NOVAS JANELAS DE OPORTUNIDADE

NOVAS JANELAS DE OPORTUNIDADE: A CAPACITAÇÃO E OS DESAFIOS
BRASILEIROS NA PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DA CELULOSE
Ednilson Silva Felipe
Universidade Federal do Espírito Santo
[email protected]
Arlindo Villaschi Filho
Universidade Federal do Espírito Santo
[email protected]
RESUMO
Nas últimas décadas tem havido maior disposição na busca de alternativas para mudanças do perfil
energético mundial, na direção de diminuir a dependência de fontes fósseis. Essas alternativas
ganharam força com os biocombustíveis de primeira geração, que já possuem tecnologias maduras.
O objetivo desse artigo, entretanto, é discutir outras possibilidades tecnológicas: a geração de
biocombustíveis de segunda geração, o bioetanol. O bioetanol pode ser produzido a partir de
subprodutos de outros processos industriais. No caso do eucalipto, do aproveitamento de cavacos de
madeira. No caso da cana de açúcar, do bagaço até recentemente considerado de nenhum valor
econômico. A viabilidade do etanol celulósico ainda depende tanto de uma institucionalidade
incentivadora quanto de acumulação de aprendizados que culminem em novos saltos tecnológicos. A
problematização do uso de catalisadores biológicos ou sintéticos, como aqui colocado, é uma
ilustração de como ainda há espaços para se aprender nessa área.
Palavras-chave: bioetanol, hidrólise ácida e enzimática, tecnologia
Classificação JEL: O31, O33, Q16
INTRODUÇÃO
As discussões em torno dos problemas relativos ao desenvolvimento econômico
mundial têm levantado, em toda a comunidade internacional, a crescentes
preocupações quanto balanceamento energético de longo prazo, em face da
crescente demanda e da limitada capacidade de oferta de energia (em suas diversas
formas), dadas as disponibilidades conhecidas. Além disso, cada vez mais, passa-se
a considerar os impactos ambientais, econômicos e sociais das escolhas
energéticas.
Particular interesse vem do fato de que a matriz energética mundial indica que todos
os países, em maior ou menor grau, são muito dependentes de fontes compostas
por combustíveis fósseis, intensivas em carbono. Estas, historicamente, despertaram
outros tipos de problemas econômicos, ligados à dependência comercial, aos
conflitos geopolíticos e, mais recentemente, aos problemas ligados ao meio
ambiente e ao aquecimento global.
No caso da energia renovável, embora não seja uma opção historicamente nova,
jamais chegou a compor o elemento fundamental e prioritário na geração de energia
para as atividades antrópicas. Ao longo das últimas décadas, entretanto, face aos
problemas ambientais, geopolíticos, econômicos e tecnológicos envolvidos na
exploração, produção e uso do petróleo e de derivados, tem havido maior disposição
na busca de alternativas e para mudanças do perfil energético mundial, na direção
de menos carbono.
Em termos de combustíveis, essas alternativas ganharam força principalmente via
etanol, seja usando a cana-de-açúcar – no caso brasileiro – ou o milho – no caso
dos Estados Unidos. Esses, chamados biocombustíveis de primeira geração, já
possuem tecnologias maduras e o nível de conhecimento referente aos processos
envolvidos pode ser caracterizado como elevado. Existem, alternativamente, outras
fontes de matérias-prima para tais combustíveis, porém, com conhecimento ainda
pouco sistematizado e os processos produtivos ainda em fase de novas
descobertas.
O objetivo desse artigo é discutir outras possibilidades tecnológicas para a geração
de etanol, mas de segunda geração – chamado bioetanol. Esses, ao contrário dos
primeiros, derivam de matérias primas cujas fontes/plantações não competem com
aquelas voltadas para produção de alimentos. Mais especificamente, o artigo trata
da viabilidade econômica, da possibilidade institucional e da disponibilidade
tecnológica voltada para a geração de bioetanol a partir da celulose. Nesse sentido,
levanta alguns pontos do debate que tem surgido em relação aos biocombustíveis: i)
as políticas de apoio à produção; ii) o desenvolvimento tecnológico internacional; iii)
os desafios envolvidos nas diferentes trajetórias tecnológicas que se formam.
O artigo está dividido em três partes, além dessa introdução. O primeiro discute
elementos teóricos, de cunho neoschumpeteriano, voltados para as trajetórias
tecnológicas e seus desdobramentos. O segundo apresenta emergência da
tecnologia voltada para a produção de bioetanol, tendo como pano de fundo as
questões econômicas, institucionais e tecnológicas como propulsoras ou inibidoras
de tais possibilidades. O terceiro item apresenta as medidas recentes de incentivo à
produção do etanol celulósico, ou bioetanol. O último traz alguns apontamentos a
título de considerações finais.
1. COMPLEXIDADE E EVOLUÇÃO: O PENSAMENTO NEOSCHUMPETERIANO
SOBRE TRAJETÓRIAS TECNOLÓGICAS
As proposições de cunho neoschumpeteriano estão fundamentadas na visão de que
o sistema econômico evolui por processos e fenômenos sujeitos à complexidade e
que tal evolução não pode ser devidamente tratada por modelos convencionais que
assumem a linearidade (ciência→tecnologia→Inovação) e o equilíbrio como
características fundamentais da economia. Pelo contrário, assume-se:

Uma visão evolucionária do processo econômico que implica em
diversidades
de
trajetórias/decisões,
mas
que
são
fortemente
condicionadas pela path dependence;

A defesa explícita da irreversibilidade da mudança tecnológica e
econômica;

Uma perspectiva que privilegia a emergência espontânea de novas
estruturas no sistema econômico, por meio de processos autoorganizativos, mas não na direção do equilíbrio estático.
Tais elementos, longe de ser arbitrários, são indicativos de que a essência dos
processos econômicos envolve um tipo de dinâmica que não pode ser entendida de
outra forma.
Dentro dessa perspectiva evolucionária, a argumentação é de que a mudança
tecnológica não ocorre ao acaso e nem é exogenamente determinada, mas segue
certos padrões evolutivos que condicionam (limitando ou ampliando) as diversas
trajetórias tecnológicas possíveis, influenciando a sua economicidade e difusão.
Por outro lado, tais trajetórias emergem como fruto de decisões alternativas e
diversificadas dos agentes econômicos, caracterizados por uma racionalidade
limitada. Essas trajetórias tecnológicas formam um conjunto de características
evolucionárias e cumulativas que condicionam o desenvolvimento, as mudanças e
as experimentações tecnológicas à frente. Esses elementos se difundem por todo o
sistema econômico quando são utilizadas na produção de bens e em serviços. De
forma geral, pode-se afirmar que as trajetórias tecnológicas delimitam e definem
tecnicamente os diversos programas a elas ligados e influenciam significativamente
o ambiente de seleção que direciona as respostas do paradigma tecnológico
estabelecido (DOSI, 1988).
Tendo-se por base o pensamento de Dosi (1982), a idéia é que a evolução
tecnológica vai se formando através da emergência de um conjunto de
conhecimentos teóricos e empíricos, de novos métodos e procedimentos e ainda da
acumulação de experiências (tanto de sucesso quanto de falhas) que acabam por se
incorporar nos padrões de comportamento e de busca por soluções para
determinados problemas técnicos. É daí que emerge formalmente o conceito de
paradigmas tecnológicos, que acaba por estabelecer os limites por onde as
trajetórias tecnológicas podem caminhar. Ainda segundo Dosi (1988), o paradigma
tecnológico trata desse conjunto de possibilidades, cujas fronteiras são delimitadas
pela natureza do próprio paradigma em questão.
Mas essas trajetórias não são nem previsíveis ex ante e nem lineares, o que quer
dizer que a evolução tecnológica não pode ser pensada como apenas emergência
de padrões para reforçar o estabelecimento das trajetórias ou do paradigma
dominante. Pelo contrário, em certos casos, a evolução tecnológica pode estar
exatamente ligada à superação de determinada trajetória ou paradigma. Assim, é
preciso pensar esse processo como mais complexo e multifacetado do que suporia
uma visão simplista. Firma-se na existência de um inter-relacionamento dinâmico
entre a trajetória dominante (que reforça as características do paradigma) e aquelas
que surgem espontaneamente e que poderão (ou não) romper com a trajetória
dominante. Essas duas formas de busca tecnológica podem coexistir em
determinado paradigma tecnológico (DOSI, 1988).
No caso das trajetórias alternativas à dominante, é crítica a necessidade de
acumulação do aprendizado; é importante entender a rigidez da ‘path dependence’ e
é fundamental a disponibilidade de recursos (financeiros, políticos, econômicos e
institucionais) direcionados para essas novas possibilidades. Tais elementos
ganham contornos ainda mais complexos, já que para o caso das trajetórias
alternativas, no início da seqüência dinâmica do processo de evolução tecnológica,
nem a difusão e nem os mecanismos de mercado estão funcionando a seu favor e
na direção dessas novas possibilidades. Os mecanismos de mercado, os ganhos de
produtividade advindos da aprendizagem derivada do uso contínuo de certa
tecnologia (learning by doing) e as condições de apropriabilidade tentem a reforçar o
uso da trajetória dominante, sendo crítico os períodos iniciais para o que é
alternativo.
Ainda que seja assim, assumir a irreversibilidade da mudança tecnológica e ainda da
introdução do que é novo significa defender que alguns resultados espontâneos
ficam enraizados na estrutura do sistema econômico, que não pode voltar ao ponto
inicial: não há como conceber evolução sem irreversibilidade. Ou seja, a geração de
novos conhecimentos e o desenvolvimento de novas possibilidades tecnológicas
destroem a situação anterior, impedindo o sistema de se reacomodar nas condições
iniciais. Dentro dessa perspectiva, uma nova combinação de conhecimentos préexistentes e o surgimento de determinados novos produtos tecnológicos provocam
alterações no ambiente, nas formas de competição e nos mecanismos de seleção
sem possibilidade de se retornar às condições anteriores.
Vale dizer que esses novos produtos tecnológicos não necessariamente são
dotados de rivalidade absoluta com a trajetória dominante. Pelo contrário, esse
conteúdo de não-rivalidade sugere a possibilidade, pelo menos por um período de
tempo, em que as trajetórias se mantêm paralelas, com uso combinado,
concomitante e viável de produtos/processos complementares. Esse parece ser o
caso mais observado na chamada ‘economia da energia’ em que vários diferentes
produtos são testados e coexistem paralelamente no mercado. Um deles passa a
ser discutido abaixo.
2. EMERGÊNCIA DE NOVAS TECNOLOGIAS E INOVAÇÕES: A PRODUÇÃO DE
ETANOL A PARITIR DA CELULOSE
A produção de bioetanol passa pelo aproveitamento energético da celulose. Esta
pode ser encontrada no bagaço de cana ou em compostos de madeira, por exemplo,
como o eucalipto. Quanto a esse último, no processo de extração da madeira para a
indústria de pasta de celulose1, as cascas das árvores permanecem no solo das
plantações. A quantidade de resíduos que permanece nessas áreas soma
aproximadamente 20 toneladas por hectare. Estima-se que no Brasil esses resíduos
somem 2,8 a 5,7 milhões de toneladas por ano (BRAGATTO, 2010). Estes resíduos
são historicamente tidos como de pouco valor econômico. Atualmente, entretanto,
em todo o mundo, tem sido crescente o interesse no seu aproveitamento econômico.
O aproveitamento desses resíduos florestais e de outros subprodutos compostos por
celulose em processos para a produção de produtos de maior valor agregado tem
sido possível pelo desenvolvimento tecnológico ligado à biotecnologia e bioenergia,
principalmente por serem materiais sobre os quais podem ser aplicadas as técnicas
de bioconversão, direcionada fundamentalmente para a produção de bioetanol e
polímeros (RAMANUJAN, 2007).
Essas possibilidades já foram apontadas no estudo de Linde et al (1991), mas só
recentemente ganharam forças, principalmente por conta de fatores ambientais e
econômicos que apontam para restrições futuras ao uso do petróleo e seus
derivados como principal fonte energética do planeta. Esses autores já apontavam,
décadas atrás, a possibilidade de geração de energia e biocombustíveis a partir de
materiais lignocelulósicos - resíduos de madeira, por exemplo – através da aplicação
de bioconversão enzimática ou termodinâmica.
Diferentemente do etanol (a partir da cana-de-açúcar no Brasil e do milho, nos
Estados Unidos, por exemplo), o bioetanol, como é conhecido, é produzido pela
manipulação química ou biológica sobre materiais da biomassa celulósica,
precisamente, lignocelulósica. A produção de bioetanol a partir de materiais
1
O consumo de madeira para a produção de celulose e papel no Brasil, em 2008 foi de 28,5 milhões
de toneladas (Bragatto, 2010)
celulósicos tem sido chamada de “etanol de segunda geração” por se tratar de
biocombustíveis cujas matérias-primas não disputam espaços com a plantação de
alimentos. De acordo com Bomtempo (2011),

Os biocombustíveis de 1ª geração competem com alimentos diretamente ao
utilizarem matérias primas nobres e de uso alimentar;

Os biocombustíveis de 1ª geração competem com alimentos, mesmo se não
deslocam alimentos para uso energético, ao ocuparem terras férteis e
deslocarem a produção de alimentos;

Os biocombustíveis de 1ª geração, exceto o etanol de cana de açúcar, não são
sustentáveis do ponto de vista ambiental;

Os biocombustíveis de 1ª geração não têm condição, pelo nível de produtividade
atual, de serem produzidos nos volumes previstos para atender os programas
de utilização de energia renovável;

Os biocombustíveis de 1ª geração utilizam matérias primas com problemas de
qualidade, disponibilidade e preços que comprometem a viabilidade econômica
da indústria;

Os biocombustíveis de 1ª geração (etanol) não são substitutos ideais dos
derivados de petróleo em termos energéticos e ainda exigem a construção de
infraestrutura de transporte, distribuição e a adaptação dos motores.
Os biocombustíveis de segunda geração, então, começam a despontar como uma
alternativa tecnológica em relação a estes acima citados. O processamento do
bioetanol a partir da celulose é, por um lado, um dos mais promissores fatores de
mudanças paradigmáticas na geração de combustíveis alternativos e, por outro lado,
uns dos seus maiores desafios.
Os principais desafios a serem superados estão ligados ao desenvolvimento de
plataformas termoquímicas e de tecnologias químicas e biológicas avançadas, já
que a bioconversão (termoquímica ou enzimática) destes materiais poliméricos
requer um processo que compreende duas etapas: hidrólise, ácida ou enzimática,
dos polímeros de açúcares em monossacarídeos, seguido de bioconversão para o
etanol (RAMANUJAN, 2007).
A possibilidade de viabilidade econômica desses processos abre espaços para a
geração de bioetanol através do eucalipto, por exemplo. Em primeiro lugar porque
em termos de geração de biomassa, enquanto a cana-de-açúcar produz em torno de
10,6 toneladas de bagaço por hectare em um ano, o eucalipto chega a gerar de 23 a
25 toneladas de biomassa por hectare/ano. Em segundo lugar, porque o eucalipto
possui mais polímeros de celulose do que o bagaço de cana-de-açúcar, o que
significa mais açúcares fermentáveis, aumentando seu potencial em termos de
geração de energia e de biotenaol (RAMANUJAN, 2007).
2.1 - UMA BREVE DESCRIÇÃO DO PROCESSO E AS PRINCIPAIS DEFINIÇÕES
A produção de bioetanol com base nessas fontes celulósicas é promissora, mas
exigirá o domínio de tecnologias a respeito das quais os processos de aprendizado
ainda estão numa fase inicial, diferentemente e comparativamente àquelas voltadas
à geração do etanol a partir da cana-de-açúcar (no Brasil) ou do milho (Estados
Unidos). Ou seja, as pesquisas se desenvolvem ainda com um amplo leque de
variedades (experimentos e trajetórias tecnológicas), sem que tenha se formado
uma determinada trajetória mais bem definida e dominante, exatamente fruto da não
manipulação total desses processos, que são considerados ainda caros e
complexos.
Essas diferentes tecnologias alternativas estão ligadas, principalmente, às
possibilidades de domínio dos processos de hidrólise ácida (processo químico) ou
enzimática (processo biotecnológico). Esses processos são necessários para se
chegar aos açúcares e, posteriormente, através da fermentação/bioconversão,
chegar ao bioetanol.
Segundo
Badger
(2002),
os
materiais
celulósicos
são
compostos
por
polissacarídeos, que são a celulose, a hemicelulose e a lignina. Com exceção da
lignina, a celulose e a hemicelulose (em condições restritas) podem ser
transformadas em açúcares que, fermentados, permitirão a produção de bioetanol.
(a) Hidrólise enzimática:
A principal característica desse processo é o uso de fungos e bactérias que
secretam as enzimas capazes de quebrar a celulose e uso de leveduras, quando se
trata da fermentação dos açúcares em álcool. Quanto mais esse processo puder ser
manipulado e acelerado, mais competitivo poderá ser o etanol celulósico, via
processo de hidrólise enzimática.
O grande desafio do uso da hidrólise enzimática está na capacidade de manipular
toda a rede de reações bioquímicas que seriam necessárias para converter
diferentes tipos de açúcares em etanol, com alta produtividade.
O organismo ideal para tal função seria aquele capaz de quebrar a celulose, tal
como uma bactéria; fermentar o açúcar como uma levedura e tolerar altas
concentrações de etanol (no processo de fermentação correntemente em uso, o
etanol tem de ser continuamente retirado dos tanques de fermentação, caso
contrário as leveduras morrem). A fim de criar esse organismo ideal, seria
necessária alguma manipulação genética (biotecnologia), a fim de remover as
características genéticas indesejadas de um microorganismo e acrescentar genes
desejados vindos de outros microorganismos. A segunda opção seria construir um
genoma customizado quase que do zero em uma célula sintética (INOVAÇÃO
UNICAMP, 2006). Em todos os casos, entretanto, seriam necessários novos e
importantes saltos na curva de aprendizado daqueles que já fazem tentativas com
essas possibilidades.
Ainda outro problema nessa metodologia é a necessidade de um pré-tratamento da
matéria in natura já que o uso de enzimas gera um processo de baixa eficiência,
sem esse tratamento prévio2. Essa etapa de preparação é relativamente menos
intensiva em tecnologia que as etapas posteriores (hidrólise e bioconversão), mas
são importantes para o aumento da eficiência em todo o processo posterior.
2
O pré-tratamento é uma das etapas cruciais para a obtenção de um processo eficiente. Essa etapa tem o objetivo
de remover a lignina e hemicelulose, reduzir a cristalinidade da celulose, aumentar a porosidade da parece
celular e minimizar a formação de subprodutos tóxicos, já que tais subprodutos são gerados a partir de
compostos da degradação desses elementos que devem ser removidos (MAICHE E HUBER, 2010).
Esse tipo de pesquisa está em um estágio tecnológico mais avançado, assim como
apresenta maior possibilidade de integração às instalações industriais das plantas
de primeira geração (ZÚÑIGA, 2010).
(b) Hidrólise ácida
Nessa forma de produção, o fundamento é a quebra das moléculas de celulose por
meio da adição de ácido sulfúrico aos resíduos, o que significa um processo sintético
e não biológico. A diferença está no catalisador. No caso da hidrólise ácida, o
catalisador é um ácido e não um organismo. Pelo fato de ser um catalisador muito
rápido, o ácido precisa ser muito bem controlado para não levar a reações paralelas
indesejáveis ou incontroláveis. As tentativas de controle desse processo levariam a
necessidade de adição de elementos para novas reações químicas, novamente
potencializando resultados fora daqueles esperados.
A hidrólise ácida tem como vantagem o fato de poder ser aplicada sem a
necessidade
de
uma
seleção
das
características
químicas
do
material
lignocelulósico e ainda de produzir alta concentração de monossaracarídeos
disponíveis para a fermentação. Porém, esses mesmos elementos causam corrosão
nos materiais/equipamentos, levando a necessidade de retirada dos reagentes
imediatamente e continuamente, o que envolve geração de resíduos e, por isso,
impactos ambientais consideráveis (BRAGATTO, 2010).
3.
ANÁLISE
ECONÔMICA
EVOLUCIONÁRIA:
APLICAÇÕES
AOS
BIOCOMBUSTÍVEIS DE SEGUNDA GERAÇÃO
3.1 – A DISPONIBILIDADE TECNOLÓGICA
As pesquisas com o uso da celulose não estão restritas à geração de bioetanol.
Esses estudos também buscam dominar os processos tecnológicos para a geração
de fármacos, plásticos, enzimas, biorefinarias, caracterização de materiais
lignocelulósicos, estudo da solvência da lignina, seleção e desempenho de
catalisadores e promotores na hidrólise ácida da celulose e da hidrólise enzimática,
além de uma ampla linha de pesquisa em biotecnologia.
Embora nem no Brasil e nem no restante do mundo tenha havido o desenvolvimento
de uma tecnologia específica que possa ser caracterizada como dominante na
produção de grande escala e capaz de ser comercialmente difundida, várias plantaspiloto espalhadas pelo mundo apostam na tecnologia de hidrólise enzimática, já que
apresenta grande potencial em virtude de características como a especificidade da
reação, ausência de reações secundárias, ausência da formação de produtos
secundários.
Isso quer dizer que o critério de ‘disponibilidade tecnológica’ para a efetividade da
inovação ainda é fator crítico para os combustíveis de segunda geração: a
tecnologia está disponível apenas parcialmente, querendo significar que algumas
trajetórias experimentais para a produção de bioetanol apresentam ainda ‘vazios’
tecnológicos, dificultando a obtenção de fatores sucesso no processo inovativo.
Contudo, nunca é demais lembrar que, na visão neo-schumpeteriana, a inovação
acontece para responder a tais tipos de problemas que, essencialmente, se
transformam em uma oportunidade. Por outro lado, não se pode esquecer que,
nessa abordagem, os agentes agem no âmbito de um ambiente de seleção: nem
todas as decisões serão tidas como acertadas e selecionadas pelo mercado. Ou
seja, a própria diversidade de decisões levará a geração de ganhadores e
perdedores.
A existência de alguns “vazios”
tecnológicos – ou ainda sobre os quais o
conhecimento ainda é pouco sistematizado e aplicado – força uma realidade em que
a
produção
de etanol
de
segunda geração, em escala
comercial, fica
limitada, já que a não definição de uma tecnologia dominante leva a altos custos
das celulases e das enzimas usadas na hidrólise para obtenção de açúcares.
3.2 – A VIABILIDADE ECONÔMICA
Embora ainda não se haja definido uma tecnologia superior que dê condições à
produção do bioetanol de forma comercial e em larga escala, algumas empresas já
enxergam as possibilidades de viabilidade econômica do bioetanol celulósico e
investem nessa área. Neste sentido, pode-se citar a iniciativa de parceria da
FAPESP com a Oxiteno, especificamente no investimento do desenvolvimento de
tecnologias voltadas para a hidrólise (FINEP, 2009). O desenvolvimento dessas
‘tecnologias meio’ pode abrir várias oportunidades de inserção do Brasil no comércio
internacional em todos os elos da produção de bioetanol. Exemplo disso é que
Brasil exportou, em 2010, cerca de 23 toneladas de preparados celulásicos
(ZÚÑIGA, 2010). Mesmo não sendo um número tão significativo, dá o indício de
novas possibilidades para as empresas nacionais que se dedicarem a tais buscas
tecnológicas.
Em termos internacionais, embora se perceba a potencialidade da geração de
bioetanol a partir da celulose, os custos envolvidos em sua produção ainda são
considerados muito altos. De acordo com a EIA - Energy International Agency
(2008), com a tecnologia de então, o bioetanol produzido a partir da celulose tinha
um custo de US$ 2.25 a 2.50/galão em 2008. Ainda de acordo com a EIA (2008), se
as projeções do projeto Emmetsburg se concretizassem, tais custos poderiam ser
reduzidos à US$ 0.60/galão até 2015, tornando o bioetanol competitivo como a
gasolina. Esse projeto Emmetsburg, já com tecnologia patenteada, baixou os custos
para algo em torno de US$ 2.00/galão em 2010 (OPENPR, 2010).
Uma vez que a demanda crescente é fator importante para a viabilidade de qualquer
inovação, no que se refere aos biocombustíveis, as tendências apontam para o
favorecimento desse requisito. A previsão é que os biocombustíveis de segunda
geração respondam por 64% da demanda por biocombustíveis nos Estados Unidos
em 2020, por 10% na Europa e por 11,% na China, no mesmo período (OPENPR,
2010).
3.3 – A QUESTÃO INSTITUCIONAL
No caso da produção de etanol a partir da celulose, é muito clara sua sensibilidade
de sucesso em relação ao apoio institucional, tanto para a pesquisa quanto para o
rompimento das barreiras econômicas (e de outros tipos) que ainda enfrenta.
No caso dos EUA, de acordo com o FAPRI (2008) e EISA (Energy Independence
and Security Act), o etanol produzido a partir da celulose deveria receber um
subsídio igual a U$ 3.00, o que estimularia o uso voluntário de E-10 e de E-85, que,
por sua vez, levaria a absorver o incremento de oferta a partir dessas tecnologias.
Uma outra iniciativa importante foi do
Departamento de Energia dos EUA que
investiu US$ 1,4 bilhões para constituição de um Fundo de Desenvolvimento para o
etanol a partir da celulose. Esse Fundo permitiu a construção de uma planta do
projeto Emmetsburg (INOVAÇÃO UNICAMP, 2009).
Em relação à União Européia, sua percepção da importância da geração de
bioetanol está diretamente ligada às suas ações diretivas dos biocombustíveis. De
acordo com o 7th Framework Platform 2007-2013, essas ações podem ser
colocadas como: (i) estímulo à demanda de biocombustíveis, apoiada em isenções
tributárias; (ii) captura dos objetivos ambientais pela redução das emissões de CO2;
(iii) estímulo à produção e distribuição de biocombustíveis e (iv) apoio a P&D em
biocombustíveis e fortalecimento da competitividade dessa indústria, com prioridade
para pesquisas relacionadas a biorrefinaria e plataformas tecnológicas da segunda
geração de biocombustíveis (etanol lignocelulósico).
Os Projetos Integrados Renew18 e Nile19 são considerados ações-chave no
desenvolvimento em escala piloto da segunda geração de biocombustíveis na União
Européia. Liderado pelo Institut Français du Pétrole, o projeto Nile19, por exemplo, é
um consórcio de 21 instituições de 11 países europeus e constituiu o primeiro
projeto europeu voltado para a cadeia de produção de bioetanol a partir da celulose,
com orçamento que girou em torno de US$ 12,8 milhões (60% provenientes da
Comissão Européia), entre 2005 e 2009 (ZÚÑIGA, 2010).
No caso brasileiro, merece destaque a iniciativa, por parte da Embrapa, da criação
da EPE – Empresa de Propósito Específico em Agroenergia, em 2007, que conta
com o apoio da Petrobras, Cepel, UFRJ, UFF, Instituto Nacional de Tecnologia,
Unesp, Unfscar, Unicamp, USP, Universidade Federal de Viçosa, Universidade
Estadual do Ceará, UFP, UFBA, Universidade Estadual de Maringá, Universidade
Vale do Itajaí e UNB em diversos projetos. A criação da EPE Agroenergia,
possibilitou o uso dos mecanismos fiscais de incentivo à P,D&I descritos na Lei de
Inovação. Dentre os principais projetos dessa empresa, consta o aproveitamento
energético da biomassa, o que inclui aí as pesquisas sobre as tecnologias voltadas
para o bioetanol, a partir da celulose (EMPRABA, 2008).
Ainda no caso brasileiro, o MCT iniciou a construção de uma plataforma de bioetanol
com base em hidrólise enzimática, usando o bagaço de cana, junto ao Centro de
Ciência e Tecnologia do Etanol (ZÚÑIGA, 2010).
Assim, é possível perceber a construção, tanto no Brasil como em outras regiões, de
uma institucionalidade voltada para o apoio à geração do bioetanol. Como já
colocado, essa institucionalidade é fundamental já que, a deixar pelos mecanismos
de mercado puramente, ainda enfrentaria barreiras por conta do estabelecimento já
consolidado de outras tecnologias e trajetórias voltadas para os combustíveis fósseis
e aqueles biocombustíveis de primeira geração.
4. A EVOLUÇÃO E MEDIDAS RECENTES PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL A
PARTIR DA CELULOSE
4.1 - OS NÚMEROS E AS AÇÕES NO BRASIL
Embora ainda sejam incipientes, as ações empresariais e dos institutos de
pesquisas e governos quanto ao incentivo ao desenvolvimento de tecnologias e
produção do etanol a partir da celulose, tem sido vistas como estratégicas em longo
prazo. Tais desenvolvimentos são imprescindíveis para a manutenção da liderança
brasileira em temos de combustíveis renováveis.
Em abril de 2008, a DuPont, em parceria com a Danisco, anunciou a criação de uma
empresa para fabricação e comercialização de etanol a partir da celulose. A
companhia, com capital de US$ 140 milhões começou a comercializar o etanol a
partir da celulose em 2012. Enquanto a DuPont desenvolve os processos da fase
de pré-tratamento (da celulose) e a fase final do processo, de fermentação, a
Danisco desenvolve a etapa intermediária decisiva, através da hidrólise enzimática
(Dupont DANISCO CELLULOSIC ETHANOL, 2009).
A Dedini Indústrias de Base S.A. realiza pesquisas com base na hidrólise enzimática
e vem, desde 2003, testando uma unidade piloto com a produção de 5 mil litros
diários de bioetanol, a partir do bagaço de cana, mas tem apresentado resultados de
aproveitamento relativamente baixos: 218 litros de bioetanol para cada tonelada de
matéria-prima (ZÚÑIGA, 2010).
Ainda a Oxiteno também iniciou a construção de uma biorrefinaria para viabilizar
comercialmente a produção de etanol de segunda geração, via hidrólise enzimática
(BOMTEMPO, 2012).
A Petrobras – única empresa de energia com uma subsidiária voltada para
biocombustíveis - inaugurou o projeto CBio (Complexo Bioenrgético) em parceria
com a Mitsui (japonesa) e a Itarumã (brasileira). Inicialmente voltada para a
produção de etanol de primeira geração, o projeto prevê a produção paralela de
etanol de segunda geração, utilizando a hidrólise enzimática. A matéria prima
também será o bagaço de cana.
Em relação especificamente à Petrobras, embora sempre anuncie um volume
expressivo de investimentos (US$ 3,5 bilhões em 2011), apenas uma pequena parte
é destinada aos biocombustívies e, dentre esses, os recursos são fortemente
direcionados para aqueles de primeira geração, apontando claramente o viés
tecnológico ainda conservador. Embora tais montantes investidos coloquem a
empresa entre as maiores investidoras em biocombustíveis dentre as empresas de
petróleo e gás, sua visão tem sido majoritariamente de assegurar posição na
indústria de etanol de cana de açúcar e com poucos projetos voltados ao etanol
celulósico (BOMTEMPO, 2012).
Sabe-se, ainda assim, que a empresa acertou parceria com a KL Energy para o
desenvolvimento de etanol celulósico a partir de bagaço de cana e que se previu a
possibilidade de uma planta em 2013 junto a uma das unidades de etanol de
primeira geração já existentes (BOMTEMPO, 2012). Essa iniciativa fortalece as
pesquisas nessa direção que já acontecem no CENPES. Ou seja, apesar disso, é
preciso dizer que
o grande volume de recursos aplicados pela Petrobras como um sinal de
efetivo interesse de manter uma posição de liderança na indústria de
biocombustíveis. Entretanto, o foco estratégico parece se concentrar na
indústria de primeira geração – etanol e biodiesel – não vislumbrando
efetivamente até o momento um esforço de construção da indústria de
biocombustiveis do futuro e de busca de liderança nessa nova indústria
(BOMTEMPO, 2012, p. 08).
4.2 - OS NÚMEROS E AS AÇÕES NO MUNDO
Em 2007 o Departamento de Energia dos Estados Unidos financiou a construção de
12 plantas de etanol celulósico, além de três centros de pesquisas voltados para o
desenvolvimento de novas tecnologias para biocombustíveis a partir da celulose,
com um investimento total de US$ 1 bilhão (ZÚÑIGA, 2010).
A Iogen, empresa de biotecnologia canadense, começou sua produção de etanol
celulósico em 2004, usando a palha de milho como substrato e um fungo
geneticamente modificado para produzir suas enzimas que digerem celulose. O
preço da primeira planta comercial atingiu US$ 500 milhões, cinco vezes o custo de
uma planta convencional para a produção de etanol derivado de milho de tamanho
similar (Technology Review, 2008). Apesar disso, a Iogen já teve faturamento anual
de US$ 15 milhões em 2008, mas tem ampliado recursos para pesquisas em virtude
do estabelecimento de parcerias com empresas como a Shell Global Solutions
(braço tecnológico da gigante do petróleo) e a PetroCanada, o banco de
investimento Goldman Sachs e o governo canadense (IOGEN, 2011). A planta
instalada pela Iogen juntamente com a Shell permite o processamento de 20 a 30
toneladas diária de palhas de trigo e pode produzir entre 5 e 6 mil litros de etanol
celulósico por dia, também por via enzimática (ZÚÑIGA, 2010).
O Energy Independence and Security Act, de 2007, definiu, como meta, a partir de
2022 uma produção anual de 136 bilhões de litros de biocombustíveis alternativos
ao petróleo, desses 60 bilhões seriam de bioetanol.A tabela abaixo permite observar
uma tendência crescente da produção de etanol nos Estados Unidos, com destaque
para a previsão da produção de bioetanol, usando a celulose como matéria prima.
TABELA 1 - PROJEÇÃO DE PRODUÇÃO DE ETANOL NOS EUA, EM MILHÕES
DE GALÕES
Etanol
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
Produção
4.485
7.123
9.792
11.501
12.207
12.323
12.290
12.269
12.315
12.436
12.595
Milho
4.692
6.910
9.522
11.190
11.870
11.958
11.875
11.751
11.639
11.602
11.602
Celulose
0
0
3
13
27
53
107
213
373
533
693
Outras mp
165
213
267
298
210
311
308
305
302
301
299
Fonte: EIA (2008)
Quando consideradas as projeções, pode ser observado que a partir de certo ponto
a produção de etanol a partir de milho declina, deixando espaço para a produção de
etanol com base na celulose e, em alguma proporção, para as importações.
TABELA 2 – COMPARATIVO DE CUSTOS DE PRODUÇÃO ETANOL DO MILHO
E CELULOSE, NOS EUA EM 2009.
Milho
Materiais
celulósicos
Custo de capital para construção das plantas (US$/galão)
1,25 ~ 1,50
4,30~5,40
Custo das enzimas (US$/galão)
0,03
0,30~0,50
Custo da produção do etanol (US$/galão)
1,10
2,30
Custo do transporte de matérias-primas
Baixo
Alto
Rendimento do etanol por tonelada seca de biomassa (galão)
98
70-80
Tempo de fermentação (em dias)
2
7
Simples
Complexo
Processo de conversão
Utilização de trabalho nas plantas de processamento
Energia utilizada no processo
Baixo
Alto
Gás natural e
Auto-sucifiente
eletricidade
Fonte: Elaboração própria a partir de várias fontes
Também o Departamento de Energia dos EUA anunciou o investimento em quatro
projetos fundamentais para o desenvolvimento tecnológico capaz de tornar o
processo de fabricação do etanol a partir da celulose economicamente viável. Essa
viabilidade ainda é bastante restrita, conforme deixa claro a tabela acima. A
maturidade dos quatro projetos deverá permitir a produção de 2,5 milhões galões a
partir da celulose pro ano. O projeto é uma parceria entre o governo dos EUA e o
setor privado, e têm as seguintes características:
(i) ICM Incorporated of Colwich, Kansas: Com projeto de US$ 30 milhões esse
projeto prevê a construção de uma planta para o aproveitamento de resíduos da
agricultura e será localizadas em St. Joseph, Missouri.
(ii) Lignol Innovations Inc., of Berwyn, Pennsylvania: Com US$ 30 milhões, essa
planta deverá desenvolver tecnologias para a bioconversão da madeira em etanol.
(iii) Pacific Ethanol Inc., of Sacramento, California: Com US$ 24,3 milhões, a
planta, que será localizada em Oregon, irá converter resíduos da agricultura e
florestais em bioetanol.
No Japão, a Honda, através de sua subsidiária de pesquisa tem desenvolvido uma
tecnologia para a obtenção de etanol, em larga escala, a partir de celulose e
hemicelulose. O diferencial tecnológico que pretendem empreender está no fato de,
durante o processo para separar a celulose dos resíduos, se formarem inibidores de
fermentação que diminuem muito a eficiência da conversão dos açúcares em etanol.
O desenvolvimento da pesquisa é feito em conjunto com institutos de pesquisas e
financiado pelo governo japonês (INOVAÇÃO UNICAMP, 2008).
Embora esses sejam alguns exemplos, várias outras empresas vêm testando e
desenvolvendo novas tentativas tecnológicas para a produção do etanol de segunda
geração, conforme pode ser observado no quadro abaixo.
QUADRO 1 – PROJETOS PARA A PRODUÇÃO DE BIOETANOL NO MUNDO
Empresa
Matéria Prima
Capaci
Tecnologia
dade
Milhões
litros
por ano
Abengoa
Sabugo de milho, palha de trigo,
Espanha
capim
Alico
Madeira,resíduos
EUA
plásticos
BioEthanol
Resíduos de madeira
1,4
Hidrólise enzimática: fermentação
Lixo Urbano, palha de trigo
11,3
Hidrólise enzimática
Palha de trigo, casca de arroz
140
Combinação: hidrólise enzimática e
de
borracha,
5
Hidrólise enzimática: fermentação
51
Termoquímica:
gaseificação
e
fermentação
Japão
BlueFire Ethanol
EUA
Coskata
EUA
Inbicon
gaseificação
Palha de trigo, palha de milho
10
Dinamarca
Mascoma
Combinação: hidrólise enzimática e
gaseificação
Capim e madeira
18,5
Hidrólise enzimática e biogás
Palha e sabugo de milho
92,8
Hidrólise enzimática: fermentação
RangeFuels
Resíduos de madeira
70
Termoquímica: gaseificação
CRAC
Palha de Milho
6,3
Hidrólise enzimática: fermentação
Bagaço de cana-de-açucar e madeira
5,1
Hidrólise enzimática: fermentação
Resíduos de madeira
5,1
Combinação de hidrólise enzimática e
EUA
POET
EUA
China
Verenium
EUA
Zea Chen
gaseificação; hidrogenólise da lignina
Fonte: (ZÚÑIGA, 2010).
4 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
O Brasil, na década de 1970, desenvolveu um programa de sucesso relacionado à
produção de um combustível alternativo ao petróleo com o uso da cana-de-açúcar.
Já com considerável maturidade tecnológica, os elementos institucionais e
econômicos foram testados e acabaram por consolidar um importante setor de
produção energética no país. No caso dos Estados Unidos e Europa, embora tenha
havido significativos investimentos na busca tecnológica e uma institucionalidade
mais sensível à necessidade de diminuição do uso de carbono fóssil, a
comparabilidade econômica ainda é favorável ao caso brasileiro. Em todos os casos,
entretanto, a disponibilidade de matéria prima tem sido concorrente – mas não
impeditiva – com a produção de alimentos.
Mas o fato de o Brasil se mostrar mais bem sucedido na indústria de etanol de
primeira geração, essa liderança não assegura ao país uma posição de liderança e
mesmo uma posição relevante na indústria do futuro, baseada no etanol de segunda
geração.
A grande questão é que a indústria de biocombusítveis vai se modificar fortemente
no futuro, eliminando os principais elementos da estrutura industrial que caracteriza
o setor atualmente. O forte conteúdo de inovação que vem surgindo, rumo aos
biocombusítveis de segunda geração mostra que o processo de irreversibilidade
atua fortemente nessa indústria.
Os biocombustíveis de segunda geração são produzidos a partir de matérias primas
que sejam subprodutos de outros processos industriais. No caso do eucalipto, por
exemplo, o aproveitamento se dá a partir de cavacos que foram até agora tidos
como menos importantes e como sendo não portadores de valor agregado. No caso
da cana de açúcar, a partir do bagaço que até recentemente era considerado de
nenhum valor econômico.
O desenvolvimento tecnológico para tornar viável economicamente a produção do
etanol celulósico ainda depende tanto de uma institucionalidade que seja mais
incentivadora quanto de acumulação de aprendizados sensíveis que culminem em
novos saltos tecnológicos necessários. A problematização do uso de catalisadores
biológicos ou sintéticos, como aqui colocado, é uma ilustração de como ainda há
espaços para se aprender nessa área.
Não se pode discordar, entretanto, da visão de que o aproveitamento de
‘subprodutos’ para a produção de energia abriria uma extraordinária capacidade de
oferta energética em termos mundiais, diminuindo consideravelmente dependência
de combustíveis fósseis. De uma outra coisa pode-se ter certeza: as trajetórias
paradigmáticas que abriram a possibilidade para energias limpas já começaram a
serem firmadas e o sistema econômico não poderá mais se acomodar no uso do
‘ouro negro’. Esse estado de repouso já foi destruído.
REFERÊNCIAS
BADGER, P. (2002) Ethanol From Cellulose: A General Review. Reprinted from:
Trends in new crops and new uses. 2002. J. Janick and A. Whipkey (eds.). ASHS
Press, Alexandria, VA.
BOMTEMPO, V. O futuro dos biocombustíveis I (2011). Boletim Infopetro.
Disponível em www.infopetro.wordpress.com. Acesso em 02 jun. 2012.
BOMTEMPO, V. O futuro dos biocombustíveis I (2012). Boletim Infopetro.
Disponível em www.infopetro.wordpress.com. Acesso em 02 jun. 2012.
BRAGATTO, J. Avaliação do potencial da casca de eucalyptus spp para a
produção de bioetanol. Tese de Doutorado apresentado à Escola Superior de
Agricultura Luiz de Queiroz, da Universidade de São Paulo. ESALQ, São Paulo,
2010.
DINNEN, B. (2007) The Advanced Fuels Infrastructure Research and
Development Act. Science and Technology Committee. United States House of
Representatives. January, 2007.
DOSI, G., Technological Paradigms and Technological Trajectories in Research
Policy, v. 11, p. 147-162, 1982.
DOSI, G. Sources, Procedures, and Microeconomic Effects of Innovation. Journal of
Economic Literature. 1988. 26(3): 1120-1171.
DUPONT DANISCO CELLULOSIC ETHANOL. Sun Grant Initiative Energy
Conference,
2009.
Disponível
em
www.ddce.com/media/DDCE_Althoff_SunGrantWashington.pdf. Acesso:jan. 2010.
EIA – Energy International Agency (2008) Outlook for Biomass Ethanol
Production and Demand. Disponível em www.eia.doe.gov . Acesso em 23 de
setembro de 2010.
EIA – Energy International Agency (2010) Creating market for biofuels. Disponível
em www.eia.doe.gov. Acesso em 23 de setembro de 2010.
EMBRAPA (2008) Proposta de constituição da Empresa de Propósito
Específico em Agroenergia. Disponível em www.embrapa.gov.br. Acesso em 30
set. 2008.
FAPRI. Food and Agricultural Policy Research Institute. (2008) U.S. and World
Agricultural
Outlook.
Setembro
de
2008.
Disponível
em
http://www.fapri.iastate.edu/Outlook2007/text/OutlookPub2007.pdf.
Acesso
em
setembro de 2008.
FINANCIADORA DE ESTUDOS E PROJETOS – FINEP – Relatório de Atividades
2008.
Disponível
em
http://www.finep.gov.br/numeros_finep/relatorio_de_gestao/2008/relatorio_de_gesta
o_2008.pdf. Acesso jan. 2010.
INOVAÇÃO UNICAMP (2006) Viabilidade comercial da produção de etanol de
celulose passa por engenheirar organismos. Reprodução do artigo Redesigning
Life to Make Ethanol, de Jamie Shreeve, publicado originalmente na Technology
Review, julho/agosto de 2006.
INOVAÇÃO
UNICAMP
(2009)
Diversos
números.
Disponível
http://www.inovacao.unicamp.br. Acesso em 23 de setembro de 2008.
em
IOGEN 2011
LIND, L.; CUSHMAN, J.;NICHOLS, R.;WYMAN, C. (1991) Fuel ethanol from
cellulosic biomass. Science, New Séries. Vol. 251, n. 4999 (mar. 1991) pp. 13181323.
MAICHE, R.; HUBER, C. Desenvolvimento da pesquisa e da produção de bioteanol
nos Estados Unidos: um enfoque nas rotas bioquímicas. Revista Thema. n. 07 (2).
2010.
OPENPR, J. Wordwide cellulosic ethanol production in 2020 at least 16,6 billion
gallons. 2010. Disponível em www.openpr.com/news/3994/wordwide-cellulosicethanol.html Acesso em jun. 2012.
RAMANUJAN, R (2007) Newly discovered plant enzymes could lead to more effi
cient – and less costly – ethanol production from cellulose. The ChroniCle
Journal. Disponível em www.news.cornell.edu. Acesso em 23 de setembro de 2008.
ZÚÑIGA, U. F. R. Desenvolvimento de um bioprocesso para a produção de
celulases específicas na cadeia produtiva do etanol de segunda geração. Tese
de Doutoramento apresentada a Escola de Engenharia de São Paulo. São Paulo.
USP, 2010.