Paula de Lima Telmo paulatelmo@hotmail.com Graduação em Biotecnologia Disciplina de Biotecnologia Microbiana II Biocombustíveis Paula de Lima Telmo paulatelmo@hotmail.com 07 de junho de 2011

Biocombustíveis ou Agrocombustíveis 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 Bioetanol, biodiesel, biogás, biomassa, biocombustíveis sintéticos, biometanol, bio-hidrogênio, gás de síntese...

Microrganismos 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

Bioetanol 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. Transesterificação: obtenção através da biomassa para ser utilizado diretamente como combustível ou se juntar com ésteres do óleo vegetal e formar um combustível.

Saccharomyces cerevisae levedura organismo unicelular converte açúcar em álcool etílico pode crescer em meio de cultura definidos falha na secreção de proteínas

Butanol 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

Clostridium acetobutylicum 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 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.

Biomassa 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. Todo organismo capaz de realizar fotossínte (ou derivados dele) lixo urbano reto de madeira estrume de gado Óleos vegetais Lixo industrial...

Biomassa Pirólise: ↑ T, sem O2 = gases (CH4, CO e CO2), líquidos (óleos vegetais) e sólidos (carvão vegetal) Gaseificação: ↑ T, sem O2 = gás inflamável Combustão: ↑ T, com O2 = vapor a alta pressão Co-combustão: substitui carvão mineral usado em termoelétrica por biomassa, reduzindo emissão de poluentes.

Biodiesel 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... A transesterificação é o processo mais utilizado atualmente para a produção de Biodiesel. O processo inicia-se juntando o óleo vegetal com um álcool (metanol, etanol, propanol, butanol) e catalisadores (que podem ser ácidos, básicos ou enzimáticos).

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 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.

Zymomonas mobilis bactérias gram-negativas anaerobios facultativos alta tolerância ao etanol capacidade de fermentar a pentose (sacarose, glicose e frutose) em etanol

Biogás 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.

Problemas 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.

Cianobactérias ou 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 Organismos autotróficos, ou seja, que produzem a energia necessária ao seu metabolismo através da fotossíntese

estufa resultantes da queima dos combustíveis fósseis. 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.

Hidrogênio 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...

Rodopsina 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

Archaea 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

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