Maurilio Alves Moreira Professor Titular

1. UFV A cadeia produtiva do etanol, pesquisa, tecnologia e meio ambiente “Visão da academia. Linhas de pesquisa e projetos” Maurilio Alves Moreira Professor Titular

2. Matriz energética – Brasil e Mundo Brasil Mundo Fontes renováveis:45,8% Participação no consumo total 2,1% 48,5% 100% A cana-de-açúcar passou a ser a2ª principal fonte de energia em 2007. Fonte: MME/BEN (2007) Elaboração: GV Agro

3. Energia contida no combustível / Energia fóssil utilizada para produzi-lo 9,3 Balanço Energético * Combustíveis completamente não renováveis possuem valor inferior a 1.* Valores superiores a 1 indicam quanto renovável é o combustível. Fonte: World Watch Institute

4. Rede mineira de pesquisa e desenvolvimento tecnológico na produção do biodiesel: da matéria-prima ao subproduto

5. Rede mineira de pesquisa e desenvolvimento tecnológico na produção do biodiesel: da matéria-prima ao subproduto

6. Matéria prima: Biotecnologia e Melhoramento Genético de Oleaginosas UFV Desenvolvimento de variedades de soja com alto conteúdo de óleo e teores modificados de ácidos graxos e caracterização bioquímica genética de espécies oleaginosas do estado de Minas Gerais para produção de biodiesel Processamento químico: Produção e Catálise de Biodiesel Metílico e Etílico UFU Produção de biodiesel etílico e metílico a partir de oleaginosas produzidas no Estado Subproduto: Aproveitamento Tecnológico da Glicerina UFMG Novas rotas para a conversão da glicerina em materiais para aplicações tecnológicas UFLA Obtenção de catalisadores de nióbia e goethita na clivagem oxidativa de glicerina Rede Mineira de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Biodiesel

7. Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final

8. Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final

9. Rede de pesquisa, desenvolvimento e inovação em bioetanol: produção, processos e uso do produto final

10. Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX • Subprojeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas • a. Melhoramento de plantas perenes (Macaúba): • Caracterização molecular de populações naturais de Acrocomiaaculeata [(Jacq.) Lodd. ex Mart.] e regeneração invitro através de embriogênese somática - UFV e UFV-CRP • b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino): • Utilização de SNPs (SingleNucleotidePolymorphisms) no melhoramento da soja (Glycinemax (L.) Merrill) visando ao aumento do conteúdo e qualidade do óleo - UFV

11. Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX • Sub-projeto 1 – Melhoramento genético de plantas oleaginosas e sacarinas, nativas e cultivadas • b. Melhoramento de plantas de ciclo curto (Soja e Sorgo Sacarino): • Melhoramento de sorgo sacarino para tolerância à seca (UFV) • Caracterização fenotípica, bioquímica e molecular de materiais genéticos de sorgo para produção de bioenergia: sacarino e lignocelulósico (EMBRAPA – CNPS Milho e Sorgo)

12. Núcleo integrado de pesquisa, desenvolvimento e inovação de biocombustíveis em Minas Gerais - PRONEX • Subprojeto 2 – Desenvolvimento de processos na cadeia produtiva do etanol e alcoolquímica • Produção do etanol de matérias lignocelulósicas - UFV • Alcoolquímica - UFU e UFMG • Processamento de resíduos e subprodutos - UFU e UFMG • Subprojeto 3 – Inovações nos processos de produção de biodiesel e subprodutos • Novas matérias primas para a produção de biodiesel - UFU • Polimerização da glicerina - UFMG • Reforma química da glicerina para a produção de H2 - UFU • Modificação de resíduos do processo produtivo de biodiesel para alimentação animal, produção de adsorventes e suporte de catalisadores - UFLA

13. III Encontro da rede na UFV em março de 2009

14. IV encontro da Rede no Retiro das Rosas em outubro de 2009

15. IV encontro da Rede no Retiro das Rosas em outubro de 2009

16. PROGRAMA ESTRATÉGICO DE COLABORAÇÃO EM CIÊNCIA, TECNOLOGIA E FORMAÇÃO SUPERIOR ENTRE A REGIÃO DE PIEMONTE (ITÁLIA) E O ESTADO DE MINAS GERAIS Projeto de colaboração entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais para a produção científica / tecnológica na área de biocombustíveis de segunda geração Programa estratégico entre a Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais: ÁREA BIOENERGIA Coordenadores e gestores do projeto: Região de Piemonte e o Estado de Minas Gerais

17. Instituições Participantes

18. O projeto se caracteriza por um elevado potencial inovador, multidisciplinaridade e complexidade tecnológica. • Ênfase especial será dada a hidrólise enzimática, que se destaca como uma das etapas mais crítica do processo de produção de etanol de material lignocelulósico. • A parceria concentrará esforços em pesquisas para determinar o melhor coquetel enzimático paras as biomassas selecionadas, capaz de trabalhar em altas temperaturas e de hidrolisar tanto a celulose quanto a hemicelulose.

22. A execução conjunta deste projeto terá vários benefícios para a Itália e Minas Gerais: • criação de um grupo, de reconhecimento internacional e multidisciplinar, com forte competência no setor dos biocombustíveis de fontes renováveis; • constante troca de know-how tecnológico entre indústria, centros de pesquisa e universidades; • aumento da disponibilidade de fontes energéticas renováveis em Minas Gerais e Piemonte; • valorização de áreas agrícolas, hoje não destinadas à produção de alimentos; • possibilidade de intercâmbio das tecnologias desenvolvidas.

23. BIOMASSAS

24. Programa de Cooperação Brasil e União Européia na Área de Biocombustíveis de Segunda Geração Caracterização de biomassas e otimização de tecnologias de produção de biocombustíveis de segunda geração e de co-produtos Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Fundações de Amparo à Pesquisa: FAPEAM, FAPDF, FAPEMIG, FAPEPI, FAPESP, FAPERJ, FACEPE, FAPERGS Coordenador do Projeto: Maurilio Alves Moreira Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular Instituto de Biotecnologia aplicada à Agropecuária – BIOAGRO Universidade Federal de Viçosa Tel.: +55 31 3899 2977 Fax: + 55 31 3899 2864

25. Pré-tratamento: este estágio permite o desfibramento da biomassa, ou seja, a destruição da matriz lignocelulósica, separando-a em seus componentes principais - celulose, hemicelulose e lignina -, melhorando assim, a acessibilidade da biomassa às enzimas hidrolíticas. Hidrólise enzimática (sacarificação): Transformação dos polissacarídeos em açúcares simples (C6 e C5). Da fração celulósica são obtidos monômeros de glicose, enquanto que da fração hemicelulose obtêm-se uma mistura de açúcares pentoses, entre as quais a xilose e arabinose são os componentes mais abundantes.

26. Fermentação a partir de açúcares com 5 e 6 átomos de carbono. As hexoses são facilmente fermentáveis, mesmo a partir de microrganismos comuns, como a Saccharomycescerevisiae, que geralmente não fermenta pentoses. A fim de obter um alto rendimento em etanol, será utilizado microrganismos que co-fermentem hexoses e pentoses. Separação e purificação do etanol produzido. Aproveitamento dos co-produtos: Produção de pellets energéticos para exportação, produção de xilitol de xilose e outros produtos derivados da lignina.

27. Instituições participantes

30. O consórcio Europeu é formado por sete instituições européias de grande destaque em pesquisa com biocombustíveis listados na Tabela abaixo

31. Edital CNPq Nº 006/2009 – MCT/CNPq e Fundações de Amparo à Pesquisa Programa de Cooperação Brasil e União Européia na Área de Biocombustíveis de Segunda Geração Projeto submetido: Caracterização de biomassas e otimização de tecnologias de produção de biocombustíveis de segunda geração e de co-produtos Parceiros Brasileiros UFV (Coordenadora - MG) Embrapa Milho e Sorgo (MG) USP-Lorena (SP) UF Uberlândia (MG) Un Brasília (DF) UF Goiás (GO) Planta piloto (Biominas, MG) Pelotização (Bricarbras, PR) Syngenta Parceiros Europeus WIP (Coordenadora, Alemanha) Chemtex (Grupo GM, Itália) Spike RenewablesSrl (Itália, UnivFlorença) Universidade de Viena (Austria) Imperial College of London (Inglaterra) Universidade de Lund (Suécia) European Research Institute of Catalysis (Bélgica)

32. PC2: Conversão integrada de biomassa a etanol Pré-tratamento (PA3: EEL-USP) sacarificação (PA4: UFV, UnB, UFG ) e fermentação (PA5: UFV) PC1: Identificação e caracterização das biomassas (PA1- Embrapa e PA2 - UFV, UFMG e UFAL) PC3: Utilização de Co-produtos Planta piloto móvel Utilização da lignina (PA6: UFV) Conversão de C5 em xilitol (PA 7: EEL-USP) Síntese de peletes energéticos com bagasso utilizando lignina ou bio-óleo (PA 8: UFV) Moinho, Reator de hidrolise, Filtro-prensa, Fermentador, Destilador e Pelotizador PC5: Disseminação Cursos práticos e teóricos, pagina internet, correio eletrônico, simpósios e congressos: UFV e CEBI PC4: Pirólise da biomassa (PA 9 e 10: UFU) Balançoenergetico, desenho e administração da plantapiloto: UFV

36. BIOERG Brasil Integração & Design de Planta Piloto Estimativa de custo Modelagem & Integração de processos Sustentabilidade Diversas Matérias primas Materaiais Pré-trataddos Coprodutoss Conversão Termoquímica Caracterização & Pré-tratamento Conversão bioquímica BIOERG Partners: BRASILIAN ResearchInstitutions BRASILIAN Industry (associated) BRASILIAN SME COORDINATED EU-BRAILS (ETHERGY-BIOERG) RESEARCH WORK Exchange ofFeedstocks Evaluationofdifferentprocesspaths Exchange ofResults Common Assessments Common Dissemination EU ETHERGY Characterisation & Pretreatment Biochemical Conversion Thermochemical Conversion Various Feedstocks Pretreated Materials By-Products ProcessModelling & ProcessIntegration Sustainability ETHERGY Partners: EU ResearchInstitutions EU Industry EU SME Integration & Plant Design Costestimation

37. Projetos financiados pelo grupo de pesquisas em cana-de-açúcar UFV/Ridesa na área • Edital MCT/CNPq/CTAgro/CTBio - “Seleção e caracterização bioquímico-molecular de clones de cana de açúcar e de microrganismos lignocelulolíticos visando à maximização da sacarificação e fermentação a partir do bagaço para produção de álcool celulósico” • Edital MCT/CNPq - Projeto de Bolsa de Doutorado ( “Identificação, caracterização e alteração da expressão de genes que afetam a eficiência da produção de etanol a partir do bagaço da na cana-de-açúcar” • Edital MCT/CNPq/FNDCT/CAPES/FAPEMIG/FAPERJ/FAPESP - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT). Subprojeto da UFV: “Aplicação da análise metabolômica para a identificação de genótipos que propiciem maior eficiência de produção do etanol celulósico e eficiência do uso da água em cana-de-açúcar” • Edital FAPESP/FAPEMIG-ETANOL: “Obtenção,  seqüenciamento e caracterização funcional de bibliotecas de cDNAs completos para o estudo funcional de genes importantes para a produção de etanol celulósico a partir da cana-de-açúcar • Edital FAPESP/FAPEMIG-ETANOL: “Análise dos mecanismos de tolerância a seca em cana-de-açúcar através do uso da análise micro-transcriptômica e metabôlomica • CT-Petro: “Biotecnologia e Genômica Aplicadas ao Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar: (Subprojeto da UFV: Caracterização dos resíduos lignocelulósicos de genótipos de cana-de-açúcar para a produção de etanol celulósico”

38. Projetos financiados por pesquisadores da UFV na área Projeto: EVOLUCAO DIRIGIDA DE UMA XILANASE DE ORPINOMYCES PARA AUMENTO DA ESTABILIDADE TERMICA E DE pHCoordenador: Valéria Monteze Guimarães, UFVFinanciadora: FAPEMIG Projeto: CARACTERIZACAO DE HEMICELULASES ENVOLVIDAS NA SACARIFICACAO DE BIOMASSA PARA PRODUCAO DE ETANOLCoordenador: Sebastião Tavares de Rezende, UFVFinanciadora: FAPEMIG 

39. Fibralignocelulósica

40. Composição em carboidratos de alguns resíduos lignocelulósicos

41. Hemiceluloses • Segundo mais abundante material carbonáceo em vegetais; • Natureza heteropolissacarídica, composta de açúcares de 5 e 6 átomos de carbono, podendo estar presentes xilose, glicose, manose, arabinose e galactose, bem como ácidos orgânicos (urônicos e acético); • Conforme a composição e predominância de monossacarídeos recebem diferentes denominações (xilanas, mananas, arabinanas, galactanas, arabino-xilanas, galacto-mananas, galacto-arabino-xilanas); • Matriz suporte para as microfibrilas de celulose; • São decompostas por um amplo espectro de microrganismos, em particular fungos filamentosos e actinomicetos.

42. Principais diferenças entre celulose e hemiceluloses

43. Pré-tratamento do material lignocelulósico Visa desorganizar o complexo lignocelulósico e, como conseqüência, aumento da acessibilidade das enzimas às moléculas de celulose

44. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE PRÉ-TRATAMENTO • EXPLOSÃO COM VAPOR • EXPLOSÃO COM VAPOR CATALISADA • HIDRÓLISE ÁCIDA DILUÍDA • TERMOHIDRÓLISE

45. FRAÇÕES APÓS PRÉ-TRATAMENTO Pré-tratamento CELULIGNINA Hemicelulose parcialmente ou integralmente hidrolisada Hidrólise Enzimática

46. Microscopia Eletrônica de Varredura Celulignina de Bagaço de Cana-de-Açúcar Bagaço de Cana-de-Açúcar PRÉ-TRATAMENTO X 1000 Fonte: Laboratórios de Desenvolvimento de Bioprocessos da EQ/UFRJ

47. Via de Biossíntese da Lignina Diferençasemconteúdo e composiçãodaligninapodeminterferir com suainteração com a paredecelular Compostoheterogêneo com 3 tipos de resíduos: - Hidroxifenil - Siringil - Guaiacil - 10 genes já identificados no genoma do sorgo - Primers específicos já desenhados

48. Universidade Federal de Viçosa - campus I