BIOCOMBUSTÍVEIS

Paula de Lima Telmo

paulatelmo@hotmail.com

07 de junho de 2011

Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Biotecnologia Microbiana II

São materiais biológicos que, quando em combustão, possuem a capacidade de gerar energia para realizar trabalhos. Combustíveis de origem biológica não fosseis.

São fontes de energias renováveis, derivados de matérias agrícolas

plantas oleaginosas, biomassa florestal, cana-de-açúcar, etc

BIOCOMBUSTÍVEIS OU AGROCOMBUSTÍVEIS

BioetanolBioetanol, biodieselbiodiesel, biogásbiogás, biomassabiomassa, biocombustíveis sintéticos, biometanol, bio-hidrogênio, gás de síntese...

MicrorganismosMicrorganismos

A utilização de microrganismos em biocombustíveis é baseada em uma

tecnologia antiga, datada em épocas anteriores ao cristianismo, o

processo fermentativo – produção de bebidas alcoólicas.

Ex.:

Produção de Etanol - Saccharomyces cereviseae

Produção de Butanol – Clostridium acetobutylicum

BioetanolBioetanol

É a obtenção do etanol através da biomassa.

Produzido por transesterificação, através da fermentação da sacarose.

cana-de-açúcar, milho, uva, beterraba, cereais.

Utilizado como combustível na forma hidratada ou misturado à gasolina.

Tem diversas aplicações.

levedura

organismo unicelular

converte açúcar em álcool etílico

pode crescer em meio de cultura definidos

falha na secreção de proteínas

Saccharomyces cerevisaeSaccharomyces cerevisae

ButanolButanol

A obtenção do butanol através da biomassa da fermentação.

Este processo fermentativo obtém acetona juntamente ao butanol e etanol

(ABE 3:6:1).

n-butanol tem características desejáveis como substituto da gasolina

- densidade energética 50% ↑ etanol

- pode ser transportado por tubulações

- carrega ↓ teor de água

bactérias Gram-positivas

formadoras de endosporos

forma de bastonete

anaeróbicas e aerotolerantes

podem viver em diversos ambientes como solo, água,

microbiota gastrointestinal humana e outros animais

Clostridium acetobutylicum Clostridium acetobutylicum

A molécula do butanol é sintetizada naturalmente por outras espécies de bactéria,

como as do gênero Clostridium, por exemplo.

Pesquisadores tentaram por várias vezes transferir as vias metabólicas de

síntese dessa molécula para outros microrganismos, obtendo uma produção

limitada, em comparação com outros compostos (metanol, etanol, entre outros).

Construção em E. Coli - rota metabólica clostridial do butanol – tentando

possibilitar uma reação irreversível, catalisada pela enzima trans-enoil-coenzima

A (CoA) redutase (Ter)

produção = 30g/litro

rendimento = 70-88% butanol/síntese anaeróbica

eficiência = comparável ou ↑ à de microrganismos que naturalmente produzem

A bactéria geneticamente modificada possibilitou também a seleção das enzimas

essenciais e com maior eficiência catalítica ou aquelas que foram expressas a

partir do crescimento anaeróbico.

BiomassaBiomassa

É uma fonte de energia limpa e renovável disponível em abundância

e derivada de matérias orgânicas.

energia limpa e renovável, menor corrosão de

equipamentos, resíduos emitidos pela queima não interferem no

efeito estufa, fonte de energia, descentralizadora de renda, reduz

dependência do petróleo, diminui lixo industrial, baixo custo de

implantação e manutenção.

1. Pirólise: ↑ T, sem O2 = gases (CH4, CO e CO2), líquidos (óleos

vegetais) e sólidos (carvão vegetal)

2. Gaseificação: ↑ T, sem O2 = gás inflamável

3. Combustão: ↑ T, com O2 = vapor a alta pressão

4. Co-combustão: substitui carvão mineral usado em termoelétrica

por biomassa, reduzindo emissão de poluentes.

BiomassaBiomassa

BiodieselBiodiesel

É derivado de lipídeos orgânicos renováveis para utilização em motores

de ignição por compressão.

Produzido por transesterificação e é um combustível biodegradável

alternativo, criado por fontes renováveis de energia, livre de enxofre em

sua composição.

óleos vegetais: girassol, nabo forrageiro, algodão, mamona, soja, oléo

de fritura usado, gordura animal...

Embora, os microrganismos não produzam biodiesel por seu metabolismo

típico, alguns produzem quantidades significativas de lipídeos de

armazenamento na forma de triacilglicerídeos e ésteres graxos.

Acinetobacter baylyi

Acinetobacter baylyiAcinetobacter baylyi

Gram-negativas

não móveis

apresentam-se aos pares

oxidase –negativas

organismos importantes que contribuem para a

mineralização de compostos aromáticos, por exemplo.

E. Coli recombinante – genes síntese de ésteres graxos e genes

produtores de etanol da bactéria Zymomona mobilis – em meio contendo

ácidos graxos, produziu biodiesel em 26% de peso seco da biomassa

ácidos graxos livres (através da expressão de uma tioesterase

citoplasmática e da deleção de genes responsáveis pela degradação de

ácidos graxos)

etanol (expressando os genes de Zymomonas mobilis)

clonada uma enzima (Acr1) capaz de realizar a transesterificação em

bioedisel, sendo que a glicerina produzida é reabsorvida pela bactéria para

a produção de mais biodiesel.

bactérias gram-negativas

anaerobios facultativos

alta tolerância ao etanol

capacidade de fermentar a pentose (sacarose, glicose e frutose)

em etanol

Zymomonas mobilisZymomonas mobilis

BiogásBiogás

É um tipo de mistura gasosa de metano (CH4) e gás carbônico (CO2), produtos

da decomposição anaeróbia da matéria orgânica, produzida naturalmente pela a

ação de determinadas espécies de bactérias, que são fermentadas dentro de

determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez.

A composição do biogás é difícil de ser definida, pois depende do material

orgânico utilizado e do tipo de tratamento anaeróbio que sofre.

Metano (CH4) : 50 – 70% do volume de gás produzido.

Dióxido de carbono (CO2): 25 – 50% do volume de gás produzido.

Hidrogênio (H2): 0 – 1% do volume.

Gás sulfídrico (H2S): 0 – 3% do volume.

Oxigênio (O2): 0 – 2% do volume.

Amoníaco (NH3): 0 – 1% do volume.

Nitrogênio (N2): 0 - 7% do volume.

A matéria orgânica utilizada na alimentação dos biodigestores pode ser

derivada de resíduos de produção vegetal (como restos de cultura), de

produção animal (como esterco e urina) ou da atividade humana (como

fezes, urina e resíduos doméstico).

O biogás pode ser usado como combustível em substituição do gás natural

ou do Gás Liquefeito do Petróleo (GLP), ambos extraídos de reservas

minerais.

A presença de vapor d’água, CO2 e gases corrosivos no biogás in natura,

constitui-se o principal problema na viabilização de seu armazenamento e na

produção de energia.

Equipamentos mais sofisticados, a exemplo de motores a combustão,

geradores, bombas e compressores têm vida útil extremamente reduzida.

Também controladores como termostatos, pressostatos e medidores de vazão

são atacados reduzindo sua vida útil e não oferecendo segurança e

confiabilidade.

A remoção de água, CO2, gás sulfidrico, enxofre e outros elementos através de

filtros e dispositivos de resfriamento, condensação e lavagem é imprescindível

para a confiabilidade e emprego do biogás.

ProblemasProblemas

Cianobactérias Cianobactérias ou Algas azuisou Algas azuis

características celulares procariontes (bactérias sem membrana nuclear),

porém com um sistema fotossintetizante semelhante ao das algas (vegetais

eucariontes), ou seja, são bactérias fotossintetizantes

microrganismos autotróficos

podem viver em diversos ambientes e em condições extremas, como em

águas de fontes termais, com temperatura de aproximadamente 74ºC ou em

lagos antárticos com temperatura próximas de 0ºC, outras resistem a alta

salinidade e até períodos de seca

podem ser encontradas na forma unicelular ou em colônias de seres

unicelulares ou, ainda, apresentarem as células organizadas em forma de

filamentos

Cepa de cianobactérias geneticamente modificadas capaz de absorver CO2 e

luz solar, produzindo combustível líquido – isobutanol – grande potencial

alternativo à gasolina. O processo para produção do combustível se dá por

uma reação química alimentada diretamente por energia solar, através da

fotossíntese.

1. recicla o dióxido de carbono, reduzindo as emissões de gases de efeito

estufa resultantes da queima dos combustíveis fósseis.

2. usa energia solar para converter o dióxido de carbono em um combustível

líquido que pode ser usado na infraestrutura de energia já existente,

inclusive na maioria dos automóveis.

produzir combustível – fotossíntese - isobutiraldeído

possui um baixo ponto de ebulição (63ºC)

alta pressão de vapor (66 mmHg a 4,4ºC)

facilmente extraído da cultura microbiana durante sua produção.

Um grupo, desenvolveu uma cepa de cianobactérias de cor azulada e

capacidade de fazer fotossíntese, do gênero Synechocystis, para produzir

ácidos graxos. Conseguiram retirar esses ácidos sem destruir a bactéria

por meio da introdução de genes no DNA desses microrganismos para a

produção da enzima tioesterase, que facilita a secreção dos ácidos pela

membrana celular.

Outro grupo introduziram modificações genéticas, em sucessivas

gerações de cianobactérias, com adição de novos genes provocando uma

superprodução de ácidos graxos

Transformando CO2 em combustível

Usando a cianobactéria Synechoccus elongatus, aumentaram

geneticamente a quantidade da enzima RuBisCo, uma fixadora de

dióxido de carbono. Após, juntaram genes de outros microrganismos

para gerar uma cepa de bactérias que usa dióxido de carbono e luz

solar para produzir o gás isobutiraldeído.

Elemento mais abundante no universo.

Pode ser obtido por múltiplas formas: por eletrólise da água; por reforma

de álcool e hidrocarbonetos (metanol, etanol, metano, gás natural e

outros)

Promissor – grande potencial energético e tem água como produto de

combustão

SEM PROBLEMAS AMBIENTAIS

↑ volatilidade, problema de armazenamento

Utilização de células microbianas...

HidrogênioHidrogênio

É uma proteína transmembranar, que os vertebrados possuem nas células

da retina e que traduz a energia luminosa em impulsos nervosos.

Archaea expressam uma bomba protónica –bacteriorodopsina - através

da qual executam a fotossíntese e proteínas que podem metabolizar

hidrogênio.

- bóia de sinalização

RodopsinaRodopsina

ArchaeaArchaea

bactéria antiga

morfologia variada

extremófila adaptadas aos mais variados limites de pressão e

temperatura, salinidade, radiação muito energética, ausência de

Sol e ambientes diversos

anaeróbios, aeróbios, autótrofos, heterótrofos, termófilos,

acidófilos, halófilos, e mesmo fotossintetizantes

metabolismo metanogênico (anaeróbias), capazes de produzir

metano como resíduo de seu metabolismo

Obrigada pela atenção!

""A coisa mais bela que podemos experimentar é o mistério. Essa é a fonte de toda a arte e ciências verdadeiras.“ “