LNBio), participaram do desenvolvimento de um protocolo de FAIRE-Seq (FormaldehyElements, na sigla em inglês) aplicado à alga unicelular Clamydomonas e à planta vascular Arabidopsis. Tal metodologia, utilizada em car regiões no DNA importantes à regulação dos níveis de expressão (transcrição) de genes dos organismos. A regulação de transcrição é importante ao controle e manipulação de características genéticas de vegetais de interesse ao CTBE, como acúmulo de massa e açúcar, crescimento etc. O protocolo desenvolvido foi pu-

do Laboratório desenvolveram uma plataforma computacional para análises desse tipo de dados, facilitando o tratamento de informações por biólogos sem treinamento em programação. Em 2014, a técnica será adaptada para a cana-de-açúcar, feito complexo visto que essa planta não possui o genoma sequenciado. Saiba Mais

reconstruction of gene regulatory networks of the green alga Chlamydomonas reinhardtii under carbon deprivation. PloS one, v. 8, n. 11, e79909, 2013.

publicações selecionadas qualidade é um dos indicadores de sucesso das atividades de pesquisa e desenvolvimento tecnolósionais do Laboratório publicaram 71 artigos em periódicos indexados, o que corresponde a 50% do total de publicações do CNPEM publicações de destaque: • SEABRA, J. E. A.; NOGUEIRA, L. A. H.; BONOMI, A. Trends in global warming and human health impacts related to Brazilian sugarcane ethanol production considering black carbon emissions. Applied Energy, v. 104, p. 576–582, 2013. • DELABONA, P. S.; COTA, J.; HOFFMAM, Z. B.; PAIXÃO, D. A. A.; FARINAS, C. S.; CAIRO, J. P. L. F.; LIMA, D. J. S.; SQUINA, F. M.; RULLER, R.; PRADELLA, J. G. C. Understanding the cellulolytic system of Trichoderma harzianum P49P11 and ated sugarcane bagasse by supple-

mentation with pectinase and -Larabinofuranosidase. Bioresource Technology, v. 131, p. 500–507, 2013. • FRANCO, H. C. J.; PIMENTA, GALHÃES, P. S. G.; ROSSELL, C. E. sment of sugarcane trash for agronomic and energy purposes in Brazil. Scientia Agricola, v. 70, n. 5, 2013. • I. O.; SOUTO-MAIOR, A. M.; MARTIN, J. M. Industrial-scale steam explosion pretreatment of sugarcane straw for enzymatic hydrolysis of cellulose for production of second generation ethanol and value-added products. Bioresource Technology, v. 130, p. 168–173, 2013. • DIAS, M. O. S.; JUNQUEIRA, L. G.; CUNHA, M. P.; JESUS, C. D. F.; MACIEL FILHO, R.; BONOMI, A. Bioand second generation ethanol and

electricity from sugarcane. Applied Energy, v. 109, p. 72–78, 2013. • MARIANO, A. P.; DIAS, M. O. S.; JUNQUEIRA, T. L.; CUNHA, M. P.; BONOMI, A.; FILHO, R. M. Butachnical aspects and economics of Bioresource Technology, v. 135, p. 316–323, 2013.

of biogas vs. butanol production. Bioresource Technology, v. 142, p. 390–399, 2013. • MEIER, C.; ROCHA; G. J. M. 3D imaging of sugarcane bagasse using X-ray microtomography. Industrial Crops and Products, v. 49, p. 790– 793, 2013. • DOS REIS, L.; FONTANA, R.

• DAMÁSIO, A. R. L.; BRAGA, C. M. P.; BRENELLI, L. B.; CITADINI, A. P.; MANDELLI, F.; COTA, J.; ALMEIXAO, D. A. A.; SEGATO, F.; MERCAM.; DOS SANTOS, W. D.; SQUINA, F. M. Biomass-to-bio-products application of feruloyl esterase from Aspergillus clavatus. Applied Microbiology and Biotechnology, v. 97, n. 15, p. 6759–6767, 2013. • MARIANO, A. P.; DIAS, M. O. S.; JUNQUEIRA, T. L.; CUNHA, M. P.; BONOMI, A.; MACIEL FILHO, R. Utilization of pentoses from sugarcane biomass: techno-economics

LIMA, D. J.; CAMASSOLA, M.; PRADELLA, J. G. DA C.; DILLON, A. J. P. Increased production of cellulases and xylanases by Penicillium echinulatum S1M29 in batch and fed-batch culture. Bioresource Technology, v. 146, p. 597–603, 2013. • RUIZ, D. M.; CAIRO, J. P. L. F.; PEREIRA, I. O.; PAIXÃO, D. A. A.; DE ALMEIDA, R. F.; TONOLI, C. C. C.; RULLER, R. SANTOS, C. R.; SQUIre and function of a novel cellulase 5 from sugarcane soil metagenome. PloS One, v. 8, n. 12, 2013.

líquida de alta percação de açúcares, álcoois e ácidos volvida na Central Analítica para Biomassa e Derivados do CTBE.

O CTBE encerrou 2013 com 215 colaboradores, entre contratados e estagiários. Destes, 17 são pesquisadores e 73 são bolsistas (de ção). Outros 11 consultores, com larga experiência em suas áreas de atuação, trabalham em renomadas instituições de P&D do Brasil e passam um dia por semana desenvolvendo pesquisas no CTBE.

Pesquisadores Especialistas

17 25

Suporte à Pesquisa Gestão e Administrativo Estagiários Bolsistas Pós-doutorado Bolsistas Doutorado Bolsistas Mestrado

66 6 17 18 13 31

Carlos Alberto Labate

• Oscar Antonio Braunbeck: Produção de Biomassa Processamento de Biomassa • Antonio Maria Francisco Luiz Jose Bonomi: Avaliação Intetentabilidade da Produção de Biomassa e de Bioenergia • Carlos Alberto Labate: Biologia Funcional, Biotecnologia e Biofísica

nal e o trabalho desenvolvido por alguns dos principais pesquisadores do CTBE:

http://lattes.cnpq.br/4022004227543012

Farmacêutico formado pela Universidade de São Paulo (USP), com doutorado em biologia molecular pela USP de Ribeirão Preto. Realizou dois pós-doutorados em lamentosos, sendo um deles no Department of Microbiology and Molecular Genetics da Oklahoma State University (EUA). Suas pesquisas combinam biologia molecular, bioquímica, ciências “ômicas” e triagens biológicas em larga escala. Esses estudos tem como objetivo o desenvolvimento de enzimas e rotas biotecnológicas para a conversão de biomassa vegetal em bioprodutos.

produção de bioetanol.

http://lattes.cnpq.br/7632245413046227

http://lattes.cnpq.br/6593701162330727

Possui graduação em Engenharia Agronômica pela UNESP/Jaboticabal. É doutor em solos e nutrição de plantas pela ESALQ/USP, com pós-doutorado em uso de fertilizantes enriquecidos em 15N, 34S e 10B na avaliação de formas de manejo de nutrientes em cana. Foi pesquisador visitante na Universidade de Queensland (Austrália). Trabalha no CTBE desde 2010 em pesquisas sobre manejo agronômico de fertilizantes, corretivos e resíduos industriais na nutrição da cana, desenvolvimento de fertilizantes especiais e agricultura de precisão.

É bacharel em Química pela Universidade Federal de Uberlândia com mestrado e doutorado em Físico-Química pela Universidade de São Paulo (USP). Realizou doutorado sanduíche no Institut National Polytechnique de Grenoble (França) e pós-doutorado na Universidad de Girona (Espanha). É pesquisadora no CTBE desde 2009 onde atua nas área de caracterização e processamento da biomassa e seus derivados para a produção de etanol celulósico, intermediários químicos e outros produtos.

Formada em química, trabalha com pré-tratamento e caracterização química da biomassa. Sua tese de doutorado foi vencedora do Grande Prêmio Capes de Teses.

http://lattes.cnpq.br/4803642830639806

Possui graduação em national Agricultural Development pela Midamerica Nazarene University (EUA) e doutorado em Agronomia pela Universidade de São Paulo (USP). Desenvolveu pós-doutorado no CENA/USP sobre Avaliação do Atualmente, pesquisa sobre dinâmica do carbono do solo e da biomassa e gases de efeito estufa na produção de biocombustíveis, utilizando medições, geoprocessamento e modelagem ambiental. Seus principais temas de pesquisa são a mudança no uso da terra e práticas sustentáveis de manejo agrícola.

http://lattes.cnpq.br/9184386547741809

Graduada em Química pela

em Engenharia Química pela Unicamp (com sanduíche no National de la Recherche Agronomique - França). Desenvolveu o pós-doutorado na Lunds Universitet (Suécia). Possui mais de 12 anos de experiência em processamento de biomassas. No CTBE, atua na área de pré-tratamento e caracterização físico-química. O seu trabalho de doutorado venceu o Grande Prêmio Capes de Tese nas áreas de Ciências Exatas e da Terra.

Físico, especialista em nanoestrutura da biomassa lignocelulósica e métodos de caracterização relacionados à variabilidade nanoestrutural.

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http://lattes.cnpq.br/7508977425092742

Possui graduação em Engenharia de Alimentos pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) e Doutorado na mesma área pela Unicamp (sanduíche na Parthenope University of Naples, Itália). Concluiu o pós-doutorado em desenvolvimento rural e urbano pela Swedish University of Agricultural Sciences (Suécia). No CTBE, atua nas áreas de avaliação de impactos ambientais e análise de ciclo gra a equipe que desenvolve a Bior-

É físico, com graduado e doutorado na área pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), com doutorado sanduíche na Universidade do Texas (EUA). O pós-doutorado foi realizado no Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (USP). Possui experiência em Física da Matéria Condensada, principalmente com superfícies, interfaces, físico-química da água

tegração de novas tecnologias na cadeia produtiva de cana.

CTBE desde 2009, onde desenvolve métodos analíticos e investiga a nanoestrutura da biomassa lignocelulósica.

Unidade de Tratamento FĂsico da Biomassa presente na Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP).

inovação A área de Gestão de Negócios do CTBE atua no desenvolvimento de parcerias com instituições de pesquisa, indústrias e mercado de capitais nas áreas de bioenergia e materiais renováveis, com o intuito de criar condições favoráveis à transferência de tecnologia, disseminação e acesso ao conhecimento produzido pelo CTBE. Ao longo de 2013, 13 acordos de cooperação foram firmados com diversas instituições, enquanto outros alcançaram o estágio adiantado de negociação. Principais parcerias do Laboratório em 2013 (incluindo acordos de não divulgação e memorandos de entendimentos): • • • • • • • • • •

Rhodia Dow / DSM BP GE NexSteppe Jacto Máquinas Agrícolas Embrapa ICONE Unicamp IQSC/USP e IPGC

• • • • •

Eli Lilly / Elanco / FINEP Dow Odebrecht Agroindustrial Universidade de Nottingham Bunge

Parcerias Firmadas: Destaques Rhodia: Obtenção de intermediários químicos a partir de macromoléculas do bagaço de cana. O (FUNTEC – R$ 7,7 milhões) e está em seu terceiro ano de desenvolvimento. Um segundo trabalho escalonou um processo biotecnológico na Planta Piloto. O investimento na iniciativa foi cerca de R$ 3 milhões, em nove meses. Dow: Produção de blocos químicos a partir da cana-de-açúcar. Projeto de dois anos e meio de duração e orçamento de R$ 2,8 milhões (PAISS - BNDES/FINEP). Eli Lilly (Elanco): Conversão de biomassa em etanol. O acordo com vigência de até 36 meses e investimento de R$ 8,7 milhões da -

ceira minima da Eli Lilly de R$ 9,5 milhões. BP: Processo de fermentação com obtenção de vinhos com alto nanciados 50% pela BP e 50% pelo CTBE. O projeto originou uma patente. Um segundo projeto chamado “Assessing Water Resources in Data Limited Regions and Changing Land Use” está em desenvolvimento no CTBE, com duração prevista de um ano e meio e orçamento de R$ 187 mil. Jacto Máquinas Agrícolas: Mecanização de baixo impacto para a produção de cana-de-açúcar. Um investimento de R$ 16 milhões feito pelo BNDES/FUNTEC

entre 2011 e 2015 em atividades que abrangem o desenvolvimento da Máquina Base da Estrutura de Tráfego Controlado (ETC) e suas frentes de colheita, avaliação agronômica do processo de plantio de precisão de cana, entre outras. GE: Avaliação de tecnologia de produção de etanol com redução no volume de vinhaça. Projeto realizado em 90 dias, com um investimento da GE de R$ 205 mil. Odebrecht Agroindustrial: Avaliação técnica, econômica e ambiental de um processo de produção de etanol de 2a geração. Unicamp / SAT / Fitroleum: Avaliação de rotas existentes para combustíveis de aviação.

Patentes nais do CTBE depositaram nove patentes no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). Elas estão relacionadas abaixo: • BR102013005854-8: Dispositivo Transportador-Separador Dinamométrico Acoplável a uma Colhedora de Cana-de-açúcar e Processo de Transferência de Rebolos e Palha da Colhedora para • BR102013003026-0: Módulo para Dosagem de Cana Semente para o Plantio de Cana-de-açúcar em Processo de Plantio de Precisão. • BR102013006270-7: Dispositivo de Placas Paralelas para Alinhamento de Particulados Fibrosos de Cana-de-açúcar. • BR102013006864-0: Sistema e Processo para Monitoramento de Processos de Fermentação. • BR102013019462-0: Proces-

so para a Produção de Composto Ácido Carboxílico Furânico DeriComposto. • BR102013018051-3: Enzima Bifuncional Utilizada na Degradação de Biomassa para Produção de Xilose em uma Única Operação. • BR102013019252-0: Processo de Produção de Suporte Inerte a Partir de Material Lignocelulósico, Imobilização de Microrganismos em Dito Suporte em um Biorreator de Leito Empacotado e Seus Usos. • BR102013029947-2: Coquetel Enzimático de Trichoderma harzianum Suplementado com Enzimas Acessórias, Processo de Obtenção e seu Uso. • BR102013028068-2: Composição de Meio de Cultura, Processo de Obtenção de um Coquetel Enzimático para Hidrólise de Polissacarídeos e Seus Usos.

Workshop promovido pelo CTBE em dezembro de 2013 reuniu representantes de instituiĂ§Ăľes de pesquisa, empresas e governos do Brasil e da Dinamarca para explorar possibilidades de desenvolvimentos conjuntos de tecnologias que explorem o conceito de

eventos e programas para estudantes O CTBE promove ações de treinamento, educação e extensão. Workshops internacionais e outros eventos são organizados periodicamente com o intuito de compartilhar resultados de pesquisa e aproximar pesquisadores em prol do desenvolvimento da bioenergia no Brasil e no exterior. Em 2013, foram realizados 34 eventos no CTBE, dentre eles: Workshops Internacionais em 2013 • Workshop on Second Generation Bioethanol 2013: Enzymatic Hydrolysis 11 e 12 de novembro Esta foi a quarta edição do evento que ocorre anualmente desde 2010. As temáticas discutidas focaram: processos de hidrólise realizados por fungos, relações entre estrutura e função de enzimas, bioprocessos, metagenômica aplicada a biocombustíveis, produção de proteínas e transdução de sinal em fungos hidrólise enzimática entre outros.

Cerca de 100 participantes presenciaram o workshop. • II Workshop on Sugarcane Physiology for Agronomic Applications 29 e 30 de outubro Reuniu pesquisadores renomados do Brasil e do exterior para discutir a cana-de-açúcar em seus ológico. Cerca de 110 pessoas compareceram ao evento, 35% a mais que na primeira edição, em 2012. • First Brazilian-Danish 2 e 3 de dezembro Explorou possibilidades de pesquisa e desenvolvimento conjuntos (Brasil/Dinamarca) na área de novas tecnologias que promovam o conbase biológica. O workshop também comemorou o lançamento do novo programa de Pós-graduação em Bioenergia, uma colaboração entre USP, Unicamp e Unesp. Cursos • Minicurso Princípios e Aplicações de Biologia de

Auditório do CTBE em apresentação de palestrante durante a quarta edição do Workshop on Second Generation Bioethanol: Enzymatic Hydrolysis.

Sistemas em Fisiologia Vegetal Fevereiro e novembro Direcionado a pós-graduandos, teve por objetivo disseminar abordagens usadas em estudos de biologia de sistemas. Duas edições foram realizadas em 2013, em parceria com os programas de pósem Genética e Biologia Molecular da Unicamp. Teve a participação de 30 estudantes. • Minicurso de Termoporometria Aplicada a Lignoceluloses 25 de julho Contou com 19 participantes que aprenderam sobre a técnica desenvolvida no CTBE para me-

dir a porosidade nanométrica de amostras saturadas de água. Em biomassas lignocelulósicas, essa porosidade é um fator determinante de reatividade e de digestibilidade enzimática. O objetivo do curso foi disseminar tal técnica entre grupos de pesquisa brasileiros. • Curso de Capacitação em Transferência de Oxigênio Dividido entre módulos teórico e prático, foi ministrado aos de pós-graduação da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp. Duração: 20h. Programas para Estudantes tágios (PUE): Podem participar

Candidatos aprovados para o programa Bolsas de Verão, no qual alunos de graduação de toda a América Latina vêm ao CNPEM desenvolver projetos de pesquisa durante os meses de janeiro e fevereiro de cada ano.

estudantes de ensino médio e universitário de diversas áreas, principalmente Física, Química, Biologia, Engenharias, Agronomia etc. A chamada para inscrições ocorre uma vez ao ano, geralmente em agosto. Em média, são abertas 60 vagas por chamada. Mais informações: www.cnpem.br/pue Programa Bolsas de Verão: Destina-se a estudantes universitários da América Latina e Caribe que já tenham completado pelo menos quatro semestres de curso. As inscrições são abertas geralmente em julho e o programa é realizado durante janeiro e fevereiro, período no qual os selecionados

desenvolvem um projeto de pesquisa. Em média são abertas 20 vagas por chamada. Mais informações: www.cnpem.br/bolsasdeverao Programa

Institucional

(PIBIC): Projetos são desenvolvidos mediante Bolsas do Conselho Nacional de Desenvolvimento A chamada para inscrições ocorre uma vez ao ano, com uma média de 20 vagas por chamada. O PIBIC têm período de vigência de doze meses, iniciando-se em agosto de cada ano. Mais informações: www.cnpem.br/pibic

2013 em duas páginas Um processo biotecnológico foi validado em escala semiindustrial, fazendo com que biorreatores e utilidades da Planta Piloto funcionassem 24 horas por dia, 7 dias por semana durante sete meses, atestando o seu adequado comissionamento.

Uma nova espécie de levedura com alto potencial biotecnológico intestinal de larvas do besouro crisomelídeo. A Pseudozyma brasiliensis sp. nov. é capaz de metabolizar açúcares de cinco carbonos e de secretar xilanase.

Metabolômica e de Biologia Computacional e Evolutiva se estruturou a Central Analítica para Biomassa e Derivados que estabelece plataformas para lipídeos em amostras biológicas complexas.

testes de movimentação em pátio e a implantação da automação de controles da máquina base da Estrutura de Tráfego Controlado (ETC). Suas frentes de colheita também foram aperfeiçoadas em experimentos nos canaviais.

Em dezembro, o Laboratório abriu suas duas primeiras instalações de C&T à submissão eletrônica de propostas de pesquisa externas, via Portal de Usuários do CNPEM. São elas: Labs de Desenvolvimento de Processos (LDP) e Planta Piloto.

O CTBE se tornou um parceiro do Programa CANASAT, originário do

do Laboratório alimentarão a ferramenta com dados diversos ligados a emissões de GEE, impactos sociais e econômicos da cultura da cana.

Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) Edição: Luiz Paulo Juttel / ACO William Barbosa / ACO Giancarlo Giannelli, Guilherme Borini, Gustavo Tilio, Luiz Paulo Juttel e Pablo Levinsky