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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

36

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