Pais: Brasil

Fecha: 04 de Junio del 2020

La mezcla de enzimas mostró un alto rendimiento para generar etanol a partir del bagazo de caña de azúcar por Embrapa, Brasil

- El cóctel enzimático CMX es capaz de impulsar la industria brasileña de etanol de segunda generación.

- La tecnología se desarrolló con microorganismos de Brasil y tecnología 100% nacional.

- El avance abre el camino para colocar al país en el mercado de mil millones de dólares para la producción de enzimas.

- La tasa interna de rendimiento se estima en 19%.

Los científicos de  Embrapa Agroenergia  (DF) y del Centro de Tecnología de la Caña de Azúcar ( CTC ) desarrollaron un medio para obtener etanol a partir del bagazo y la paja de la caña de azúcar e impulsar la industria del etanol de segunda generación (E2G) en el país. Es el cóctel enzimático CMX, una mezcla de enzimas producidas a partir de tres microorganismos diferentes que ha demostrado un alto rendimiento para deconstruir la biomasa de la planta, una acción fundamental para eliminar el azúcar que se convertirá en biocombustible.

Un estudio de impacto combinado estimó que una planta con una capacidad de producción anual de 70 mil toneladas de E2G podrá obtener ganancias de alrededor de R $ 50 millones por año. Otros índices de evaluación de inversiones han demostrado ser prometedores. Si se financia con una sola planta, la inversión en I + D tendría una tasa interna de rendimiento (TIR) ??del 19,2% y un valor presente neto (VAN) de R $ 76,69 mil en 20 años.

Al hacer que la producción de E2G sea económicamente viable en Brasil, la tecnología puede contribuir a impulsar este tipo de proceso en el país. El cóctel de enzimas aún puede ampliar su aplicación a otros sectores, como las industrias de alimentos y textiles, y poner a Brasil en el mercado de producción de enzimas de mil millones de dólares ( ver recuadro ). El país actualmente importa enzimas celulolíticas, utilizadas para deconstruir biomasa lignocelulósica.

Cóctel 100% nacional

La mayoría de las enzimas que componen el cóctel enzimático CMX se obtuvieron de microorganismos de la biodiversidad brasileña preservados en la Colección de Microorganismos y Microalgas Aplicadas a la Agroenergía y Biorefinerías de Embrapa Agroenergia. “Estamos produciendo un cóctel con tecnología 100% nacional, un producto con alto valor agregado, que valora nuestros recursos genéticos y puede producirse en el entorno industrial mismo”, destaca la investigadora de Embrapa  Betania Quirino .

El cóctel es una mezcla de enzimas de diferentes tipos: endoglicosasas, exoglicanasas, betaglicosidasas, polisacáridos monooxigenasas (LPMO) y xilanasas. Todos actúan de forma complementaria para mejorar el rendimiento del producto.

El mercado enzimático de mil millones de dólares

La globalización y el aumento de las actividades de investigación y desarrollo dentro del mercado de enzimas están impulsando su crecimiento. Los que se utilizan para producir biocombustibles son uno de los segmentos de más rápido crecimiento en el mundo. Según un estudio de  BCC Research LLC , se espera que el mercado global crezca de $ 16 mil millones en 2018 a $ 24.8 mil millones en 2023, con una tasa de crecimiento anual de 9.2% en el período. El mercado mundial de enzimas para biocombustibles se valoró en US $ 623 millones en 2014. En 2020, se espera que este valor de mercado alcance casi US $ 1 mil millones, con tasas de crecimiento anual del 10.4% ( BCC Research, 2015 ).

Se estima que, solo en 2019, Brasil importó casi 30 mil toneladas de enzimas o preparaciones enzimáticas, frente a las 9.3 mil toneladas exportadas. El principal tipo de enzima comprada por Brasil son las amilasas (alrededor de 3.500 t), traídas principalmente de China, Estados Unidos y Dinamarca y utilizadas por las industrias textil, de limpieza, cerveza, panadería y jugos, alimentos y bebidas. a base de almidón, piensos y cosméticos.

Varios mercados pueden beneficiarse del cóctel de enzimas, especialmente las compañías productoras de enzimas y la agroindustria energética de azúcar y alcohol, que convierte la biomasa lignocelulósica en combustibles, electricidad, calor y compuestos químicos derivados. Debido a la versatilidad del cóctel enzimático, también se pueden prever otras aplicaciones, como en las industrias textil y de alimentación animal.

"El desarrollo de tecnologías nacionales para la producción de enzimas puede contribuir a la reducción del costo de este insumo en los diferentes sectores en los que se aplicarán, especialmente para aquellos con producción de enzimas en el sitio, es decir, en el mismo lugar donde se utilizarán", analiza la investigadora de Embrapa  Dasciana Rodrigues . "Esto se debe a que la importación de enzimas es costosa debido a la necesidad de concentrarlas y estabilizarlas para su almacenamiento y transporte, además de las tarifas del mercado".

Los resultados sobre el rendimiento de la hidrólisis fueron muy alentadores, según el investigador de Embrapa  Dasciana Rodrigues . “El hongo que produce el extracto a base de enzimas, llamado 'chasis', expresó el conjunto completo de celulasas (endoglucanasa, exoglucanasa y betaglucosidasa) necesarias para convertir la celulosa en glucosa. Además, el cóctel se puede usar a 50 ?C o 35 ,C, presentando el mismo rendimiento de hidrólisis, lo que lo hace versátil en aplicaciones en la industria de biocombustibles o como un aditivo en la alimentación animal ”, dice el científico.

Ella señala que estas características no se observan comúnmente en los cócteles de enzimas que están disponibles en el mercado. "El rendimiento del cóctel enzimático en la hidrólisis de la celulosa presente en el bagazo de caña de azúcar pretratado por explosión de vapor es comparable al de los cócteles enzimáticos disponibles en el mercado", señala Rodrigues.

La construcción de una plataforma tecnológica avanzada para la caracterización de enzimas y una metodología analítica para la deconstrucción de biomasas fueron otros resultados importantes de este trabajo. "La estructura y el conocimiento obtenidos a lo largo de los años por los investigadores nos permiten hoy aprovechar diferentes tipos de coproductos y desechos agroindustriales, no solo para la producción de enzimas, sino también para la síntesis de compuestos químicos renovables", dice la investigadora  Mônica Damaso .

Mejora

Ahora, uno de los principales desafíos del equipo para la inserción de tecnología en el mercado es mejorar el proceso de producción de estas enzimas, con el objetivo de aumentar su concentración en el medio de producción, lo que se puede lograr a través de la mejora genética de los microorganismos productores o la mejora del proceso. producción de enzimas

La investigación que dio lugar al cóctel fue parte del proyecto Yeastzyme, llevado a cabo por Embrapa Agroenergia en asociación con CTC y con recursos financieros del Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social ( BNDES ). El objetivo del proyecto era buscar nuevas enzimas y levaduras capaces de mejorar la producción de etanol a partir de biomasa de caña de azúcar.

El equipo de investigadores de Embrapa Agroenergia fue responsable de la prospección de microorganismos celulolíticos, la selección de genes y la modificación genética de microorganismos para producir las enzimas de interés. Además, llevó a cabo las pruebas de producción de enzimas y, con el equipo de CTC, evaluó el rendimiento del cóctel en reactores con una capacidad que oscila entre 50 ml y dos litros, en condiciones operativas que simulan el entorno industrial.

El cóctel enzimático para la hidrólisis del bagazo de caña de azúcar pretratado tuvo su solicitud de invención de invención bajo copropiedad de Embrapa / CTC presentada en noviembre de 2019 en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial ( INPI ).

Los factores relacionados con la rentabilidad potencial de la inversión en investigación se informan y analizan en el artículo no publicado Evaluación de impacto ex ante de la adopción de activos tecnológicos para la hidrólisis de biomasa lignocelulósica pretratada: caso del cóctel CNPAE-CMX, que se presentará en el  58 ° Congreso de la Sociedad Brasileña de Economía, Administración y Sociología Rural  (Sobrio), programada para octubre de 2020.

¿Por qué usar enzimas?

Existen numerosas ventajas al usar enzimas como herramientas catalíticas para el sector industrial. Son biodegradables y funcionan en condiciones suaves de temperatura y presión, lo que ahorra energía en los procesos de producción.

Además, son específicos, es decir, para cada tipo de hidrólisis deseada hay una enzima para ser utilizada. Esta característica genera mayores rendimientos del producto, menores costos de fabricación, menor uso de energía, reducción de productos tóxicos y coproductos, reducción de gases de efecto invernadero y, finalmente, mejor calidad del producto.

Traducido del portugués.

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