BIOCOMBUSTÍVEIS
Paula de Lima Telmo
07 de junho de 2011
Graduação em BiotecnologiaDisciplina de Biotecnologia Microbiana II
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
BIOCOMBUSTÍVEIS OU AGROCOMBUSTÍVEIS
BioetanolBioetanol, biodieselbiodiesel, biogásbiogás, biomassabiomassa, biocombustíveis sintéticos, biometanol, bio-hidrogênio, gás de síntese...
MicrorganismosMicrorganismos
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
BioetanolBioetanol
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.
levedura
organismo unicelular
converte açúcar em álcool etílico
pode crescer em meio de cultura definidos
falha na secreção de proteínas
Saccharomyces cerevisaeSaccharomyces cerevisae
ButanolButanol
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
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
Clostridium acetobutylicum Clostridium acetobutylicum
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.
BiomassaBiomassa
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.
1. Pirólise: ↑ T, sem O2 = gases (CH4, CO e CO2), líquidos (óleos
vegetais) e sólidos (carvão vegetal)
2. Gaseificação: ↑ T, sem O2 = gás inflamável
3. Combustão: ↑ T, com O2 = vapor a alta pressão
4. Co-combustão: substitui carvão mineral usado em termoelétrica
por biomassa, reduzindo emissão de poluentes.
BiomassaBiomassa
BiodieselBiodiesel
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...
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 baylyiAcinetobacter 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.
bactérias gram-negativas
anaerobios facultativos
alta tolerância ao etanol
capacidade de fermentar a pentose (sacarose, glicose e frutose)
em etanol
Zymomonas mobilisZymomonas mobilis
BiogásBiogás
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.
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.
ProblemasProblemas
Cianobactérias Cianobactérias ou Algas azuisou 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
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.
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...
HidrogênioHidrogênio
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
RodopsinaRodopsina
ArchaeaArchaea
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
Obrigada pela atenção!
""A coisa mais bela que podemos experimentar é o mistério. Essa é a fonte de toda a arte e ciências verdadeiras.“ “