Dinâmica tecnológica e de inovação da indústria baseada em biomassa : dos biocombustíveis à bioeconomia J IQ 16/05/2013 José Vitor Bomtempo Grupo de Estudos em Bioeconomia – EQ/UFRJ Grupo de Economia da Energia – IE/UFRJ

Síntese 1- A indústria de biocombustíveis está evoluindo para fazer parte de uma nova indústria que pode ser designada como parte da bioeconomia; 2 – Esta nova indústria está se formando num processo de inovação em que centenas de empresas buscam responder aos desafios colocados e explorar as oportunidades existentes; 3 - Novas matérias primas, novas tecnologias de conversão, novos produtos e novos modelos de negócio estão sendo testados e aprimorados; 4 – Políticas industriais e estratégias empresariais convivem com um ambiente dinâmico e desafiador mas ainda com elevado grau de incerteza.

What is a bioeconomy? (OECD, 2009) …the bioeconomy can be thought of as a world where biotechnology contributes to a significant share of economic output. The emerging bioeconomy is likely to be global and guided by principles of sustainable development and environmental sustainability. A bioeconomy involves three elements: biotechnological knowledge, RENEWABLE BIOMASS, and integration across applications.

BIOECONOMIA Bioeconomy can be perceived solely as operations related to the processing of biomass. VTT nonetheless views bioeconomy more widely: as a future industrial sector created out of traditional biomass refining. Characteristic for the operations of the sector are resource efficiency, maximization of value added, recycling, tight integration into energy production, and a capacity for cross-sector innovation. The bioeconomy framework is formed of the three pillars of sustainability: financial profitability; consideration of the environment; and serving society. (VTT Technical Research Center of Finland, 2012)

BIOECONOMIA The bioeconomy … encompasses the production of renewable biological resources and the conversion of these resources and waste streams into value added products, such as food, feed, biobased products and bioenergy. Its sectors and industries have strong innovation potential due to their use of a wide range of sciences, enabling and industrial technologies, along with local and tacit knowledge. (Innovating for sustainable growth: a bioeconomy for Europe), European Commission, 2012

The National Bioeconomy Blueprint describes five strategic objectives

Indústria baseada em biomassa (biobased products) Reddy et al., 2012 Biocombustíveis 1ª geração: 100 bi l/a; crescimento ~ 10% aa; Bioplásticos: 1% do mercado; Bioprodutos crescimento ~20% aa

Biocombustíveis convencionais e a busca por novas gerações Primeira geração de biocombustíveis: etanol e biodiesel; Processos convencionais (etanol: fermentação; biodiesel: transesterificação); rotas tecnológicas maduras; Processos relativamente ineficientes: ~10 l vinhoto/litro etanol; 117 kg glicerina/t biodiesel Relativamente low tech; baixas barreiras à entrada;

Biocombustíveis convencionais e a busca por novas gerações Vantagem competitiva baseada em produtividade da matéria prima mais do que nas tecnologias de conversão; Problemas: Competição com alimentos; desempenho ambiental; baixa produtividade (l/ha); combustíveis inferiores aos hidrocarbonetos (etanol 70% do poder calorifico da gasolina); Exigência de adaptações dos equipamentos e infraestrutura própria de distribuição.

Biocombustíveis avançados Novos processos para produção de biocombustíveis convencionais: etanol lignocelulósico; Novos processos para a produção de novos biocombustíveis drop in : biohidrocarbonetos (ex: diesel de cana da Amyryis); Novas matérias primas: algas, plantas energéticas, resíduos Combustíveis de aviação.

Evolução da agenda de P&D em biocombustíveis Regalbuto, 2011

Uma nova indústria em construção Uma diversidade de soluções em andamento:  Em matérias primas; Em tecnologias de conversão da biomassa; Em produtos, cada vez mais diversificados; Em modelos de negócio e estratégias de inovação, com novas estruturações das cadeias e papéis de empresas e países A variedade deve diminuir! A consolidação de uma indústria passa pela busca de conceitos dominantes.

O potencial da biotecnologia industrial ou white biotechnology; A utilização de matérias primas renováveis deverá ter peso crescente na indústria do século XXI O potencial da biotecnologia industrial ou white biotechnology; As restrições ambientais ao uso de matérias-primas fósseis; A orientação das estratégias empresariais; A perspectiva da inovação tecnológica como saída de crise.

Matérias-primas renováveis e a estruturação da indústria Transição de um tipo de matéria para outro é um tema central na história da indústria química orgânica; Disponibilidade de matéria prima, e não tecnologia ou mercado, tem sido o direcionador chave da indústria (Spitz, 1988); Disponibilidade de grandes quantidades de derivados do carvão na segunda metade do século XIX Disponibilidade de grandes quantidades de hidrocarbonetos reativos gerados pelo refino (anos 1930). As particularidades das matérias primas renováveis: a disponibilidade tem que ser construída!

Accessible Feedstock Pool Pet Coke Flue Gases Municipal Waste CO2 + H2 CO + H2 ~90M MTA >2B MTA CO Natural Gas Biomass 3300B M3 >1B MTA US Alone *2010 production data – IEA, UNEP

As alternativas em processos de conversão Biotecnologia? Processos fermentativos? Enzimáticos? Consolidação de processos via biologia sintética? Processos químicos? Termoquímicos? Gaseificação? Pirólise? Combinações entre eles? Algumas empresas fizeram escolhas claras Outras parecem testar diferentes caminhos As relações entre processos de conversão e matéria prima

A diversificação de produtos Os produtos substitutos “imperfeitos”, ex: etanol Os produtos substitutos “perfeitos” (os produtos drop in), ex: biohidrocarbonetos, PE verde (Braskem) Os novos produtos e plataformas ex: PHAs, ácido succínico, butanol, farneseno

Coca-cola e o dilema “drop-in or no drop-in” As Alternativas para o PET sustentável: Um novo produto, PEF, polyethylene-furanoate, (projeto Avantium) PET renovável a partir de p-xileno renovável Projeto Gevo a partir de bioisobutanol Projeto Virent a partir de açúcar por catálise química (bioforming)

A diversidade de estratégias e de players Uma notável diversidade de estratégias de inovação e de iniciativas empreendedoras: Start-ups de base tecnológica Investidores de risco Empresas estabelecidas de diferentes indústrias (energia, petróleo e gás, química, biotecnologia, agroindústria).  Diferenças podem ainda ser identificadas nas dinâmicas regionais e de países Como as empresas estão construindo suas trajetórias na bioeconomia? As estratégias são divergentes ou convergentes

Start ups de base tecnológica Amyris e LS9: combustíveis e chemials drop in, biologia sintética; Enerkem: lixo como matéria prima; Gevo: biobutanol Coskata: termo + fermentação; flexibilidade mp; Envergent (UOP/Ensys) e os projetos de pirólise e bio-óleo Solazyme: algas “grow in the dark”, óleos, produtos nutricionais e cosmocêuticos; biocombustíveis Synthetic Genomics: algas, biologia sintética, drop in, a maior aplicação de recursos de um investidor (Exxon) num único projeto. Renmatix: açúcar de segunda geração utilizando vapor d’água supercrítico

Empresas estabelecidas Indústria química e petroquímica: DuPont, DSM, Dow, Braskem, BASF Biotecnologia: Novozymes (enzimas) Petróleo e Gás: BP, Shell, Petrobras, Total, Neste, Valero e outras Agroindústria: ADM, Bunge, Cargill e outras

Considerações finais Empresas de diferentes setores e diferentes bases de conhecimento estão em competição para construir a bioeconomia ; A nova indústria representa uma oportunidade para novos competidores, empresas e países; Mas a estrutura da indústria ainda não está definida e a competição é baseada em inovação; As vantagens competitivas na bioeconomia são « baseadas em ciência e tecnologia ». Não é possível a aquisição externa direta de tecnologia como nos biocombustíveis de primeira geração.

Considerações finais Qual o espaço dos biocombustíveis de primeira geração (etanol e biodiesel) na bioeconomia do futuro? Em que extensão as vantagens competitivas da indústria sucroalcooleira brasileira valem na indústria do futuro? Qual deve ser a lógica das políticas de apoio aos biocombustíveis? E à indústria baseada em biomassa em geral? Qual o papel do Brasil na bioeconomia do futuro? O debate continua no blog: www.infopetro.wordpress.com Série: o futuro dos biocombustíveis

“The so-called fossil-age will make a shift to the bio-based-economy “The so-called fossil-age will make a shift to the bio-based-economy. In two or three centuries from now, people will look back on our civilization as a merely brief moment in history where we in a period of just about 250 years shifted our total economy to coal, oil and gas. (…) We are at a turning point towards a next green industrial revolution to secure our feed and fuel needs in the future.” Feike Sijbesma, CEO DSM, BIO World Congress on Industrial Biotechnology, May 11th, 2011 “The societal challenges posed by the environment are not just for saving the plant…they are the best route for saving the economy! Green has to become fashionable. Carlota Perez, 2010