Nova rota química produz mais biocombustíveis das mesmas plantas

Recuperando a energia perdida

Os biocombustíveis são uma realidade, principalmente no Brasil, mas uma fração importante do potencial químico das plantas mantém-se teimosamente difícil de recuperar.

Qualquer matéria vegetal pode fornecer energia integralmente quando queimada, mas esta está longe de ser a melhor opção – usar as mesmas plantas para produzir biocombustíveis eficientes e versáteis é muito melhor. O problema é que, para isso, os diferentes componentes da estrutura física de uma planta devem primeiro ser separados e, em seguida, fermentados ou transformados quimicamente em formas conhecidas de combustível, como etanol ou biodiesel, ou outros compostos aromáticos e alifáticos úteis. Esse processo é chamado de conversão.

A estrutura da celulose da madeira, com suas fibras longas e retas compostas de glicose, facilita sua quebra e fermentação. Por outro lado, a lignina é considerada “recalcitrante”: Suas fibras são formadas por diversas unidades estruturais ramificadas e interligadas, uma rede de material forte, pegajoso e resistente à água. Isso é perfeito para fortalecer as plantas, mas dificulta a conversão: Cada um dos diferentes grupos químicos confere propriedades valiosas à lignina, ao mesmo tempo que dificulta sua purificação.

Quando a lignina é decomposta e separada por tratamento hidrotérmico, ela tende a se condensar em uma massa ainda mais sólida e impenetrável. Isso representa duas perdas de energia no processo de conversão: A da geração da alta temperatura e pressão necessárias para o pré-tratamento e a da perda de parte da valiosa biomassa da planta.

Agora, Tirath Raj e colegas da Universidade de Illinois, nos EUA, acreditam ter encontrado uma rota alternativa que vence esses desafios, prometendo impulsionar a produção de biocombustíveis – e a partir de qualquer biomassa, ampliando o escopo de matérias-primas vegetais que poderão ser utilizadas.

O aumento na produtividade é marcante.
[Imagem: Tirath Raj et al. – 10.1016/j.ceja.2025.101031]

Preservando a lignina

Ao encontrar uma maneira diferente de separar a lignina dos outros componentes da planta, Raj conseguiu contornar a maioria das perdas de energia.

O agente da mudança é uma solução salina especial, um composto chamado solvente eutético profundo natural (SEPN), para soltar a lignina de forma mais suave. Os SEPNs são compostos de origem natural, relativamente seguros para manusear, ativos à temperatura ambiente e recicláveis. Raj demonstrou que combinações precisas de SEPNs são capazes de liberar a lignina da estrutura da planta mantendo intactas suas ramificações e ligações cruzadas originais e impedindo sua condensação.

Os altos rendimentos da lignina mais acessível, juntamente com os açúcares de celulose mais puros, são exatamente o que faltava para tornar o restante do processo de conversão de biocombustíveis bem-sucedido e lucrativo: A lignina de alta pureza pode ser convertida quimicamente em compostos aromáticos e alifáticos com muito mais facilidade.

Versatilidade

Outro ganho do novo processo é que cepas especiais de levedura podem fermentar os açúcares não apenas em etanol, mas também em óleo para a produção de biodiesel e combustível de aviação sustentável. Os custos operacionais do pré-tratamento SEPN também são menores do que os do tratamento hidrotérmico, e as soluções podem ser recuperadas e reutilizadas até cinco vezes sem grande perda de eficácia.

Outro ponto forte da inovação é a sua flexibilidade: Embora tenha sido testada apenas em uma gramínea bioenergética chamada Miscanthus, o processo de pré-tratamento pode ser aplicado a uma ampla variedade de culturas para biocombustíveis, resíduos agrícolas e madeiras, preservando quaisquer óleos produzidos pela planta selvagem ou geneticamente modificada, que podem ser recuperados como fonte adicional de combustível, bem como outras substâncias úteis.

“É o que chamamos de processo agnóstico em relação à matéria-prima,” disse o professor Vijay Singh. “O objetivo é desenvolver uma biorrefinaria onde possamos usar essa matéria-prima e produzir todos os tipos de produtos que os consumidores possam usar.”