Pesquisa desenvolvida no INT recebe pela segunda vez prêmio de Química Verde

A bolsista de doutorado Marina Tomasini e sua orientadora, Viridiana Ferreira-Leitão, chefe da Divisão de Catálise, Biocatálise e Processos Químicos (DICAP) do Instituto Nacional de Tecnologia (INT), foram contempladas mais uma vez com o prêmio Arikerne Sucupira de Incentivo à Química, conferido ao melhor trabalho apresentado nos Encontros da Escola Brasileira de Química Verde (EEBQV). A premiação mais recente foi anunciada virtualmente no encerramento do X EEBQV, no dia 10 de novembro de 2021, contemplando o artigo “Avaliação da produção de hidrogênio a partir da fração hemicelulósica de palha de cana-de-açúcar por processo mesofílico e termofílico”.

Desenvolvido integralmente no Laboratório de Biocatálise (Labic/DICAP) do INT, o trabalho é tema do doutorado em Bioquímica de Marina, pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, sob orientação da professora Viridiana, que também chefia o Labic. Na versão anterior do EEBQV, realizado presencialmente em 2019, em Uberlândia (MG), elas também tiveram premiado em 1º lugar o artigo correspondente à dissertação de mestrado, inserido na mesma linha de pesquisa, desenvolvida no Laboratório desde 2008.

A produção biológica de hidrogênio através da fermentação viabiliza o uso da palha de cana-de-açúcar, um resíduo da colheita, que alcançou cerca de 87 milhões de toneladas em 2021. A celulose, fração mais abundante da estrutura lignocelulósica da palha, composta principalmente de glicose, já é utilizada em algumas indústrias sucroalcooleiras para geração do etanol de segunda geração. Neste trabalho, no entanto, o processo usa a hemicelulose: a segunda fração mais abundante da estrutura lignocelulósica da palha, que ainda é subutilizada pelo setor sucroalcooleiro. Isso porque os microrganismos mais utilizados nesta indústria não metabolizam os açúcares desta fração, que são as pentoses.

Solução que vem do esgoto

A pesquisa desenvolvida no INT, por sua vez, faz uso de outros microrganismos, oriundos do lodo de uma estação de tratamento de esgoto. Esse conjunto formado por microrganismos anaeróbios transforma as pentoses – predominantes na hemicelulose da palha – em fonte de carbono para a geração do hidrogênio (H₂). Dentre os microrganismos presentes no lodo, há especificamente aqueles que são termotolerantes, possuindo atividade em temperaturas mais elevadas. Daí surgiu a novidade do último trabalho: a fermentação em condição termofílica.

“Essa condição, que corresponde à temperatura de 50°C, apresentou aproximadamente o dobro de produção de hidrogênio, comparada à produção a 35°C (condição mesofílica). A modificação do ambiente fermentativo nesta temperatura superior favorece os microrganismos produtores de H₂ e desfavorece os consumidores deste gás. A condição também reduz o H₂ dissolvido no meio, minimizando os desvios de rota para produção de outros compostos” – revela a bioquímica Marina Tomasini.

O interesse no hidrogênio como combustível tem aumentado muito nos últimos anos, por conta de sua alta densidade energética e de gerar apenas água como produto da combustão. Sendo uma cultura mista de microrganismos, no entanto, além da produção de hidrogênio o processo pode ser aplicado no contexto de biorrefinaria, gerando também intermediários metabólicos com alto valor agregado.

Produção limpa de H₂ garante outro finalista na premiação

Entre os quatro finalistas desta última edição do Prêmio Arikerne Sucupira de Incentivo à Química houve mais um trabalho desenvolvido no Laboratório de Biocatálise do INT, envolvendo também a produção limpa de hidrogênio. “Avaliação da viabilidade técnica da produção sequencial de hidrogênio e metano utilizando a semente de açaí” foi o título do artigo selecionado, produzido pelo bolsista de mestrado Pedro Vitor Martins, em conjunto com a mesma orientadora, Viridiana Ferreira-Leitão, e a coorientadora Ayla Sant’Ana, também do Labic. Pedro Vitor também é aluno do Programa de Pós-graduação em Bioquímica da UFRJ.

O trabalho avaliou a produção de hidrogênio e metano em modo contínuo e em batelada, utilizando o hidrolisado da semente e as correntes residuais de uma biorrefinaria de açaí. O estudo confirmou a viabilidade técnica do uso dessa biomassa, ressaltando também sua perspectiva econômica e ambiental, com base no fato de a semente representar 85% do fruto e gerar anualmente um resíduo de aproximadamente 1,3 milhão de toneladas.

A rota faz uso da manose,  açúcar muito similar à glicose, como fonte de carbono para produção de hidrogênio e metano.