I Encontro do Instituto Nacional de C&T em Biofabricação Novos Desafios em Biofabricação

1. I Encontro do Instituto Nacional de C&T em Biofabricação Novos Desafios em Biofabricação 24 de Abril de 2009 Apoio: Organização:

2. Desenvolvimento de Processos para Obtenção de Bioprodutos para Biofabricação Rubens Maciel Filho Faculdade de Engenharia Química /UNICAMP

3. UNICAMP UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS • Criada em 1967 •  27.000 Alunos •  15.400 Alunos de graduação • 16.100 Alunos de pós-graduação • 20 Unidades de ensino e pesquisa • 24 Nucleos ou Centros de Pesquisa •  54 Cursos de graduação • 120 Cursos de pós-graduação • 1.789 Professores: 96% Doutorado

4. fibras ópticas Lucent Technologies Bell Labs Innovations 0 10 km Map of Unicamp in Campinas – Institutions P&D Mogi Mirim Paulínia 10 km radius Limeira UNICAMP ITAL Sumaré CIATEC Small Business Incubator OPTOLINK (EDFA) ECCO (Fibers, Lasers) FIBER WORK (Fiber Bragg Gratings) UNILASER (Lasers) ... Dom Pedro Monte Mor São José dos Campos Rio de Janeiro Anhangüera Bandeirantes São Paulo Indaiatuba, Sorocaba

5. LNLS Unicamp CPqD Rod. Campinas – Mogi Mirim PUC Via D. Pedro I Map of Unicamp in Campinas – Institutions P&D

6. Campinas region -About 2.5 millions of inhabitants - 19 municipalities -10% of São Paulo GDP; 3.2% of Brazil -6% of Brazilian industrial production -16% of investing funds of São Paulo State. * National GDP (4,6 bi US$ – 2003)

7. Unicamp • It concentrates over 15% of all the Brazilian scientific production and about 10% of the obtained graduated diplomas. • Unicamp is a public university. • Unicamp is 100% supported by the state of São Paulo. • Additional funds are obtained mainly from private institutions and research funding agencies. Present aerial view of the Campus.Principal entrance of Unicamp.

8. Innovation at Unicamp • Goals • To establish an exchange system from Unicamp to society; • Strengthen interactions and partnership with enterprises, government institutions and foundations; • The Brazilian university which has the most impressive patent stats – 271 requests until 08 /15/2003, more than 33 products and 42 software. • More than 100 enterprises were created in Unicamp.

9. Processos e produtos de fontes renováveis obtidos por Destilação Molecular Desenvolvimento de novos materiais para Estereolitografia a Laser Infravermelho Modelagem matemática, algoritmos de otimização e controle avançado Consolidação do laboratório de prototipagem rápida (FDM, ZCorp) INCT Biofabris 1990 1995 2000 2005 2009 Controle Avançado e Integração de Processos em Tempo Real Processos químicos, petroquímicose bioquímicos Reatores para obtenção de bioprodutos Laboratório de Avaliação de Petróleos Pesados para Valoração (LPETROPES)

10. APRESENTAÇÃO Laboratório de Otimização de Processos e Controle Avançado (LOPCA) Laboratório de Desenvolvimento de Processos Separação (LDPS) 2 PROFESSORES , 8 PESQUISADORES SENIOR, 2 TÉCNICOS 68 ALUNOS DE PÓS GRADUAÇÃO 44 DOUTORANDOS , 24 MESTRANDOS LOPCA+LDPS  MAIS DE 150 TESES DE DOUTORADO E DISSERTAÇÕES DE MESTRADO ORIENTADAS NOS ÚLTIMOS 18 ANOS

11. Desenvolvimento de Novos Materiais Petroquímica • Indústrias na cadeia da atividade petroquímica: • indústrias de 1a. geração, que fornecem os • produtos petroquímicos básicos, tais como, • eteno, propeno, butadieno, etc; • (2) indústrias de 2a. geração, que transformam • os petroquímicos básicos nos chamados • petroquímicos finais, como polietileno (PE), • polipropileno (PP), polivinilcloreto (PVC), • poliésteres, óxido de etileno etc.; • (3) indústrias de 3a. geração, onde produtos • finais são quimicamente modificados ou • conformados em produtos de consumo. 16.8 bilhões de barris Petróleo não convencional Petróleo convencional

12. Desenvolvimento de Novos Materiais Fontes Renováveis

13. Petróleo & Gás Matéria-prima Matéria-prima Minérios Inorgânica Orgânica Biomassa Indústria Química Energia Processo Ar Químico Água Produtos Químicos Básicos Energia Processo Ar Químico Água Intermediários Químicos & Produtos Finais Outras Indústrias de Consumidores Exportação Transformação Indústria Química Fonte: ACC - Guide to the Business of Chemistry – 2002-2008

14. Indústria Química Mundial Total = US$ 1,8 Trilhão Base: 2001 Fonte: ACC - Guide to the Business of Chemistry - 2002

15. Vendas de Produtos Químicos US$ Bilhão Base: 2001 Fonte: ACC - Guide to the Business of Chemistry - 2002

16. Balanço Comercial Químico - Brasil US$ Milhões Importações Exportações Fonte: ABIQUIM

17. Déficit do Comércio Químico Brasileiro ( US$ Bilhões ) Fonte: ABIQUIM

18. Desenvolvimento de Novos Materiais Bio-Nylon O monômero caprolactama (que produz o Nylon) pode ser produzido por via fermentativa. Neste processo, glicose é consumida por um microorganismo, e posteriormente o caldo é submetido a filtração e ultra filtração. Os sais remanescentes são reciclados para o biorreator e o produto em contato com um precursor reage para produzir a caprolactama. Após a purificação, a caprolactama é polimerizada para a obtenção do nylon.

19. Desenvolvimento de Novos Materiais Glicose Rotas a partir do Glicerol/Glicerina – subprodutos de reações de esterificação

20. PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO[1] Fontes petroquímicas Fontes renováveis Pré-tratamento (hidrólise) Carboidratos fermentescíveis SSF Acetaldeído (CH3CHO) Fermentação microbiana Adição de HCN e catalisador Caldo fermentado Lactonitrila (CH3CHOHCN Hidrólise por H2SO4 Recuperação e purificação Mistura racêmica DL - ácido láctico Ácido láctico L(+) ou D(-) opticamente puro Síntese química Fermentação microbiana

21. APLICAÇÕES DO ÁCIDO LÁCTICO [1] • Indústria de alimentos • acidulante • conservante • aromatizante • regulador de pH • propício para qualidade microbiana • fortificação mineral • Indústria de cosmético • umectante • clareamento da pele • rejuvenescimento da pele • regulador de pH • agente anti-acne • agente anti-tártaro • Indústria química • regulador de pH • neutralizante • intermediário quiral • solvente verde • agente de limpeza • agente redução ácida ÁCIDO LÁCTICO C3H6O3 • Indústria farmacêutica • soluções • diálise • preparação mineral • comprimidos • próteses • sutura cirúrgica • sistema de controle de drogas • Feedstock químico • óxido de propileno • acetaldeído • ácido acrílico • ácido propiônico • 2,3-pentanodiona • etil lactato • dilactídeo • ácido poli-láctico

22. PRODUTOS OBTIDOS A PARTIR DO ÁCIDO LÁCTICO [2] Açúcar O descarboxilação + CO + H2O CO2+ H2 Fermentação H Acetaldeído desidratação OH + H2O Ácido Láctico O Ácido Acrílico H2 redução OH + 1/2 O2 O Ácido Propiônico O condensação + CO2 + 2H2O O 2,3 pentanodiona Acrilatos e polimetil-metacrilatos

23. ÁCIDO PROPIÔNICO É um líquido incolor, corrosivo, com odor irritante. É usado na produção de herbicidas, intermediários químicos, aromatizante, conservante de alimentos, na indústria farmacêutica, na nutrição animal, etc. A produção de ácido propiônico a partir de fontes renováveis por processo fermentativo, é uma rota alternativa e atrativa. Como na maioria das fermentações de ácidos orgânicos, a fermentação do ácido propiônico é inibida por pH ácido e por altas concentrações de produto, formação de bioprodutos [4].

24. Desenvolvimento de Novos Materiais Epoxidação do óleo de mamona Bio-Epóxi Utilização de óleos vegetais (mamona) para produção de resina epóxi. Diferentemente da maioria dos óleos vegetais, existem três sítios passíveis de sofrerem modificações: a hidroxila, a insaturação e a carboxila Fase rígida formada pela resina e pelo agente de cura Cadeia carbônica do óleo epoxidado que contribui para aumentar a flexibilidade da resina

25. Infraestrutura: Reatores e Equipamentos de Separação

26. Infraestrutura: Reator Laser Polimerização controlada

27. Planejamento Experimental

28. Análise e Caracterização dos Materiais DSC-Calorímetro Diferencial de Varredura GPC–Cromatógrafo de Permeação em Gel de Alta temperatura e Múltiplos detectores FTIR–Espectroscopia no Infravermelho

29. Atividades Econômicas do Setor de Saúde Segundo dados ABIMO (2009): Associação dos Fabricantes de Produtos Médicos e Odontológicos Ocorre no Brasil grande dependência de insumos e materiais importados. Empresas do setor que atuam no Brasil faturaram Importação Exportação R$ 525,4 mi R$ 2 bi R$ 7,28 bi

30. Infraestrutura: Digitalização 3D O processo fotogramétrico consiste na projeção de vários padrões de franjas sobre a superfície do objeto a ser digitalizado e captado por duas câmeras posicionadas em ângulo de visão diferentes.

31. Digitalização 3D: Aplicações  Modelagem e simulação biomecânica de prótese ortopédica.

32. Infraestrutura: Prototipagem Rápida FDM (Stratasys) 3DPrinter (ZCorporation)

33. Prototipagem Rápida: Microreatores

34. Design & Simulação Modelo CAD Elementos Finitos Análise do Fluxo Análise da temperatura

35. Prototipagem Rápida: Metal As pesquisas a serem desenvolvidas baseiam-se em: • Identificar e desenvolver biomateriais que apresentem as características necessárias para uso em implantes biomédicos; • Viabilizar um procedimento de fabricação, permitindo um resultado mais seguro na criação da próteses empregando manufatura rápida; • Tornar acessível o uso da tecnologia na rede publica e privada.

36. Prototipagem Rápida: Metal “Microplantas” químicas O sistema de engenharia micro-química pode ser concebido em estruturas modulares, adequando-se às demandas de produção, suprimento de materiais, reduzindo estoque, operações de transporte e com maior segurança operacional, otimizando a utilização dos diversos recursos. Esta otimização tem um grande valor para as pessoas, para o meio-ambiente e a utilização racional de materiais.

37. AGRADECIMENTOS