2. Atividade Industrial

1 1. Introdução A cana-de-açúcar teve seu cultivo no Brasil desde os tempos da colônia. No entanto, seu potencial agroindustrial ficava limitado à produção de açúcar. Com a primeira crise do petróleo, em 1973, quando o preço do barril subiu substancialmente, o governo brasileiro tomou diversas medidas para tentar amenizar os problemas causados pela dependência dessa fonte de energia. Uma dessas medidas foi a criação do Programa Nacional do Álcool (Proálcool) em 1975. Esse programa visava explorar o potencial da indústria canavieira para a produção de álcool combustível, reduzindo o consumo interno de gasolina. Para estimular a produção, o governo financiou a incorporação de destilarias anexas para destilação de álcool nas usinas de açúcar. Com a nova crise do petróleo em 1979 e o crescimento da produção de etanol, o governo federal iniciou um novo ciclo de investimentos. A indústria automobilística passou a oferecer veículos movidos unicamente a álcool hidratado. No início da década de 80, os carros a álcool dominaram a produção das montadoras. No entanto, a produção de álcool contava com elevados subsídios. Em meados da década de 80, os preços do petróleo caíram drasticamente. Juntando a isso a crise econômica que assolava o país, a produção de etanol apresentou uma queda substancial. A oferta interna estagnada não era capaz de atender a demanda que crescia devido aos preços controlados e aos subsídios dados aos carros a álcool. No inicio da década de 90, o Brasil passou a importar álcool par atender à demanda interna, marcando o fim do Proálcool. A queda na demanda por álcool hidratado foi compensada pelo maior uso do álcool anidro misturado à gasolina, que acompanhou o crescimento da frota brasileira de veículos leves. O mercado do etanol retomou o seu crescimento depois de recentes aumentos nos preços do petróleo. A queda do preço do álcool hidratado em relação ao da gasolina também incentivou esse crescimento. Em março de 2003, foi lançado o carro flex-fluel, que é movido à álcool, à gasolina e a qualquer mistura entre os dois trouxe ao consumidor a oportunidade de optar pelo combustível de acordo com o respectivo nível de preço e disponibilidade no mercado. A realização deste trabalho objetivou a abordagem da produção de etanol nos aspectos industriais, sociais, econômicos e ambientais. O Capítulo 2 consta de uma abordagem da atividade industrial, contando com dados econômicos relativos ao etanol e as usinas presentes na região de Uberlândia. Também são abordados neste capítulo, alguns aspetos sociais e ambientais associados à produção de etanol. O Capítulo 3 apresenta as principais matérias-primas para produção de etanol e suas características, vantagens, aspectos ambientais e sociais. O Capítulo 4 consta da descrição do processo de produção de etanol a partir da cana-de-açúcar e das inovações tecnológicas e boas práticas associadas ao processo produtivo. No Capítulo 5, é feita uma abordagem das matérias-prima geradas do processo: bagaço de cana, leveduras e bioplástico. O Capítulo 6 consta da abordagem da cogeração de energia a partir do bagaço de cana. São abordados os processos termodinâmicos utilizados e a questão da venda de energia excedente. No Capítulo 7 apresentam-se as conclusões.

2 2. Atividade Industrial O setor de etanol atravessa uma fase de sucesso, com um crescimento de 13,2% ao ano e tendência a duplicar nas próximas safras. Os investimentos não param de crescer e o número de usinas aumenta a cada ano. As atividades associadas à cana-de-açúcar envolvem 300 setores da economia nacional, gerando 3,6 milhões de empregos diretos e indiretos (Tabela 2.1) (www.revistanegocios.com.br, 2006). Tabela 2.1. Dados do setor sucroalcooleiro (www.revistanegocios.com.br, 2006). Itens Números Movimentação financeira R$ 40 bilhões Representação no PIB 2,35% Geração de empregos 3,6 milhões Número de agricultores envolvidos 72000 Moagem de cana 24 milhões de toneladas Produção de álcool 14 bilhões de litros Produção de açúcar 24 milhões de toneladas Exportação de álcool 2,5 bilhões de litros Exportação de açúcar 14,3 milhões de toneladas Arrecadação em impostos e taxas R$ 12 bilhões Investimento anual R$ 4 bilhões Número de usinas e destilarias (em operação + 334 projetos) 2.1. Usinas no Estado de Minas Gerais O Estado de Minas Gerais possui 28 usinas em funcionamento, de acordo com o Sindicato da Indústria do Açúcar e do Álcool do Estado de Minas Gerais - Siamig (25 são associadas ao sindicato). As previsões são de que, até 2010, o investimento previsto no setor seja de US$ 970 milhões. Na Tabela 2.2 são indicadas as usinas em construção ou em projeto na região do Triângulo Mineiro, segundo o Sindicato da Fabricação do Álcool no Estado de Minas Gerais (Siamig) e o Sindicato da Indústria de Açúcar no Estado de Minas Gerais (Sindaçúcar). A previsão é de que até 2010, 22 usinas de açúcar e álcool devam estar em funcionamento na região do Triângulo Mineiro (www.revistanegocios.com.br, 2006). Em Uberlândia, duas empresas do setor sucroalcooleiro que irão se instalar no município apresentaram propostas de parcerias com os produtores rurais da região. Essas empresas são: a Companhia Energética de Açúcar e Álcool do Triângulo Mineiro (Comfrio e Emerson Fittipaldi) e a Usina Nova Energia Açúcar e Álcool S.A., formada pelas empresas Chalet Agropecuária, EF Marketing, Banco BVA, Central Energéticas Planusi e JB Agropecuária (www.correiodeuberlandia.com.br, 2006).

3 Tabela 2.2. Usinas em construção ou projeto na região do Triângulo Mineiro (www.correirodeuberlandia.com.br, 2006). Nome Local Fase Usina Frutal Frutal Construção Usina Central Energética Veríssimo Veríssimo Projeto Cia Energética de Açúcar e Álcool do Uberaba Projeto Triângulo Mineiro Usina Uberaba Uberaba Construção Usina Santa Vitória Santa Vitória Construção S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool - Filial Carneirinhos Construção Carneirinhos Usina Cerradão Frutal Projeto Cabrera Central Energética Limeira do Oeste Projeto Usina Nova Ponte Nova Ponte Projeto S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool Filial União de Minas Projeto União de Minas S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool Filial Prata Projeto Prata S.A. Usina Coruripe Açúcar e Álcool Filial Campo Florido Projeto Campo Florido II Cia. Energética de Açúcar, Álcool do Uberlândia Projeto Triângulo Mineiro Grupo Carlos Lyra Uberaba Projeto Grupo Carlos Lyra Sacramento Projeto Grupo Carlos Lyra Uberlândia Projeto Grupo Santa Elisa Ituiutaba Projeto Grupo Santa Elisa Campina Verde Projeto Cia. Energética Vale do São Simão Santa Vitória Projeto Usina Zanin Açúcar e Álcool Ltda Prata Projeto Usina Alvorada Tupaciguara Projeto 2.2. Aspectos ambientais e sociais do etanol O efeito estufa é um fenômeno natural que impede que a temperatura do planeta Terra fique extramente baixa. A energia solar chega à atmosfera na forma de luz. Cerca de 30% dessa radiação solar é refletida pelos gases atmosféricos, antes de a outra parcela (70%) atingir a superfície terrestre. A parcela da radiação solar que incide na superfície terrestre passa por processos dissipativos e é reemitida pela Terra para o espaço, sob a forma de radiação térmica (calor). Parte da radiação térmica é absorvida pelos gases presentes na atmosfera e reemitida, em parte, de volta para a Terra, causando o efeito estufa. Sem o efeito estufa, a temperatura da Terra ficaria em torno de -243ºC (RIBEIRO, 1997). No entanto, quando a emissão de gases à atmosfera são superiores às naturais, o efeito estufa é intensificado, aumentando excessivamente a temperatura da Terra, causando o chamado aquecimento global. O CO 2 é o principal gás responsável pelo efeito estufa, sendo que outros gases (CH 4, NOx, CFC s) também contribuem para esse fenômeno (RIBEIRO, 1997).

O aumento dos gases causadores do efeito estufa se deve principalmente à queima de combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão). Os combustíveis fosséis são utilizados em atividades industriais, em veículos automotores e outras atividades. Em busca de opções de combustíveis menos poluentes, o etanol passou a ser uma opção em substituição aos combustíveis fósseis. Em comparação à gasolina e ao óleo diesel (combustíveis fósseis derivados do petróleo), o etanol emite quantidades menores de CO 2 e outros gases responsáveis pelo efeito estufa. Além disso, o CO 2 liberado pelo etanol é absorvido pelas plantas de cana-de-açúcar (matéria-prima para produção de etanol) através da fotossíntese. Assim, colheita após colheita, o combustível se renova em um novo ciclo de vida da planta. Já o combustível fóssil não se renova, sendo, portanto, finito. No entanto, o processo de produção do etanol apresenta diversos problemas ambientais e sociais. As plantações de cana têm causado degradação ambiental devido à erosão do solo. No estado de São Paulo, maior produtor de álcool do Brasil, a velocidade de erosão estimada é de 30 toneladas por hectare por ano (MARITNELLI; FILOSO, 2007). Outro aspecto se refere às queimadas que ocorrem na plantação antes da colheita manual da cana. Apesar de a colheita cana estar cada vez mais tendendo à colheita mecanizada, muitos fazendeiros ainda relutam em adotá-la. As queimadas causam impactos ambientais pela emissão de gases poluentes na atmosfera. Por outro lado, a mecanização da colheita causa problemas de ordem social, já que retira o emprego de muitos trabalhadores (MARITNELLI; FILOSO, 2007). 4

5 3. Matérias-Primas O etanol é um produto que pode ser obtido de três maneiras: através de destilação, de maneira sintética e através de fermentação. No Brasil, a fermentação é a forma mais importante de obtenção de etanol. Este processo consiste na transformação de açucares em etanol e dióxido de carbono (LIMA, 1975). Constitui-se matéria-prima para produção de etanol qualquer produto que contenha açúcar. As matérias-primas para produção de etanol podem ser classificadas em matérias açucaradas, matérias amiláceas e feculentas e matérias celulósicas (LIMA, 1975). 3.1. Matérias-primas açucaradas As matérias açucaradas podem ser separadas em dois grupos: as diretamente fermentescíveis e as não-diretamente fermentescíveis. No grupo das diretamente fermentescíveis temos os sucos de frutas, utilizado na produção de etanol em bebidas como vinhos e a cidra. No grupo das não-diretamente fermentescíveis, os dissacarídeos fermentam após passarem por um processo de hidrólise, onde são convertidos a monossacarídeos (no entanto essa hidrólise ocorre durante a própria etapa de fermentação). Neste último grupo temos como exemplo de matéria-prima a cana-deaçúcar, onde a sacarose é o dissacarídeo presente na sua composição (LIMA, 1975). 3.1.1. Cana-de-açúcar A cana-de-açúcar é uma gramínea rica em açúcar, servindo de matéria-prima para produção de açúcar e álcool. O açúcar mais abundante na cana é a sacarose. A cana-deaçúcar pode ter a seguinte composição: 74,5% de água, 14% de açucares (12,5% de sacarose, 0,9% de dextrose e 0,6% de glicose); 10% de fibras e o restante são divididos entre matérias minerais, compostos nitrogenados, ceras, pectinas e ácidos (LIMA, 1975). A cana-de-açúcar é a matéria-prima mais vantajosa para produção de etanol. Isto se deve aos seus atributos, que são a grande quantidade de energia contida no bagaço, cobrindo as necessidades energéticas da etapa industrial da produção, com sobra de energia e o fato de o açúcar já estar disponível na cana, não sendo necessária a etapa industrial de conversão de amido a glicose, necessária quando se utilizam outras matériasprimas com milho ou trigo. O etanol produzido a partir da cana possui auto-suficiência em energia, pois não necessita que se queimem combustíveis fósseis para a sua produção. Segundo estudos de balanços energéticos, estima-se que a energia produzida pela cana-deaçúcar na forma de álcool e bagaço excedente corresponde a 9,2 vezes a consumida diretamente na etapa agrícola e na industrial (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006). O programa de produção de etanol baseado em cana-de-açúcar adotado no Brasil é adequado para reprodução em muitos países. Mas, segundo ambientalistas, a expansão desenfreada dos biocombustíveis pode causar problemas para a floresta tropical da Amazônia e para o vasto ecossistema do Cerrado. A expansão da produção agrícola de cana-de-açúcar agravará a perda da diversidade das espécies, as questões de qualidade da água e a fragmentação de habitat em algumas das regiões mais diversificadas biologicamente em todo o mundo. Segundo um estudo publicado em 2006 pelo jornal Conservation Biology, mais de 50% do Cerrado já foi transformado em pasto, o que causa erosão do solo, perda de biodiversidade, fragmentação e difusão de gramíneas exógenas (PRODUÇÂO DE ETANOL..., 2007).

6 3.2. Matérias-primas amiláceas e feculentas As matérias primas amiláceas e feculentas fermentam após uma hidrólise, onde o amido presente nestas matérias-primas é convertido em açúcar fermentável (LIMA, 1975). O amido consiste num polissacarídeo formado por várias unidades de um único monossacarídeo: a glicose. (FRYHLE; SOLOMONS, 2000). A reação de hidrólise do amido pode ocorrer por via química (ácidos, calor e pressão) ou por via enzimática, sendo esta última a forma mais utilizada comercialmente. Antes da reação de hidrólise, o amido é submetido a um processo de geleificação, que consiste em aquecer com água, de grânulos de amido para que eles se dissolvam. (COLONNA; THIEBAULT, 1988 apud ALVAREZ et. al., 2003). A hidrólise enzimática do amido fornece produtos que vão desde glicose até dextrinas de peso molecular elevado. As enzimas utilizadas na hidrólise do amido são chamadas de enzimas amilolíticas. As enzimas amilolíticas comerciais podem ser divididas em três categorias, de acordo com o modo de preparação: α-amilase termoresistente, que possui temperatura de ação superior a 90ºC; α-amilase termosensível, cuja temperatura de ação está fica num faixa de 70 a 80 ºC; e as enzimas de sacarificação de tipo amiloglicosidase e β-amilase (ALVAREZ et. al., 2003). A hidrólise química mais comum é a hidrólise ácida. O processo consiste em tratar um pasta de amido, com concentração de 50% de massa seca, com ácido clorídrico (HCl) concentrado, na proporção de 0,1 a 0,2 % sobre o peso seco do amido. Depois disso, a suspensão é submetida à ação de calor por um período de tempo que varia de acordo com o processo (ALVAREZ et. al., 2003). 3.2.1. Batata A batata é uma matéria-prima amplamente utilizada na produção de etanol na Alemanha e na Europa Oriental. Em batatas comuns têm-se uma concentração média de 75% de água e 25% de substâncias secas. Possuem alto teor de amido e baixa quantidade de açúcar, principalmente sacarose, glicose e frutose. A quantidade de açúcar e amido depende de diversos fatores tais como variedade e nível de amadurecimento da batata (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). 3.2.2. Milho O milho é uma matéria-prima muito importante na produção de etanol nos Estados Unidos e em outros países da América do Norte. Na Europa, grandes quantidades de milho são utilizadas para produção de etanol (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). A produção de milho nos Estados Unidos não tem sido suficiente para suprir a demanda por etanol neste país, pois mesmo que 100% da produção americana de milho fosse destinada à produção de etanol, apenas uma pequena fração da demanda por esse combustível seria atendida. Estudiosos alegam que o grande volume de milho consumido pela indústria de etanol dos Estados Unidos já está causando problemas no sistema alimentar, pois o país é responsável por 40 % da produção e metade das exportações globais do grão (PINHEIRO, 2007; WALD, 2007). O etanol produzido a partir do milho apresenta algumas desvantagens em relação a demais matérias-primas. Segundo um estudo realizado pela American Institute of Biological Sicences no ano de 2005, o etanol do milho produz apenas 10% mais energia do que a consumida na sua produção, enquanto o etanol da cana-de-açúcar produz cerca de 370% mais energia. Além disso, o etanol do milho requer queima de grande quantidade de

7 combustíveis fosseis para ser produzido, gerando grande quantidade de gases poluentes na atmosfera (WALD, 2007). 3.2.3. Mandioca A mandioca é uma planta tropical que possui raízes que contêm amido. Possui teor de água que varia de 11 a 12% e teor de açucares e amido que varia de 58 a 63% (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). 3.2.4. Trigo O trigo é uma matéria-prima frequentemente utilizada na Alemanha para a produção de etanol. È um cereal que possui um teor de amido em torno de 60% (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). A produção de etanol a partir do trigo crescerá muito na França. Quatro das seis grandes usinas que entrarão em operação no país até 2008 utilizarão o trigo como matériaprima (www.embrazem.com.br, 2007). 3.2.5. Centeio O centeio é uma matéria-prima muito utilizada na Alemanha. Possui um teor de amido cerca de 2 a 4% mais baixo que o do trigo (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). 3.2.6. Cevada A cevada é uma planta bem adaptada na Europa Ocidental, sendo utilizada com matéria-prima na produção de etanol nesta região (KOSARIC; PIEPER; VARDAR- SUKAN, 2001). 3.2.6.Sorgo Sacarino O sorgo sacarino é uma planta nativa de regiões subtropicais e tropicais, mas também se desenvolve em certas regiões da Áustria e Alemanha. Na Europa, é raramente utilizada na produção de etanol (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). 3.2.7. Sorgo em grãos A produção mundial do sorgo ocupa o quarto lugar entre todas as variedades de grãos. Os grãos de sorgo podem ser de cor amarela ou marrom, o que mostra diferenças significantes na sua composição. O teor de amido dos grãos de sorgo fica entre 62 e 65% (KOSARIC; PIEPER; VARDAR-SUKAN, 2001). 3.3. Matérias-primas celulósicas As matérias-primas celulósicas fermentam após hidrólise, onde a celulose presente nestas matérias-primas é convertida em açúcar fermentável. Temos como exemplo desse tipo de matéria-prima a madeira de várias espécies, serragem de madeira, casca de arroz, bagaço de cana-de-açúcar, palha e outros (COALBRA, 1983).

A celulose é um polissacarídeo formado por várias unidades de glicose, porém possui um arranjo molecular mais complexo que o do amido (FRYHLE; SOLOMONS, 2000; COALBRA, 1983). A hidrólise da celulose pode ocorrer por via química ou por via enzimática. Por via química temos a hidrólise com ácidos concentrados e hidrólise com ácidos diluídos (COALBRA, 1983). A hidrólise enzimática da celulose tem sido pesquisada e desenvolvida. Nela, se utilizam enzimas produzidas por microorganismos capazes de quebrar o açúcar da celulose. Essas enzimas são denominadas celulases (www.biotechbrasil.com.br, 2007). Antes do processo de hidrólise, as matérias-primas passam por um processo de prétratamento para desorganizar o complexo lignocelulósico. A lignina é um composto, cuja quebra libera fenóis, inibindo o processo fermentativo (www.biotechbrasil.com.br, 2007). Podem-se utilizar diversos tipos de madeira pra produzir etanol, como por exemplo, o eucalipto e o pinus. Nas composições das matérias-primas celulósicas, têm-se um teor de 40 a 75% de polissacarídeos e um teor de lignina de 15 a 30%, sendo que este último consiste em resíduo não-hidrolisável e insolúvel após a hidrólise. Além da lignina e dos polissacarídeos, temos resinas, cinzas, grupos acetílicos e metoxílicos que constituem de 3 a 8 % da composição total da madeira (COALBRA, 1983). Pode-se também utilizar o bagaço de cana e a palha (resíduos do processo de produção de álcool a partir da cana-de-açúcar) para se produzir etanol. Para isso, convertese a celulose presente nestas matérias-primas em açúcar para fermentação (www.biotechbrasil.com.br, 2007). O etanol a partir da palha de milho pode ser uma fonte alternativa à produção de etanol a partir de milho, pois o etanol derivado da celulose consome menos combustíveis fósseis. Entretanto, existe uma grande dificuldade para fazer com que as enzimas naturais necessárias na produção do etanol trabalhem dentro de biorretores para produção em escala comercial (WALD, 2007). 8

9 4. Descrição do processo de produção do etanol O processo de fabricação do álcool e açúcar encontra-se melhor exemplificado nas Figuras 4.1 e 4.2. Figura 4.1. Fluxograma de blocos do processo de fabricação de álcool e açúcar. Figura 4.2. Fluxograma do processo de fabricação de álcool e açúcar.

10 4.1. Transporte e descarregamento da cana O processo de produção de etanol inicia-se com a colheita (manual ou mecanizada) da cana-de-açúcar nas lavouras. Na colheita manual obtém-se a cana inteira, enquanto que na colheita mecanizada obtém-se a cana em pedaços. Após a colheita, a cana-de-açúcar é transportada em caminhões equipados com carrocerias até o local da fábrica onde será descarregada (guindastes, ponte rolante com cabos de aço, carroceria autobasculante, mesa basculadora lateral). Esses caminhões são pesados antes e depois do descarregamento, a fim de se obter o peso de cana que chega à fábrica, através da diferença entre as duas pesagens. Algumas amostras de cana são retiradas do caminhão para se efetuar análises como a de teor de sacarose (RIBEIRO, 2006). A cana descarregada pode ir para um estoque e posterior alimentação ou ir direto para a alimentação. O estoque de cana é utilizado quando não chega novos carregamentos de cana à fábrica. A cana picada não deve ser estocada, sendo descarrega diretamente nas esteiras. A cana estocada deve ser renovada em curtos períodos de tempo, com o objetivo de reduzir as perdas de açúcar por decomposição bacteriológica (www.copersucar.com.br, 2007). 4.2. Alimentação A cana é alimentada em uma mesa alimentadora, onde, se necessário, é lavada com jatos de água para retirada de terra, cinzas e de outras impurezas. A lavagem retira um pouco da sacarose que vem na cana, então deve ser feita uma avaliação prévia para ver se realmente a lavagem é necessária. A cana picada nunca é lavada, já que ocasionaria um arraste de grandes quantidades de sacarose (RIBEIRO, 2006). A lavagem pode ser feita a quente ou a frio (www.copersucar.com.br, 2007; RIBEIRO, 2006). Após passar pela mesa alimentadora, a cana cai numa esteira metálica que a conduz para a preparação da cana. 4.3. Preparação da cana A cana-de-açúcar é composta basicamente de uma fase sólida, a fibra, e outra líquida, o caldo. Os açúcares (sacarose e outros), dissolvidos no caldo, são as matériasprimas para produção do etanol. Antes de se iniciar a extração do caldo, a cana é preparada com os objetivos de aumentar a densidade da cana, o que aumenta a capacidade de moagem (etapa de extração do caldo), e romper ao máximo as células da cana para liberação do caldo, resultando em maior extração (www.copersucar.com.br, 2007). A preparação do caldo inicia-se com a passagem da cana por um conjunto de facas rotativas. A cana passa primeiramente por uma faca rotativa que objetiva regularizar e uniformizar a carga de cana descarregada, cortando-a em pedaços homogêneos. Esta primeira faca é chamada de nivelador. Depois, a cana passa por outra faca rotativa, chamada de picador, que corta a cana reduzindo-a a pedaços ainda menores, sem, no entanto, extrair o seu caldo. Depois de cortada, a cana passa pelo desfibramento, para destruir sua estrutura, auxiliando na extração do caldo. O desfibramento é feito no desfibrador, que consiste num equipamento formado por um tambor alimentador, onde a cana é compactada, e por um conjunto de martelos pesados acoplados a um eixo que gira em sentido contrário ao da

11 esteira, gerando um impacto entre a cana e os martelos. O desfibramento é mais eficiente quando feito no início do tandem de moendas (www.copersucar.com.br, 2007; RIBEIRO, 2006). A cana preparada passa ainda por um separador magnético, que consiste num eletroímã suspenso sobre a esteira. Nele, retiram-se impurezas metálicas, como pedaços de aço e ferro, que chegam junto com a cana e que podem danificar os equipamentos. 4.4. Extração do caldo A cana preparada segue para a extração do caldo, operação que pode ser feita por moagem ou por difusão. 4.4.1. Moagem Na etapa de moagem, a cana sofre um esmagamento sob alta pressão, deslocando o caldo do bagaço, que pode ser queimado nas caldeiras para fornecimento de energia. A moagem é feita no tandem de moenda, que consiste de 4 a 6 unidades de moendas (ternos) em série acionadas eletricamente ou a vapor (turbinas a vapor são os meios mais utilizados em unidades industriais). As moendas, por sua vez, consistem de três rolos, ou cilindros, dispostos em forma de triângulo, o que permite que a cana seja espremida duas vezes: entre o superior e o primeiro cilindro inferior, e entre o superior e o segundo inferior. Os cilindros inferiores são fixos, enquanto o cilindro superior se movimenta, levantando e abaixando, por meio de um sistema de pressão (RIBEIRO, 2006). A maior parte do caldo é extraída da cana no primeiro terno (cerca de 70%) e a capacidade de extração diminui de um terno para outro. Mesmo se o bagaço for submetido a pressões maiores e mais vezes, o seu caldo nunca é totalmente extraído. O limite de extração é alcançado rapidamente, já que grande parte do caldo é extraído no primeiro terno. Para contornar este problema, utiliza-se a extração com embebição, que consiste em adicionar água ao bagaço para diluir o caldo e aumentar o poder de extração. Existem dois tipos de embebição: simples e composta. A embebição simples consiste na adição de água ao bagaço após cada moenda. Já na embebição composta, a água é distribuída transversalmente ao bagaço que está na esteira intermediária que alimenta o último terno. O último caldo extraído é retornado à penúltima esteira, e assim sucessivamente, até o segundo terno. O caldo do segundo terno é misturado com o do primeiro terno feito sem embebição (RIBEIRO, 2006; PAYNE, 1989). O caldo extraído no primeiro terno de moenda (sem embebição) é chamado caldo primário e o caldo extraído nos outros ternos (com embembição) são denominados caldo secundário. Em usinas, o caldo primário se destina a produção de açúcar, enquanto que o caldo secundário segue para a fabricação de álcool. 4.4.2. Difusão A extração do caldo da cana pode ser feito por um processo de difusão, onde o caldo é extraído da cana fragmentada através da passagem de um fluxo contracorrente de água ao invés de ser expelido por prensagem, como na moagem. O processo de extração do caldo por difusão é ainda pouco utilizado no Brasil (www.copersucar.com.br, 2007; PAYNE, 1989).

12 Antes da extração, a cana passa por um preparo feito de modo semelhante ao feito para a moagem. As células que não foram abertas no processo anterior passam pela desnaturação térmica, que por ação do calor, torna possível a extração da sacarose. O processo ocorre em equipamentos chamados difusores. Há os difusores de cana e os de bagaço. Os primeiros são alimentados com cana desfibrada com 90% de células abertas. Os segundos possuem, antes, uma moenda que extraem 60% do caldo da cana (RIBEIRO, 2006). Os difusores consitem em um túnel de chapa de aço com secção retangular. A cana preparada é aquecida a 70º C por intermédio do caldo de recirculação, que passou por um aquecedor de caldo com vapor. A camada de cana é transportada, dentro do difusor, sobre telas perfuradas por meio de corrente de barra de arraste(ribeiro, 2006). Quase ao final do processo, há a adição de água de embebição a 80ºC. A água percola através da camada de cana e das perfurações da tela metálica do fundo. Durante a percolação, a água dissolve o açúcar, sendo posteriormente recolhida numa tremonha abaixo da tela e bombeada para o estágio anterior (RIBEIRO, 2006). O caldo bombeado passa pelo estágio anterior e volta a percolar, e assim, sucessivamente, até chegar ao estágio inicial, atingindo a concentração máxima na entrada do difusor. Ao final do difusor, o bagaço com 70 a 75 % de umidade deve ser passado por uma moenda para reduzir seu teor de umidade para valores entre 50 e 52% (RIBEIRO, 2006). 4.5. Tratamento primário do caldo 4.5.1. Peneiramento O caldo extraído da cana é chamado de caldo misto ou impuro e contém impurezas solúveis e insolúveis. As impurezas insolúveis (terra, areia, bagaço fino ou bagaçilho, argila e outros) são retiradas do caldo através do tratamento primário. A retirada dessas impurezas visa uma melhoria do processo através de um aumento da eficiência e da vida útil dos equipamentos, contribuindo também para uma melhor qualidade dos produtos finais (www.copersucar.com.br, 2007). O tratamento primário consiste no peneiramento do caldo, que pode ser realizado por diversos tipos de peneiras, como, por exemplo, as peneiras Cush-cush. As peneiras Cush-cush são constituídas de telas fixas com aberturas 0,5 mm a 2 mm. Essas peneiras são instaladas junto às moendas. O caldo escoa através das peneiras e o bagaçilho retido é retornado ao processo de extração. Outras peneiras são utilizadas atualmente (rotativas, vibratórias, estacionárias) com telas de diversos modelos e aberturas (0,2 a 0,7 mm). Essas peneiras, também retornam ao processo de extração o material retido. 4.6. Tratamento do caldo para fermentação Em usinas são produzidos álcool e açúcar, enquanto que em destilarias só se produz álcool. Após o peneiramento, o caldo passa por uma preparação para a fermentação que varia de uma unidade industrial para outra. Alguns tipos de tratamento do caldo são citados abaixo. Processo 1 (processo usual nas usinas): o caldo (secundário, misto ou filtrado) passa pelas etapas de aquecimento, flash, adição de polímero, decantação e peneiramento,

13 Processo 2 (indicado por muitos técnicos como o melhor): o caldo passa pelas etapas de caleação, aquecimento a 105 C (e em alguns casos polieletrólitos), flash, decantação, e resfriamento. Processo 3: o caldo passa etapas de passagem por hidrociclones, aquecimento a 105 C, adição de leite de cal até ph em torno de 7,0 (e em alguns casos polieletrólitos), flash, decantação, e resfriamento (informações verbais fornecidas por Eloísio Ribeiro). Portanto, dependendo da unidade industrial o caldo pode desde sofrer nenhum tratamento até passar por um tratamento semelhante ao descritos acima. 4.6.1. Calagem O ph do caldo é levemente ácido, ficando entre 4,4 e 5,5. Para elevar o seu ph a fim de evitar a inversão da sacarose, o caldo passa pelo processo de calagem (ou caleação) que consiste na adição de leite de cal ( CaOH 2 ) ao caldo. O ph do caldo é elevado, ficando entre 6,8 e 7,2. O ajuste de ph ocorre através da reação de neutralização da cal com os ácidos orgânicos presentes no caldo formando sais insolúveis. Estes são separados do caldo na etapa posterior de decantação, sendo que, durante esta etapa, arrastam consigo impurezas contidas no caldo (www.copersucar.com.br, 2007; RIBEIRO, 2006; informações verbais obtidas na Usina Alta Mogiana). Além da formação de produtos insolúveis, a calagem promove a coagulação das proteínas e flotação de grandes quantidades de colóides presentes no caldo. O leite de cal pode ser preparado na própria usina, através da hidratação da cal virgem (CaO) feitas em tanques apropriados segundo a reação mostrada abaixo (1). CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + calor (1) cal virgem água hidróxido de cálcio (leite de cal) O processo de calagem pode ser feito de diversas formas, tais como: calagem fria, calagem quente, calagem fracionada e aquecimento duplo, calagem com ebulição e adição de cal com sacarato (RIBEIRO, 2006). 4.6.2. Aquecimento O caldo é aquecido em trocadores de calor (normalmente do tipo casco tubo) até uma temperatura de aproximadamente 105ºC. O aquecimento tem a finalidade acelerar as reações químicas; facilitar a cogulação de proteínas e floculação de colóides; reduzir a solubilidade dos sais de cálcio e a viscosidade do meio, acelerando o processo de decantação; e saturar os sais formados nas reações. O aquecimento pode ser feito antes ou depois da calagem dependendo da unidade industrial (www.copersucar.com.br, 2007, RIBEIRO, 2006).

14 4.6.3. Flash Em algumas indústrias, um balão flash é colocado imediatamente antes e acima do decantador. Quando o caldo chega ao balão, há uma evaporação espontânea à pressão atmosférica. Com isso, há a eliminação de ar dissolvido no caldo que dificulta a decantação de impurezas leves como o bagacilho (RIBEIRO, 2006). 4.6.4. Decantação Na decantação, o caldo é purificado através da remoção de coagulados formados nas etapas anteriores. O processo de decantação se dá nos decantadores (convencionais ou rápidos). A decantação consiste num processo contínuo que demora aproximadamente três horas nos decantadores convencionais, e uma hora nos decantadores rápidos. No entanto, os decantadores convencionais apresentar melhor eficiência (RIBEIRO, 2006). O caldo após passar pela etapa de decantação é chamado de caldo clarificado. O material decantado, chamado de lodo, é retirado dos decantadores. Esse lodo passa por um processo de filtração em filtros rotativos à vácuo. Através da filtragem, é obtido o caldo filtrado (também usado na produção de álcool) e a torta, esta última usada como adubo nas lavouras (www.copersucar.com.br, 2007). 4.6.5. Resfriamento Antes de ir para o processo de fermentação, o caldo é resfriado. Geralmente, o resfriamento do caldo é feito em duas etapas. Na primeira etapa, o caldo quente passar por um trocador de calor em contracorrente com caldo misto frio (regeneração). Assim, o caldo misto é aquecido e o caldo que vai para a fermentação é resfriado até uma temperatura de aproximadamente 60ºC. Na segunda etapa, o caldo é resfriado até aproximadamente 30ºC ao passa por trocadores de calor de placas que utilizam água em contracorrente como fluido de resfriamento (www.copersucar.com.br, 2007). 4.7. Preparação do mosto O mosto consiste no material rico em açucares que será fermentado. Ele pode ser preparado utilizando caldo clarificado, caldo filtrado e/ ou melaço, sendo que este último consiste num subproduto obtido do processo de fabricação do açúcar. Para atender as condições ideais de fermentação, o mosto pode: receber adições de antissépticos e antibióticos para evitar contaminações; receber adição de ácido ou de base para ajuste de ph; sofrer controle de temperatura; e receber adição de nutrientes necessários à fermentação (RIBEIRO, 2006). Os mostos geralmente sofrem diluição com água. Em mostos formados apenas de melaço, normalmente faz-se apenas diluição. Em alguns casos, adiciona-se fostatos e sais de amônio na proporção de 1 g por litro de mosto e corrigi-se a acidez com ácido sulfúrico. Em mostos compostos apenas de caldo, além da diluição, adicionam-se fosfatos, sais de amônio e vitaminas. (LIMA, 1975). 4.8. Preparação do fermento O fermento ou inóculo consiste no conjunto de microorganismos que são usados para catalisar as reações da fermentação. Os microorganismos mais usados na fermentação

15 alcoólica são as leveduras, principalmente a Saccharomyces cerevisiae e a Saccharomyces uvarum. O fermento é previamente preparado antes de ser adicionado ao mosto. Ele pode ser preparado partindo de culturas selecionadas por instituições especializadas. Essas culturas são inoculadas em volumes de substrato com concentrações e quantidades cada vez maiores, até que se atinja o volume útil para fermentação da indústria (LIMA, 1975). 4.9. Fermentação Na etapa de fermentação, são realizadas as reações para transformação dos açúcares em álcool. A fermentação é realizada em tanques agitados denominados dornas de fermentação, onde se mistura o mosto com o fermento. O mosto fermentado é chamado de vinho. (www.copersucar.com.br, 2007). As principais reações ocorridas na etapa de fermentação podem ser vistas abaixo C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 (2) sacarose água glicose frutose C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 23,5 Kcal (3) glicose etanol dióxido de carbono energia e/ou frutose A fermentação pode ocorrer de forma contínua ou descontínua, em dornas abertas ou fechadas. A fermentação varia de 4 a 10 horas, e durante o processo há a liberação de gás carbônico e calor. Para que a temperatura não ultrapasse a ideal ( entre 28 e 32 ºC) o vinho deve ser resfriado utilizando serpentinas internas às dornas, onde se circula água; ou trocadores de calor, onde o vinho troca calor com água em fluxo contracorrente. Durante a fermentação, são formados alguns produtos secundários como glicerol, aldeídos e álcoois superiores. Após a fermentação, o vinho formado possui um teor de álcool que varia de 7 a 10% (www.copersucar.com.br, 2007). 4.10. Centrifugação do vinho Após a fermentação, o vinho passa por centrífugas onde é recuperado o fermento. Esse fermento segue para as cubas onde recebe tratamento, que consiste em diluir o fermento com água e depois, adicionar ácido sulfúrico para obter um ph de 2,5 ou menor. O fermento é agitado por um período que varia de uma a três horas e depois retorna às dornas de fermentação (www.copersucar.com.br, 2007). 4.11. Destilação do vinho O vinho vindo da etapa de fermentação possui cerca de 7 a 10 ºGL (% de álcool em volume). O vinho possui, além do álcool etílico, diversas outras substâncias como água, glicerol, álcoois homólogos superiores, furfural, aldeído acético, ácidos succínico e

16 acético. Para separar o álcool etílico dos demais componentes, o vinho passa pela etapa de destilação. A etapa de destilação é feita geralmente em duas colunas de destilação, onde o álcool e água são separados dos demais componentes do vinho. Dessas colunas são retiradas a vinhaça, um resíduo rico em água, matéria orgânica, nitrogênio, potássio e fósforo, utilizado como adubo nas lavouras (www.usinaester.com.br). O álcool produzido é chamado de álcool hidratado e possui uma concentração de 94º GL. O álcool anidro é um outro tipo de álcool com concentração de 99º GL e para ser produzido, o álcool hidratado é submetido a um processo de desidratação. A desidratação pode ser feita de três formas: destilação azeotrópica, utilizando ciclohexano; destilação extrativa, utilizando monoetilenoglicol; e desidratação por adsorção, utilizando peneira molecular (www.copersucar.com.br, 2007). No processo de destilação azeotrópica utilizando ciclohexano, utiliza-se uma coluna de desidratação, onde o ciclohexano é alimentado no topo da coluna e o álcool a ser desidratado é alimentado a um terço abaixo do topo da coluna. Neste processo, o ciclohexano tem a característica de formar com o álcool um mistura ternária (azeótropo) com ponto de ebulição de 63ºC. Este menor ponto de ebulição da mistura em relação ao do álcool (78ºC), faz com que a água seja separada do álcool, saindo no topo da coluna. Por condensação, a mistura azeotrópica se separa em duas fases, sendo que a fase mais rica em água é enviada para uma outra coluna para recuperação do ciclohexano, que retorna ao processo de desidratação. O álcool anidro sai no fundo da coluna de desidratação, sendo, depois, encaminhado para o armazenamento (www.copersucar.com.br, 2007). No processo de destilação extrativa utilizando monoetilenoglicol, utiliza-se uma coluna de desidratação onde o monoetilenoglicol (MEG) é alimentado no topo da coluna e o álcool a ser desidratado é alimentado a um terço abaixo do topo da coluna. O monoetilenoglicol absorve e arrasta a água para o fundo da coluna e os vapores de álcool anidro saem no topo da coluna, de onde o álcool é condensado e enviado para o armazenamento. A mistura contendo água, monoetilenoglicol e uma quantidade de álcool remanescente é enviada para uma coluna para recuperação do monoetilenoglicol que retorna ao processo de desidratação. Devido o monoetilenoglicol concentrar impurezas retiradas do álcool, faz-se necessário sua purificação pela passagem através de uma coluna de resinas de troca iônica, que retém os sais e reduz a acidez (www.copersucar.com.br, 2007). Na desidratação por adsorção utilizando peneira molecular, o álcool a ser desidratado é primeiramente vaporizado e superaquecido. Depois ele é enviado para as colunas de desidratação, que contém em seu interior um material constituído basicamente por hidrosilicato de alumínio contendo microporos, denominado de zeolita (popularmente conhecido como peneira molecular). Esta rede de microporos absorve a água, deixando passar os vapores de álcool que são posteriormente condensados na forma de álcool anidro. De tempos em tempos, é realizada a recuperação da zeolita pela passagem sob vácuo dos vapores alcoólicos que são posteriormente destilados para recuperação do álcool neles contidos (www.copersucar.com.br, 2007). 4.12. Armazenagem Tanto o álcool etílico quanto o álcool hidratado são, no caso de armazenagem de grandes volumes, armazenados em tanques metálicos aterrados e protegidos contra descargas atmosféricas e sistemas de proteção de respiro (corta-chamas). Os tanques também são protegidos por bacias de contenção com capacidade para conter todo o volume armazenado(www.copersucar.com.br, 2007).

17 No caso de armazenagem de pequenos volumes, o álcool é armazenado em embalagens de aço-carbono, ferro ou aço inoxidável, longe de fonte de calor, em local arejado e com instalações elétricas à prova de explosões, e sistemas de aterramento (www.copersucar.com.br, 2007). 4.13. Aplicações do álcool etílico O álcool etílico é usado: em motores de combustão como combustível; como aditivo na gasolina; como solvente em diversas indústrias como as de tintas e vernizes; como matéria-prima na produção de acetato de etila, ésteres, glicóis, acetaldeído, éter dietílico, álcool neutro e outros; como substrato na produção de vinagre (ácido acético) (www.copersucar.com.br, 2007). 4.14. Inovações tecnológicas e boas práticas associadas ao processo As inovações tecnológicas e as boas práticas associadas ao setor sucroalcooleiro foram significativas, o que permitiu o crescimento da produção de etanol. Entre as áreas de maior destaque estão: o melhoramento genético, a mecanização da colheita, o gerenciamento agrícola, o controle biológico de pragas e a reciclagem de efluentes (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006). Houve grandes evoluções nas práticas agrícolas que aumentaram a produtividade e longevidade dos canaviais, e diminuíram custos de produção. Entre essas evoluções temse: o desenvolvimento de equipamentos e implementos para reduzir a compactação de solos, a aplicação correta de fertilizantes, sistemas mais racionais para transporte de cana, adaptações das atividades agrícolas (plantio, adubação e aplicação de herbicidas) para o sistema de colheita mecanizada sem queima e o uso de maturadores químicos no início da safra (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006). Os avanços também ocorreram na área industrial. Houve melhorias no teor de extração do caldo e nos processos de fermentação e destilação do álcool. Atualmente consegue-se um rendimento do processo industrial entre 89 e 92%. Isto possibilita a obtenção de uma faixa de 85 a 89 litros de álcool por tonelada de cana (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006). O aumento na eficiência do processo foi ocasionado por diversos melhoramentos no processo produtivo. A vinhaça (resíduo do processo de destilação), que antigamente consistia num agente poluidor de águas, começou a ser reaproveitada como adubo nas lavouras. Isto significou numa economia com uso de fertilizantes ricos em potássio. Já o uso de sistemas ou limpeza mais eficientes reduziu a quantidade de efluentes decorrentes da lavagem da cana. Outros ganhos de eficiência do processo foram resultados do aproveitamento do bagaço, que possui grande quantidade de energia. O bagaço queimado nas caldeiras (processo de cogeração, que é detalhado no Capítulo 6) possibilitou o suprimento das necessidades energéticas de usinas e destilarias (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006). Além disso, o melhoramento genético da cana trouxe grandes progressos na produtividade do setor sucrooalcooleiro, principalmente na região Centro-Sul. O teor de sacarose do caldo cresceu progressivamente devido à introdução de novas variedades de cana. Através de programas de melhoramento genético, obtiveram-se novas variedades melhores adaptadas ao local de plantio e mais resistentes às eventuais doenças e pragas (FURTADO, SCANDIFFIO, 2006). Diversos programas são desenvolvidos com parcerias entre universidades e empresas privadas no desenvolvimento de novas mudas de cana. Sediados no estado de

18 São Paulo tem-se os seguintes programas de melhoramento genético: o Centro de Tecnologia Canavieira (CTE), a Rede Interuniversitária do Desenvolvimento do Setor Sucroalcooleiro (Ridesa), o Instituto Agronômico de Campinas (IAC), e a Canaviallis e Allelyx.. O CTC, e Canaviallis e Allelyx são emrpesas privadas que operam com recursos supridos pelos seus mantenedores (no caso da CTC são cerca de 100 usinas e associações de plantdores de cana, e no caso da Canaviallis, o grupo Votorantim ). No Brasil há mais de 500 variedades de cana, sendo que 20 principais ocupam 80% da área de cana plantada (FURTADO; SCANDIFFIO, 2006).. 4.14.1. Mecanização da colheita e queimadas A mecanização da colheita foi uma boa prática que aumentou o rendimento operacional do processo. Enquanto um trabalhador braçal colhe em média 7 toneladas por dia, a máquina colhedora tem capacidade de atingir 800 toneladas por dia (ROCHA, 2007). Além disso, a colheita mecanizada reduziu o impacto ambiental, por dispensar a queima prévia cana. Durante a colheita manual da cana-de-açúcar, faz-se uso da queima prévia da cana, sendo que esta queima tem como objetivo fazer a limpeza do canavial (eliminação de pestes, plantas rasteiras, folhas secas, palha e outros) a fim de facilitar a operação de corte, aumentando a eficiência de operação. No entanto, o processo de queima causa diversos problemas: perda de matéria bruta; aumento de riscos de deterioração da cana; favorecimento de infestação de pragas da cana, de matéria orgânica e da microfauna e/ou macrofauna; favorecimento da infestação de microorganismos nos colmos; destruição dos inimigos naturais das pragas da cana; liberação de gases que contribuem para o efeito estufa; liberação de fuligem que causa incômodo para a população local; entre outros (ROCHA, 2007). No entanto a colheita mecanizada apresenta algumas desvantagens. Uma delas o preço da colhedora de cana que é elevado. Além disso, em função da altura do corte realizado pelas lâminas da colhedora, o comprimento da cana é menor que o obtido pela colheita manual, podendo haver uma perda. Devido ao espaçamento entre as mudas de cana, um dos lados da máquina roda sobre a linha de cultivo, o que aumenta a densidade do solo e leva a uma rebrota menos uniforme. A mecanização da colheita é desfavorável em terrenos com alta declividade e em certas variedades de cana. Do ponto de vista social, a colheita mecanizada pode causar um grande desemprego, já que uma máquina colhedora é capaz de substituir o trabalho de até 100 trabalhadores(rocha, 2007; FURTADO, 2002). Uma lei da Assembléia Legislativa de São Paulo prevê a redução progressiva na área queimada (25% a cada 5 anos), em favor da mecanização. Esta lei não se aplica para áreas com mais de 12% de declividade e propriedades com menos de 150 hectares. (FURTADO, 2002). 4.14.2. Leveduras modificadas e centrifugação Uma pesquisa, desenvolvida no Laboratório de Genômica e Expressão do Instituto de Biologia da Universidade Federal de Campinas (Unicamp) oferece uma inovadora ferramenta para aumentar a eficiência da produção de álcool: uma levedura modificada capaz de eliminar a etapa de centrifugação do vinho. O processo ocorre da seguinte forma: com o avanço da fermentação, a ausência de açúcar dispara o funcionamento de um gene que leva as leveduras a se agregarem em pequenos flocos que se precipitam devido ao seu peso. Desta forma, a centrifugação seria eliminada. A etapa de centrifugação consome

19 grande quantidade de energia, aumentando o custo de produção. Além disso, as centrífugas industriais são caras e exigem constante manutenção, aumentando ainda mais os custos (BUYS, 2003) O gene floculante existe normalmente nas leveduras, porém se encontra inativo, ou seja, não se expressa. Com a manipulação genética em laboratório feita em condições controladas e adequadas ao processo de fermentação de fermentação industrial, esses genes passaram a se manifestar. Ao se expressar, o gene produz uma proteína de membrana capaz de agregar células, por meio de ligações químicas. Esse agregado de células é que forma os flocos. No entanto, a expressão do gene só deve ocorrer no ambiente pobre em açúcar, já que no início da fermentação as leveduras devem permanecem suspensas e livres (BUYS, 2003). No entanto, a aplicação dessas leveduras em escalas industriais apresenta algumas barreiras. As leveduras de laboratório são dotadas de uma série de facilidades para a manipulação experimental. Nas dornas de fermentação, haveria uma competição entre as leveduras selvagens (leveduras não modificadas) e as leveduras modificadas, onde as primeiras, por estarem há várias gerações adaptando-se a estas condições particulares, levariam vantagem.. Além disso, as linhagens de levedura de laboratório são do tipo haplóide, isto é, possuem genes e cromossomos em doses simples, enquanto que as selvagens são do tipo diplóides ou até poliplóides (possuem duas doses de cada gene e cromossomo, no mínimo). Outra facilidade é que as células de laboratório possuem caracteres fisiológicos modificados para atender às manipulações experimentais (BUYS, 2003).

20 5. Matérias-Primas geradas do processo 5.1. Bioplástico Os bioplásticos consistem de biopolímeros obtidos a partir de matérias-prima renováveis. Eles possuem características semelhantes às dos plásticos convencionais (polietileno PE; poli (tereftalato de etileno) PET e outros) derivados de fontes nãorenováveis (petróleo e do gás natural) Além de divergirem quanto ao tipo de matériaprima do qual são derivados, os bioplásticos diferem dos plásticos convencionais em uma outra importante característica: a de serem biodegradáveis, isto é, em ambientes microbiologicamente ativos (solos, usinas de compostagem e aterros sanitários), eles se decompõem em dióxido de carbono, metano e água (dependendo do nível de oxidação do meio) em um curto espaço de tempo. (GORNI, 2003; LABORATÓRIO DE BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL, 2006). Os bioplásticos podem ser originados de diversos tipos de matérias-primas tais como celulose, milho, quitina, soro de leite e cana-de-açúcar. Através da sacarose da cana de açúcar, é produzido o bioplástico denominado polihidroxibutirato (PHB) e dele pode se derivar um copolímero, o polihidroxibutirato-valerato (PHB-HV). O PHB e o PHB-PV pertencem à família dos polihidroxialcanoatos (PHA). A composição química do PHB consiste basicamente em carbono, oxigênio e hidrogênio, e pode ser visualizada na figura 5.1 (CEMPRE, 2007; ORTEGA FILHO, 2003). Figura 5.1. Estrutura molecular do polihidroxibutirato (PHB) O desenvolvimento tecnológico dos bioplásticos iniciou-se em 1992, numa parceria entre o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), Cooperativa dos Produtores de Cana, Açúcar e Álcool do Estado de São Paulo (Copersucar) e o Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP). Em 1995, uma planta piloto para produção de bioplástico foi instalada na Usina da Pedra, em Serrana, no estado de São Paulo. Nesta fase de testes, iniciaram-se a produção do PHB e do copolímero PHB-HV, testando com equipamentos industriais a rota de produção desenvolvida em laboratório. A capacidade nominal da planta era da ordem de 1,5 a 2 toneladas por mês. No ano 2000, com a criação da empresa PHB Industrial S/A, a planta foi remodelada para uma capacidade de produção de 60 toneladas por ano (ORTEGA FILHO, 2003). Outros avanços surgiram no setor do bioplástico. Um projeto foi desenvolvido para facilitar a obtenção desse polímero a partir do bagaço hidrolisado de cana. A hidrólise libera açucares presentes no bagaço que servem como matéria-prima para produção do bioplástico. A hidrólise também induz a formação de compostos tóxicos para as bactérias, mas o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) desenvolveu um procedimento para desintoxicar o hidrolisado e tornar possível o seu uso para os microorganismos. A grande diferença dessa técnica em relação à técnica desenvolvida inicialmente, está no tipo de matéria-prima. Nesta, emprega-se a xilose (substância açucarada presente no bagaço da cana) ao invés da sacarose usada no outro processo. As pesquisas também identificaram