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AÇÕES DE PESQUISA DA EMBRAPA VOLTADAS AO SETOR SUCROALCOOLEIRO
GUY DE CAPDEVILLECHEFE GERAL – EMBRAPA AGROENERGIA
HISTÓRICO
Recursos Naturais e Mudanças Climáticas
Tecnologia Agroindustrial, da
Biomassa e Química Verde
Biotecnologia, Nanotecnologia e
Geotecnologia
Macrotemas
33 Pesquisadores
Fundação
Vigência: 2006 a 2011
Inauguração
11 Pesquisadores
Eixos de PD&I
Etanol
Biodiesel
Florestas Energéticas
Coprodutos
2006 2008 2010 2012 2014 2016
Eixos de PD&I
Biomassa para uso industrial
Biotecnologia Industrial
Química de Renováveis
Materiais Renováveis
AÇÕES DE PESQUISA DA EMBRAPA AGROENERGIA
Ações de pesquisa para geração de novos ativos agrícolas para o setor
sucroenergético
Rede Pluricana: Contribuições e impactos para o Setor Sucroenergético
Financiamento: Finep
REDE PLURICANA (22 Instituições representadas)
Embrapa Cerrados
Embrapa Clima Temperado
Embrapa Tabuleiros Costeiros
Embrapa Milho e Sorgo
Embrapa Agrobiologia
Embrapa Informática Agropecuária
Universidades Federais - RIDESA
Universidade Federal de Alagoas - UFAL
Universidade Federal de Goiás - UFG
Universidade Federal do Paraná – UFPR
Universidade Federal de São Carlos – UFSCar
Universidade Federal de Sergipe – UFS
Universidade Federal de Viçosa – UFV
Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ
Universidade Federal do Mato Grosso – UFMT
Universidade Federal do Piauí - UFPI
Outras universidades
Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Universidade Estadual do Norte Fluminense – UENF
Universidade Federal da Grande Dourados - UFGD
Institutos de Pesquisa
Instituto Agronômico de Campinas – IAC
Instituto Agronômico do Paraná - IAPAR
Embrapa Agroenergia: Coordenadora
7 UDs Embrapa
10 Universidades - Ridesa 3 Universidades
2 Institutos Estaduais Pesquisa
Primeira fase: 17.000.000,00Segunda fase: 17.000.000,00
56 Híbridos interspecíficos20 Híbridos S. officinarum17 S. barberi29 S. officinarum14 S. robustum8 S. sinense4 S. arundinaceum8 F1 S. spontaneum1 S. edule23 S. spontaneum1 Mischanthus12 ErianthusTotal: 193 acessos
Embrapa RidesaIAC
Melhoria da infraestrutura:- Estação de cruzamento da Serra Ouro/AL;
- Estação de Floração e Cruzamento de Devaneio –Amaraji- PE;
- Estação de Hibridação de cana-de-açúcar em Uruçuca/BA
Relação de acessos:
INTRODUÇÃO E QUARENTENA/ESTAÇÕES DE CRUZAMENTO
Exemplos de ações potencializadas em Melhoramento:
- Ampliação do número de cruzamentos;- Ampliação do número de plântulas produzidas;- Estabelecimento e caracterização do perfil genético dos
acessos;- Fenotipagem por imagem;- Implementação da estratégia de GWS;
Exemplos de ações potencializadas em Biotecnologia:
- Prospecção de novos genes e promotores;- Geração e avaliação de eventos GM para tolerância
a estresses abióticos;- Estabelecimento de protocolos de transformação e
regeneração (transgenia e CRISPR);
+
MELHORAMENTO GENÉTICO CLÁSSICO E BIOTECNOLOGIA
~15 anos
Melhoramento convencional da cana-de-açúcar
Áreas de
cruzamentos
Cruzamentos
biparentais
Plântulas
Policruzamentos
2019
Etanol 1G
Etanol 2G
Aumento na
disgestibilidade da
biomassa
Etanol 2G
Cana Convencional
Cana/Cana energia GM
Novos
produtos
Cen
ári
o a
tual
Cen
ári
o 2
018-
Tecnologias Convencionais e Biotecnológicas de Melhoramento
Açúcar Bagaço Energia
Etanol Alimento
Variedades adaptadas a mudanças climáticas
Alimento
Novos
produtos
Acúcar
modificadoAçúcar Bagasso
EnergiaLigninaCelulose
Biomateriais
Variedades resistentes a
pragas e herbicidas
Variedades Editadas
Não GM
Novos
produtos
SELEÇÃO DE EVENTOS ELITES DE CANA-DE-AÇÚCAR
COM CARACTERÍSTICAS SUPERIORES
RN8 (Set/2019)
RN6
- Identificação, caracterização e uso de FBN para aumento de produtividade
Mix de Bactérias Fixadoras de Nitrogênio reduz uso de nitrogênio no canavial
1. Gluconacetobacter diazotrophicus;
2. Herbaspirillum seropedicae;
3. Herbaspirillum rubrisubalbicans;
4. Azospirillum amazonense;
5. Burkholderia tropica.
FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO
INOCULANTE PARA APLICAÇÃO NA CANA-DE-AÇÚCAR
APRINZA
Parceria BASF / EMBRAPA
↗ O Aprinza é um inoculante microbiológicocomposto pela bactéria diazotrófica Nitrospirillumamazonense.
↗ Bactérias diazotróficas: são bactérias fixadorasbiológicas de N que utilizam o N na forma de gáscomo substrato para a biossíntese de compostosnitrogenados;
↗ Produto parceria BASF / Embrapa que trabalhoupor muitos anos para desenvolver este produtocapaz de atender às exigências internas eexternas que irá contribuir para ganhos deprodutividade em cana-de-açúcar.
Azospirillum amazonense (1983) foi reclassificado
como Nitrospirillum amazonenseAntonie van Leeuwenhoek,
105, 1149-1162
Aprinza
ALÉM DA FBN, EXISTEM OUTROS BENEFÍCIOS EXERCIDOS PELO APRINZA
Capacidade de produzir e induzir a produção
de fitohormônios que atuam no:
↗ Desenvolvimento do sistema radicular;
↗ Aumento da absorção de nutrientes;
↗ Maior crescimento e resistência;
↗ Maior produtividade;
↗ Tolerência a condições edafoclimáticas distintas
Exemplos de ações potencializadas em fitossanidade:
- Caracterização da variabilidade genética e patogênica de Colletotrichumfalcatum (Podridão vermelha);
- Caracterização da reação de genótipos de cana a Diatraea saccharalis,Mahanarva frimbriolata e ao nematóide Meloidogyne javanica;
- Caracterização da reação de genótipos de cana a ação de herbicidas;
- Controle biológico da broca gigante (Telchin licus licus).
FITOSSANIDADE
Características importantes para o setorsucroenergético
Características Lançamento
(ano)
Resistência a broca do colmo 2017-
Resistência a nematóides 2020-
Estresses abióticos (tolerância à seca) 2015-
Eficiência do uso de nutrientes 2020-
Resistência a herbicidas 2020-
Aumento no conteúdo de sacarose 2020-
Aumento na digestibilidade da biomassa 2022-
Resistência ao bicudo da cana 2020-
Cana-de-açúcar GM para tolerância a estresses abióticos
Parceria com CTC
Reis et al. (2014) Induced over-expression of AtDREB2A CA improves drought tolerance in sugarcane. Plant Science221-222, 59-68.
6 dias déficit hídrico – cana 3 meses de idadeControle AtDREB2A CA
Plantas RB855156 com 3 meses e
6 dias sem irrigação
Controle AtDREB2A CA
Cana de Açúcar AtDREB2A CA após 20 dias
Sistema radicular de Cana AtDREB2A CA
AtDREB2A CAControl
EXPERIMENTOS DE CANA
Valparaíso - SP
Quirinópolis - GO
Novo projeto na Embrapa usando sistema CRISPR para melhoria de safra
Variedades de cana-de-açúcar editadas com resistência a imidazolinonas, sulfoniluréias e triazolopirimidinas
Trp543Leu
Trp543Leu
Ser622Leu
Ser622Leu
Desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar com resistência à broca-do-colmo (Diatraea saccaralis) e herbicida
Herbicida Herbicida + Broca Broca
Eventos Selecionados
Baixo
Intermediario
High
Variedades de cana-de-açúcar editadas com baixa atividade de PPO
Custo de açúcar cristal branco 5 kg:- Consumidor - R $ 11,80
- Fabricante - R $ 6,00< 30% do custo de produção
> 70% de custo de branqueamento< Qualidade nutricional
Refino e branqueamento de açúcar
PESQUISAS VOLTADAS À INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA
PLATAFORMAS INDUSTRIAIS
AÇÚCARES
ÓLEOS
VEGETAIS
• Desenvolvimento de biomassas com característicasespeciais da parede celular;
• Leveduras (OGM e não transgênicos) para fermentação deprodutos múltiplos;
• Novas enzimas para a desconstrução de biomassa;• Novos processos de conversão de açúcar em bioprodutos.
• Diversificação de biomassas para produção de biodiesel e bioquerosene;
• Produção de biodiesel através da via enzimática;• Desenvolvimento de metodologia para avaliação da
qualidade do biodiesel;• Destoxificação microbiológica de co-produtos e resíduos
para alimentação animal.
Lignina
Biogás
Algas
• Desenvolvimento de processos para extração de lignina;• Craqueamento térmico e catalítico da lignina para produção de
químicos;• Uso de lignina como suporte para liberação controlada de
moléculas (defensivos agrícolas).
• Desenvolvimento de coquetéis de microrganismos para aumento deeficiência de fermentação de diferentes resíduos;
• Reforma do biogás;• Melhorando a eficiência do processo para a produção de biometano.
• Estabelecimento de coleções de recursos genéticos de algas• Caracterização de espécies por Genômica, Transcriptômica, Metabolomia• Desenvolvimento de novas estirpes por engenharia metabólica e biologia sintética;• Conversão de biomassa (Cultivo, colheita, biocombustíveis, bioprodutos);• Remediação de efluentes (Vinhaça, POME, Manipueira).
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL
QUÍMICA DE RENOVÁVEIS
MATERIAIS RENOVÁVEIS
NANOFIBRAS DE
CELULOSE
• Reforço da borracha• Novos compósitos• Carreadores de moléculas
NOVOS
POLÍMEROS
• Produção de plásticos• Novas nano estruturas• Carreadores de moléculas
TECNOLOGIA FLEXCANE I
BR10201702383, MÉTODOS DE ALTERAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR DE PLANTAS, INPI, 2017
De Souza et al. (2018) New Phytologist , 218(1), 81-93
Melhorando a desconstrução da parede celular da planta
De Oliveira et al. (2014) Plant Biotech J. , 13(9), 1224-1232
Ácido Ferúlico: um componente chave na recalcitrância da lignocelulose da gramínea à hidrólise
Maior conversão de glicose da Flexcane
• Mais de 70% da celulose de biomassa foi convertida em glicose;• Nenhuma alteração na porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina;• O teor de ART das biomassas Flex foi igual ou maior que o NT.
Aumento da glicose em 48 horas de hidrólise enzimática
25.95%
Ev2.3 Ev4.0 Ev3.1
18.44%
11.92%
TECNOLOGIA FLEXCANE II
BR10201702383, MÉTODOS DE ALTERAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR DE PLANTAS, INPI, 2017
BAHD5 – Novo gene para melhoria de sacarose em gramíneas◆ Metabolic profile (HPLC-HRMS): greatest difference
observed for the BAHD5 events;
◆ Desreplication: sucrose main discriminant
metabolite in the BAHD5 events;
◆ We observed an increase in the sucrose content in
leaf (Ev. 1.1 = 52.94%; Ev. 3.1 = 85.19%) and colm
(Ev. 1.1 = 95.80%; Ev. 2.1 = 96.22%; Ev. 3.1 =
94.05%) in comparison with NT plants.
◆ No significant diffences in biomass and structural
carbohydrate content.
HPLC-HRMS: high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry
MELHORAMENTO GENÉTICO CONVENCIONAL E BIOTECNOLÓGICO DE MICRORGANISMOS
• Seleção de microrganismos• Caracterização morfofisiológica e molecular• Melhoramento clássico e biotecnológico
APLICAÇÕES• Processos bioquímicos (Fermentação, biodigestão);• Produção de químicos, enzimas, metabólitos,
polímeros, biocombustíveis ...
Indústria têxtilNutrição Animal
Agroindústria
OFERTA DE NOVOS USOS PARA OS RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS
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PROCESSO ORGANOSOLV PARA LIGNOCELULOSE: DEFINIÇÃO
Organosolv é um processo que utiliza uma mistura de solvente orgânicoe água, e elevadas temperaturas para a remoção de hemicelulose elignina da biomassa vegetal (Serrano-Ruiz, 2015).
Licor
CeluloseHemicelulose
Lignina
3/15
FRACIONAMENTO DE BIOMASSAS LIGNOCELULÓSICA
✓ Organossolv batelada: Eucalipto e Bagaço de cana-de-açúcar
✓ Organosolv modificado (menor volume de solvente orgânico no processo de fracionamento da biomassa e menor número de etapas): Bagaço de cana-de-açúcar
Sem a etapa de lavagem:Recuperação de lignina em eucalipto – 40 %
Recuperação de celulose em bagaço de cana – 50 %
A B
Bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por organosolv: A- tradicional e B-modificado
Celulose em bagaço de cana pré-tratado ~ 80 %Rendimento de hidrólise > 90 %
Mesmo quando extrato enzimático bruto de fungo selvagem é utilizado.
38
Processo organosolv para lignocelulose: vantagens
✓ Isolar componentes (celulose, hemicelulose e lignina) com grau de pureza e integridade relativamente alto;
✓ Redução no custo do produto final pois facilita a purificação;✓ Possibilidade de recuperação e reuso do solvente;✓ Evita desativação de catalisadores;
Lignina peroxidaseManganês peroxidaseVersátil peroxidaseFenol-oxidaseLacases
SCB Xylose Xylonic acid
10 genes
Genes selection- Phylogenetic analysis
C-
HL
BS
PRÊMIO BRASILBIOECONOMIA2018ABBI
Microalgas como Biofábricas para Produção de
Biocombustíveis, Bioprodutos e Remediação de
Efluentes
➢Alta taxa de crescimento e eficiência fotossintética;
➢Capazes de acumular grandes quantidades de substâncias de reserva:➢ Teor de lipídeos e/ou carboidratos chega a 70% do peso seco da biomassa;
➢ Potencial para a produção de mais de 50.000 L/ha/ano de biodiesel ou etanol.
➢ Eficiente captura de carbono: ➢ É possível acoplar o cultivo de microalgas à captura de emissões industriais de CO2 .
➢Podem ser cultivadas sobre terras não-agricultáveis ;
➢Podem utilizar fontes alternativas de água:
➢ Água salgada ou salobra;
➢ Efluentes de esgoto municipal, rural ou industrial.
SINGH, A., OLSEN, S. I. A critical review of biochemical conversion, sustainability and life cycle assessment of algal biofuels, 2010
Cultivo de microalgas em open ponds (raceways)
Microalgas são fontes promissoras e sustentáveis de bioprodutos
PESQUISAS COM MICROALGAS NA EMBRAPA
AGROENERGIA
PRINCIPAIS ENTREGAS FUTURAS
• Processo de cultivo de algas utilizando vinhaça e CO2 otimizado e validado em escala piloto;
• Processo para produção de etanol a partir de biomassa de algas;
• Produção de biocombustíveis a partir de processos densos de energia (Querosene, Diesel e Gasolina) atravésda liquefação hidrotérmica da biomassa de algas;
PESQUISAS COM MICROALGAS NA EMBRAPA
AGROENERGIA
SELEÇÃO DE MICROALGAS COM ALTO DESEMPENHO
➢ Triagem e seleção de algas com alta capacidade de crescimento e produtividade de biomassa em:
Meio sintético: BBM, BG11, etc.
Águas residuais: Vinhaça, Efluente de Óleo de Palma (POME), Mandioca (Manipueira), etc.
Cultivo de microalgas no BBM Cultivo de microalgas em vinhaça
Cultivo de microalgas em vinhaça
PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS EM FOTOBIOREATORES
PRODUTIVIDADE DE ALGAS SELECIONADAS A PARTIR DE VINHAÇA
PRODUTIVIDADE DA BIOMASSA DE ALGAS
Escala de bancada Estimativa no campo
(mg/L/dia) (T/ha/year)
Meio de cultivo
Isolado Vinhaça Sintético
(BBM)
Vinhaça Sintetico
(BBM)
LBA08 255±11,9 118±8,5 93 43
LBA32 215±23,4 137±11,6 78 50
LBA39 246±18,6 202±14,1 90 74
LBA40 293±24,7 183±7,5 107 67
DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIAS E PROCESSOS PARA APROVEITAMENTO
DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS
ETANOL 2 G
POTENCIAIS USOS PARA POACEAS E OUTROS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
ENERGIA ELÉTRICA
VAPOR
NANO COMPÓSITOS
SUPORTE PARA LIBERAÇÃO
CONTROLADA DE MOLÉCULAS
NANO FIOS
NANO TUBOS
NANO FILMES
BIO QAV
NANO FIBRAS
Co-geração
QUÍMICOS VERDES
CAPIM ELEFANTE
CANA-DE-ALÚCAR
SORGO BIOMASSA
ARUNDO DONAX
TUBOS PVC
PLÁSTICOS
05
1015202530
SUC
RO
ALC
OLE
IRO
BIO
DIE
SEL/
BIO
Qav
QU
ÍMIC
A D
ER
ENO
VÁ
VEI
S
BIO
GÁ
S
AP
RO
VEI
TAM
ENTO
BIO
MA
SSA
OU
TRO
SFI
NS
NÚ
MER
O D
E P
RO
JETO
S
SETOR
PROJETOS POR SETOR
2621
142 3
PROJETOS DA EMBRAPA AGROENERGIA POR SETOR
AÇÕES DA EMBRAPA VOLTADAS AO SISTEMA DE PRODUÇÃO EM DIFERENTES REGIÕES
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
Guy de CapdevilleEmbrapa AgroenergiaChefe Geral
VITRINE DE TECNOLOGIAS DA EMBRAPA AGROENERGIA