Projeto investiga como transformar CO2 de algas e cianobactérias em bioetanol e plástico verde

Por Agência FAPESP – 17 de fevereiro de 2022 – Com informações da Assessoria de Comunicação do RCGI – Trabalho é conduzido por grupos da USP e da Unifesp vinculados ao Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (agregado de cianobactérias em fonte de água limpa; crédito: Christian Fischer/Wikimedia Commons)

Capturar dióxido de carbono (CO2) de algas e bactérias para gerar produtos de alto valor agregado, como biocombustível ou plástico verde, de forma natural e sustentável.

Investigar essas possibilidades é o objetivo do projeto “Captura de CO2 bioassistida e conversão em bioprodutos”, realizado no âmbito do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por FAPESP e Shell na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP).

“O termo ‘captura de CO2 bioassistida’ indica que o processo é feito sem aditivos químicos e de forma natural, por via biológica.

Utilizamos dois microrganismos que fazem fotossíntese, que são as microalgas e as cianobactérias”, explica a bióloga Elen Aquino Perpetuo, professora do Instituto do Mar da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e coordenadora-geral do projeto.

Em relação às microalgas, além de captura e fixação de CO2, a sua biomassa pode ser fermentada em reatores para a produção de bioetanol, chamado de etanol de terceira geração.

“Biocombustíveis provenientes dessas biomassas atraem muita atenção, pois essas algas podem ser cultivadas com CO2 e luz solar, utilizando água salgada ou salobra em terras não cultiváveis”, explica a pesquisadora.

Para a produção de etanol de terceira geração é importante expor os componentes intracelulares da alga e, para isso, se faz a hidrólise.

A parede celular nas algas é a principal estrutura que deve ser despolimerizada para extração dos polissacarídeos.

Ao longo da conversão, esses compostos serão divididos em monômeros para que aconteça a fermentação e a conversão em etanol.

As microalgas que serão utilizadas no experimento foram coletadas em áreas de mangue.

“Esse é um ambiente com alto teor de matéria orgânica e também de poluição antrópica. E as microalgas são extremamente resistentes e bem adaptáveis a qualquer situação, o que favorece a pesquisa”, conta a especialista.

Um dos desafios do projeto é como produzir grandes volumes de bioetanol por meio das microalgas.

“Sabemos que o processo biotecnológico funciona muito bem numa escala-piloto, reduzida, de 100 litros, por exemplo, mas quando se fala na produção de milhares de metros cúbicos, ainda não sabemos como será o resultado”, diz.

Os pesquisadores estudam também a possibilidade de utilizar a vinhaça (resíduo gerado pela produção de etanol de cana-de-açúcar) como meio de cultivo de microalgas.

“O descarte da vinhaça é motivo de dor de cabeça para o setor sucroalcooleiro em função do alto custo. Sem contar que o resíduo costuma ser utilizado como adubo na fertirrigação de lavouras, com risco de atingir os lençóis freáticos e provocar danos ambientais.

O objetivo é conseguir agregar valor à vinhaça por meio das microalgas, o que seria positivo para as usinas e para o meio ambiente.”

Segundo a pesquisadora, trata-se de uma técnica barata que pode gerar um combustível verde, não derivado de petróleo e, portanto, menos poluente e independente das reservas fósseis.

“Mas não apenas isso: estamos falando também de um produto brasileiro, livre das oscilações do mercado internacional que impactam no bolso do consumidor final.”

Outra frente do projeto, comandada pelos professores Renato Sanches Freire e Cassius Vinicius Stevani, ambos do Instituto de Química (IQ-USP), busca potencializar a produção de biopolímeros por meio de cianobactérias, organismos fotossintéticos que apresentam ao mesmo tempo características de algas e bactérias.

Ao serem submetidas a condições de estresse em meio de cultura com excesso de luz, as cianobactérias capturam CO2 e produzem em seu interior grânulos de polihidroxibutirato (PHB), um tipo de bioplástico.

“Em condições extremas, como limitação de nutrientes, sobretudo nitrogênio, e excesso de CO2, as cianobactérias criam uma reserva de ‘gordura’ para sobreviver, a exemplo do que fazem os ursos em período de hibernação.

Esse grânulo de reserva das cianobactérias tem as mesmas características de um polímero e, ao ser extraído, se assemelha a um plástico-filme”, relata Perpetuo.

A meta do projeto é modificar geneticamente cianobactérias do gênero Synechocystis sp. para que ela consiga acumular ainda mais esses biopolímeros.

A produção de PHB ainda engatinha no país e hoje acontece apenas em uma fábrica no interior de São Paulo, onde é feito a partir do substrato da cana-de-açúcar e não da captura de CO2.

“Toda a produção é exportada para a Europa, onde esse plástico costuma ser utilizado em próteses ortopédicas. Como é biodegradável, as próteses têm baixo índice de rejeição pelo corpo”, explica a pesquisadora.

Um dos desafios para a expansão do uso do PHB é o custo elevado.

“Hoje ele é considerado um plástico nobre, que vale cinco vezes mais do que plásticos derivados de petróleo, como o das garrafas PET. Para o mercado interno é um valor muito alto. Porém, a meu ver, as vantagens ambientais superam os outros custos envolvidos. O PHB é um plástico biodegradável, que não vai ficar por muito tempo na natureza, ao contrário dos plásticos de origem fóssil. Precisamos de políticas públicas que estimulem pesquisa e inovação, além de incentivos fiscais para essas empresas verdes”, conclui Perpetuo.