INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Workshop Unidade EMBRAPII INT Financiamento para pesquisa, desenvolvimento e inovação Instituto Nacional.

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1 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Workshop Unidade EMBRAPII INT Financiamento para pesquisa, desenvolvimento e inovação Instituto Nacional de Tecnologia Divisão de Catálise e Processos Químicos Laboratório de Biocatálise Ayla Sant’Ana da Silva Belo Horizonte, 30 de junho de 2016

2 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Aspectos Gerais CatáliseBiocatálise CatáliseCombinatorial Divisão de Catálise e Processos Químicos (DCAP)

3 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Laboratório de Catálise Heterogênea – LACAT Produção de hidrogênio a partir de fontes renováveis (etanol, glicerol, bio-óleo) para células combustíveis Combustíveis alternativos (biocombustível de aviação) Combustíveis sintéticos a partir de biomassa, gás natural, CO 2 (bio-óleo, biocombustível de aviação) Insumos químicos a partir de matérias-primas renováveis (etanol, açúcares C 5 /C 6 de segunda geração, glicerol)  Conversão catalítica de matérias-primas renováveis e fósseis para geração de energia e insumos químicos Aspectos Gerais - DCAP

4 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Aspectos Gerais - DCAP Laboratório de Catálise Combinatorial – LACCO Síntese rápida de um grande número de catalisadores – biblioteca de catalisadores Planejamento de experimentos (DoE) e operação highthroughput  Conversão catalítica de matérias-primas renováveis e fósseis para geração de energia e insumos químicos

5 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br 9 Pesquisadores (DSc em Catálise ou Bioquímica)* 08 Post-docs 04 MSc em Química 03 Químicos 02 Engenheiros Químicos 01 Biólogo 04 Técnicos em Química 19 Estudantes DSc 11 Estudantes MSc 18 Estudantes graduandos 03 Assistentes administrativos A Equipe * Sendo 4 bolsistas de produtividade do CNPq Aspectos Gerais - DCAP MAIS DE 80 COLABORADORES

6 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia; Produtos Alimentícios; Produtos Químicos Reunião 3 sala 4 Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos Conversão enzimática e microbiana de matérias-primas renováveis em produtos químicos e biocombustíveis e degradação de xenobióticos Laboratório de Biocatálise Divisão de Catálise e Processos Químicos ayla.santana@int.gov.br Ayla Sant’Ana da Silva

7 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos  Conversão enzimática ou fermentativa de substratos renováveis em combustíveis ou insumos químicos;  Uso de micro-organismos ou enzimas como catalisadores de reações hidrolíticas ou oxidativas. 1. Processamento da biomassa lignocelulósica 2. Produção de hidrogênio biológico 3. Síntese enzimática de especilidades químicas 4. Biodegradação de pesticidas Laboratório de Biocatálise (LABIC)

8 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br 1. Processamento da biomassa lignocelulósica: Produtos químicos e combustíveis a partir de fontes renováveis Caminho da QUÍMICA VERDE Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

9 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Produtos químicos a partir de fontes renováveis : Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

10 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Produtos químicos a partir de fontes renováveis : BIOMASSAS LIGNOCELULÓSICAS Biomassa Pré-tratamento Hidrólise Lignina Produção de enzimas Etanol Ácido lático 1-Butanol Sorbitol Ácido succínico Ácido Butírico Ácido acético Ácido itacônico Ácido 3- hidroxipropiônico HMF Furfural Etc Açúcares C6 (celulose) Açúcares C5 (hemicelulose) Açúcares C5 (hemicelulose) Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

11 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos Caracterização química e físico- química da biomassa nativa Pré-tratamento da biomassa Produção e caracterização de misturas enzimáticas Hidrólise Enzimática Métodos analíticos- caracterização das diferentes frações BIOMASSAS LIGNOCELULÓSICAS Competências do LABIC

12 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br 2. Produção de Hidrogênio e 1,3-propanodiol (1,3-PDO): Processo de fermentação anaeróbia Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos Combustão direta: 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 0 (l) + energia Elevada densidade energética H 2 : diretamente como combustível ou em células a combustível Uso industrial

13 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS H2OH2O H2OH2O BIOMASSA Reforma do gás natural Oxidação parcial de hidrocarbonetos Gaseificação de carvão Processos termoquímicos Processos fotoeletroquímicos Eletrólise da água Processos biológicos Reforma em fase líquida Reforma a vapor do etanol Gaseificação de biomassa Tecnologia promissora: Fermentação de compostos orgânicos (bactérias fermentativas) FERMENTAÇÃO ANAERÓBIA

14 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos Desenvolvimento de métodos analíticos Caracterização do lodo Avaliação do tratamento do inóculo Otimização da produção deH2 Avaliação de rotas metabólicas Quantificação dos produtos de fermentação por GC and HPLC Avaliação da comunidade microbiana Otimização das condições de processo, meios, razão substrato/inóculo Avaliação da bioquímica do processo

15 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos CANA-DE-AÇÚCAR Moagem Caldo de cana Pré- tratamento Hidrólise Fermentação Destilação Etanol 2G ETANOL 1G Bagaço BioH 2 Vinhaça etanol 2G Fração de Hemicelulose Vinhaça etanol 1G FermentaçãoDestilação

16 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br 3. Síntese enzimática de especialidades químicas: Substâncias flavorizantes, aromatizantes, emolientes, lubrificantes Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

17 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Insumos químicos para higiene pessoal, perfumaria e cosméticos (HPPC) BRASIL: 3ª posição no ranking mundial de cosméticos SETOR BRASILEIRO: US$ 43 bilhões (2013) US$ 37 bilhões (2010) 16,2% MERCADO MUNDIAL: US$ 425,8 bilhões (2011) US$ 387,7 bilhões (2010) 9,8% Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

18 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br  Elevadas temperaturas Alteração da cor e liberação de odor  Ocorre em várias etapas Geração de resíduos adicionais  Etapas de purificação do produto Perda do rendimento global  Temperaturas mais brandas Previne formação de subprodutos  Menor custo do processo Evita etapas de purificação  Produtos com melhor cor e odor Importante para o setor Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

19 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Reagentes Desodorização Reação Branqueamento Secagem Filtração Empacotamento Catalisador químico Componentes voláteis Vapor Sub-produtos solúveis em água Agentes de branqueamento Resíduo aquoso Resíduo sólido Reagentes Reação Catalisador enzimático Empacotamento Reciclo da enzima ˃ 180 o C 140 o C 100 o C 60 o C 20 o C Temperatura aplicada: Adaptado Veit, B.T., 2004. Eng. Life Sci. 4:508-511 Componentes voláteis PROCESSOS BIOCATALISADOS:  Redução de 60% de consumo de energia  Redução de 90% na emissão de poluentes SOFW Journal,134, 2008 Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

20 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Patente depositada em 03/12/2015 Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

21 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br 4. Biodegradação de xenobióticos: Agrotóxicos e corantes Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos

22 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos SINDAG, 2011; Carneiro et al., 2015; MAPA, 2015 Brasil: maior consumidor de agrotóxicos do mundo Herbicidas Consumo per capta: 5,2 L de agrotóxicos (2014) Processo produtivo agrícola brasileiro: dependente do uso de agrotóxicos e fertilizantes químicos Soja, cana-de-açúcar, milho e algodão 75% dos agrotóxicos consumidos no Brasil (2013) Mundo: aumento de 93% no consumo de agrotóxicos (2000 a 2010) Brasil: aumento de 190%

23 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos AtrazinaPropazina Seleção de micro- organismos para a biodegradação Desenvolvimento de métodos analíticos Otimização da degradação microbiana Avaliação dos mecanismos de degradação Pleurotus ostreatus (shimeji): Quantificação dos herbicidas e dos produtos de degradação 90% de degradação de atrazina e propazina em condições otimizadas Avaliação das enzimas intra e extracelulares por anaálises proteômicas Utilizados no cultivo da cana- de-açúcar

24 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br fibra de côcoEfluente da extração do óleo de palma (POME) Suco de cajuSuco de sisalCasca de cacau GlicerinaBagaço e palha de cana-de-açúcar Sementes de açaí Biotecnologia | Produtos Alimentícios | Produtos Químicos Diferentes Resíduos – Novas Oportunidades

25 INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA | www.int.gov.br Obrigada ayla.santana@int.gov.br Divisão de Catálise e Processos Químicos Laboratório de Biocatálise Workshop Unidade EMBRAPII INT