Décio Luiz Gazzoni

Novas tecnologias


Décio Gazzoni - 07 jun 2010 - 15:36 - Última atualização em: 09 nov 2011 - 19:13

O mês de maio foi movimentado. O acidente ocorrido em 20 de abril, com a plataforma de petróleo da British Petroleum no Golfo do México, foi assunto recorrente na imprensa mundial. A principio, pelo acidente em si. Porém, passados alguns dias, ficou claro que o acidente era muito sério, que poderia não se tratar de um caso isolado, e que não havia tecnologia comprovada e disponível para conter o vazamento de petróleo no oceano. Até agora foram dezenas de milhões de barris derramados na água, sem que surja uma perspectiva real de solucionar, definitivamente, o problema. E, especialmente, de evitar que o problema torne a acontecer no futuro.

Enquanto isto, o impacto ecológico é incomensurável, a ponto de obnubilar o impacto financeiro, do qual ninguém fala, porque se tornou secundário. Pressionado pela opinião pública, no dia 27 de maio o presidente Barrack Obama sustou investimentos em prospecção e extração de petróleo no Golfo, por um período mínimo de 6 meses, até que seja comprovado que a retomada dos trabalhos pode ser efetuada com segurança. Esta é uma decisão muito pesada para um país que importa mais de 90% do petróleo que consome.

A imprensa mundial desdobrou o tema em dois grandes aspectos. O primeiro foi questionar a segurança da extração de petróleo em águas profundas, o que possui reflexo imediato na exploração das reservas de pré-sal brasileiro. A ponto de que, nos bastidores da política, os nossos congressistas prefiram empurrar o tema da regulamentação da sua exploração para um futuro suficientemente distante das eleições, a fim de não serem tragados para o bojo das discussões sobre o acidente ecológico no Golfo, tema politicamente explosivo o suficiente para que a discussão do assunto seja temporariamente suspensa.

O segundo desdobramento é a substituição de fontes fósseis, sujas, por energia renovável. Sempre que o meio ambiente é agredido, este assunto vem à tona (sem trocadilho com o vazamento do petróleo!), e o tema foi revisitado nos cinco continentes, porém com maior repercussão no Hemisfério Norte, onde estão os grandes consumidores de energia, coincidentemente os maiores prejudicados com os efeitos adversos do uso de energia suja.

Mas, aqui no Brasil, o tema também movimentou a imprensa. E, embora sem conexão direta com o vazamento do Golfo do México,duas notícias em particular chamaram a atenção: no Rio, ônibus propelido por eletricidade e célula de combustível; em São Paulo, ônibus propelido por diesel vegetal, mantendo o mesmo motor diesel original de fábrica.

Ambas as tecnologias já vinham sendo estudadas havia muito tempo, sendo mera coincidência a sua divulgação pública no momento em que um enorme desastre ecológico foi provocado por exploração de petróleo em águas oceânicas. Mas, sem dúvida, a opinião pública é mais favorável e receptiva a notícias envolvendo tecnologias limpas quando as sujas estão emporcalhando o ambiente.

Ônibus a hidrogênio
A primeira impressão transmitida pela imprensa que cobriu a apresentação do ônibus ao público foi: o ônibus não faz barulho! O barulho chato dos motores diesel, com o qual os passageiros de ônibus têm que conviver, sumiu. Isto porque o motor diesel também sumiu. A segunda impressão foi que, em vez de fumaça, o cano de descarga elimina vapor d´água.

No lugar do motor à combustão, entram outras formas de propulsão mecânica. A primeira é um conjunto de baterias, que podem ser carregadas numa tomada da rede elétrica, quando o veículo está parado na garagem. A segunda fonte é o hidrogênio, que abastece pilhas a combustível de óxido sólido, que são geradores de energia elétrica. E a terceira fonte é a recuperação da energia cinética, que normalmente é perdida nos veículos, a qual é reinjetada no sistema. Um ônibus a diesel desperdiça energia cinética produzida quando o motorista freia ou não pisa no acelerador. No veículo a hidrogênio, ela se transforma em energia elétrica, armazenada em ultracapacitores.

O ônibus foi desenvolvido na COPPE (Instituto de Pós-Graduação e Engenharia) da UFRJ. Foi na COPPE que surgiu a primeira pilha a combustível produzida no Brasil, nos idos de 1980. O grupo envolvido nunca parou de pesquisar e a evolução conduziu ao ônibus apresentado ao público no Rio de Janeiro. Existem outros dez grupos de pesquisa no mundo que se dedicam ao desenvolvimento de veículos movidos a hidrogênio.

Um sistema de interligação conecta as três fontes aos diferentes equipamentos do veículo (ar condicionado, sistema de tração, acionamento de portas, etc.). A divisão do espaço interno foi idealizada para que houvesse o menor gasto possível de energia. Externamente, a carroceria do ônibus assemelha-se aos movidos a motores diesel. Sua capacidade é de 68 pessoas, sendo 27 sentadas, com uma rampa e uma área reservada para deficientes físicos.

O protótipo contou com financiamento de empresas privadas, Petrobras e FINEP. O ônibus experimental ganha as ruas já no segundo semestre deste ano, para transportar alunos e funcionários da UFRJ, e tem autonomia inicial de 300 km – o que é ótimo, comparativamente aos atuais veículos elétricos, de passeio.

Até o fim do ano, o veículo será incorporado à frota de uma empresa comercial, cumprindo o trajeto entre os aeroportos do Galeão e Santos Dumont, o que se constitui em uma excelente vitrine para inovações, por transportar pessoas de alto nível de informação, normalmente formadores de opinião. A expansão da frota será financiada por recursos de investidores privados.

Custo e benefício
Embora tenha custo maior do que os tradicionais veículos a diesel, sua venda será impulsionada pela Copa do Mundo e pelas Olimpíadas, duas excelentes vitrines políticas e comerciais. O custo de aquisição do ônibus movido a hidrogênio é maior do que os movidos a diesel. Porém, para aproveitar a cobertura de mídia nos dois eventos, o preço de custo dos ônibus não é uma barreira significativa.

Entrementes, o investimento torna-se factível no médio prazo pois, em cerca de três anos, já é alcançado um break even com os ônibus movidos a diesel. Ao contrário do transporte já disponível, o novo modelo, com tecnologia 100% nacional, tem aparato mecânico menor, portanto menor custo de manutenção e de reposição de peças, e menor custo de combustível.

A nova tecnologia chama a atenção pela sua limpeza e o menor impacto sobre o ambiente e a saúde humana. O veículo, que não emite poluentes, significa um enorme trunfo em tempos de aquecimento global e necessidade de redução de emissões de gases-estufa. Mas ele também gera uma economia significativa para o sistema de saúde pública. Se toda a frota da cidade de São Paulo fosse substituída por ônibus a hidrogênio, a cidade deixaria de desembolsar R$ 600 milhões com o tratamento de doenças respiratórias.

Porém o projeto da COPPE é mais ambicioso. Encontra-se em fase experimental o desenvolvimento de um ônibus elétrico híbrido a álcool e outro exclusivamente elétrico, cujos protótipos também devem entrar em operação brevemente. O veículo 100% elétrico não produz resíduos, por não operar com combustão. Mas sua autonomia é a menor entre os três e, por isso, ele é apropriado para trajetos mais curtos. O híbrido é um meio termo entre o ônibus totalmente elétrico e aquele apresentado ao público, propelido a hidrogênio.

Diesel vegetal
Na minha coluna de março (Próximas gerações de biocombustíveis: ficção científica?) descrevi o surgimento de um sucedâneo do petrodiesel, denominado diesel vegetal. Trata-se de um composto químico (farneseno), que nada mais é que um hidrocarboneto linear, com 15 átomos de carbono (C15H24), encontrado em quantidades variáveis no óleo diesel de petróleo. O petrodiesel é uma mistura complexa de substâncias orgânicas, com fórmula molecular média** C13H29. Portanto, o farneseno é um hidrocarboneto que representa adequadamente o complexo químico do óleo diesel, emulando suas propriedades químicas e físicas, e atendendo as especificações do mesmo.

Desde maio deste ano estão rodando, em São Paulo, ônibus em cujo tanque está presente o diesel vegetal, derivado de cana-de-açúcar. A responsável pelos testes de campo é a Mercedes-Benz, maior fabricante brasileira de ônibus e caminhões. Os ônibus foram alocados nas linhas de transporte de diversos pontos da cidade de São Paulo, submetidos às severas condições de tráfego, em especial congestionamentos. O desempenho desses veículos será comparado aos dos ônibus transitando na mesma rota, nas mesmas condições, porém abastecidos com petrodiesel.

Os testes iniciais serão efetuados com 10% de diesel vegetal e 90% de petrodiesel. A mistura será enriquecida progressivamente com diesel vegetal, até atingir 100%. Do sucesso deste teste depende a velocidade com que o novo biocombustível ingressará no mercado.

É na área ambiental que se situa a grande vantagem do diesel vegetal. Ele não possui enxofre em sua composição, o que diminui fortemente o impacto ambiental, em especial os problemas com chuva ácida, corrosão de estruturas metálicas e problemas respiratórios. Os testes preliminares da Mercedes, em São Bernardo do Campo, mostraram uma redução de 9% na emissão de particulados com a adição de 10% de diesel vegetal, comparado ao diesel de petróleo puro. Quando os motores foram abastecidos com 100% de diesel de cana, a redução nas emissões de poluentes foi superior a 30%, comparado ao mesmo motor abastecido com petrodiesel.

O novo biocombustível é produzido pela empresa Amyris, em sua planta piloto localizada próximo a Campinas. A empresa está firmando acordos comerciais com usinas do setor canavieiro para expandir a produção de diesel vegetal. A informação disponível é que sua meta será produzir 400 milhões de litros em 2010 e 1 bilhão de litros em 2012. Para 2020, a expectativa é de produzir 80 bilhões de litros de diesel vegetal.

A intenção das empresas é usar o diesel de cana inicialmente como mistura no petrodiesel, por causa da baixa produção. Porém, no futuro, o diesel vegetal poderá ser utilizado em forma pura, sendo parte destinada ao mercado doméstico e o restante direcionado para exportação. Para efeito de comparação, é importante referir que a produção de biodiesel no Brasil, em 2010, será inferior a 2,5 bilhões de litros.

Um detalhe muito importante: o motor do veículo não precisa ser adaptado para rodar com o diesel vegetal, justamente porque o farneseno possui as mesmas propriedades físicas e químicas e atende as especificações para o óleo diesel. Quanto ao seu preço no varejo, ainda é cedo para estabelecer um patamar rigoroso, porém os comentários no mercado são de que o novo biocombustível será competitivo com o diesel, se o petróleo estiver acima de US$50,00 por barril.

Além do custo de produção, armazenagem e transporte, o que pode realmente fazer a diferença em favor do diesel vegetal – como de qualquer outra fonte de energia limpa - será a tributação incidente. Caso o Governo brasileiro decida efetuar uma aposta firme em uma Economia de Baixo Carbono, poderá haver um favorecimento tributário para o produto limpo, comparativamente à taxação do petrodiesel, o que facilitará a ampliação de seu market share.

Inovação tecnológica
A obtenção do diesel vegetal exige poucas modificações no processo e no maquinário de produção tradicional de etanol. Até a chegada do caldo de cana nos tonéis de fermentação, não há qualquer diferença em relação às usinas tradicionais. Assim como na produção de etanol, o caldo de cana recebe um fermento para decompor a sacarose. Para obter o diesel vegetal, é necessário usar um microorganismo modificado geneticamente pela Amyris, para desdobrar a sacarose até farneseno.

Após a fermentação ocorre uma fase de separação, seguida de outra etapa de finalização química, quando o produto está pronto para ir ao mercado. São duas etapas que substituem as fases de destilação e desidratação do etanol.

A tecnologia usada pela Amyris foi a da reengenharia de metabolismo, uma ferramenta básica do novo ramo da Ciência denominado Biologia Sintética. Nesta Ciência um dos processos básicos é a desconstrução, ou reengenharia reversa, em que a partir de um produto conhecido descobre-se a rota bioquímica para sua obtenção. Entendido o processo, são efetuadas modificações no código genético do microrganismo, de maneira que o produto final gerado pelo seu metabolismo seja a substância desejada – neste caso o farneseno.

As modificações genéticas foram direcionadas para a secreção de farneseno pelo Saccharomyces cerevisae, que, em seu estado natural, secreta apenas etanol. O farneseno é um líquido incolor, uma das múltiplas substâncias que compõem o diesel fóssil. Seu valor comercial reside no fato de possuir as mesmas propriedades do diesel.

Passado e futuro
A gênese da Amyris ocorreu na área farmacêutica. O primeiro produto da empresa foi a síntese em laboratório da artemisinina, princípio ativo de um medicamento contra a malária muito usado na África e na Ásia. Até então ela era extraída da própria planta artemísia (Artemisia annua), num processo caro que exige grandes quantidades do vegetal. A equipe da Amyris conseguiu produzir a artemisinina por meio da reengenharia genética de uma bactéria muito usada em laboratório, a Escherichia coli. Novos genes, enzimas e açúcar fazem a bactéria modificada produzir o medicamento. Com isso o produto foi barateado em 90%, segundo a empresa.

Os estudos que redundaram na produção comercial de diesel vegetal começaram com os pesquisadores da empresa, que tem sede na cidade de Emeryville (Califórnia), onde foi efetuado o sequenciamento do genoma da levedura. De posse deste mapa genético, em especial com a identificação dos genes responsáveis pela produção do etanol, foram efetuadas 15 substituições no código genético da levedura, o que modificou a rota metabólica do microorganismo.

Os planos futuros da Amyris não se limitam ao diesel vegetal. Está prevista a produção de bioquerosene de aviação, biogasolina, e uma série de especiarias de química fina e farmacêutica, formando uma complexa biorefinaria. Tudo isto utilizando biomassa como matéria prima, especialmente a cana. Neste particular seremos atropelados por uma espetacular dinâmica tecnológica. Ainda recentemente, um grupo de pesquisadores de uma empresa norte-americana que atua na mesma área, obteve biodiesel (o éster metílico de ácidos graxos) a partir de hemicelulose. Trata-se que uma enorme quebra paradigmática, pois permite o aproveitamento integral da biomassa da cana para obtenção de produtos nobres, sem ficar restrito à sacarose contida no caldo da cana.

Projeções
Por força de ofício, tenho realizado estudos de cenários de oferta e demanda de biocombustíveis e de suas matérias primas, bem como da demanda de área e insumos para sua produção. O estudo de cenários prevê reanálises constantes, em função de modificações em parâmetros demográficos, questões macroeconômicos, estrutura do mercado, inovações tecnológicos ou outros fatores, como as questões ambientais.

A Figura 1 consolida uma nova visão de futuro do mercado de combustíveis, incluindo biocombustíveis, incorporando os avanços tecnológicos mais recentes.

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Figura 1. Projeção de consumo de combustíveis no Brasil, em um cenário de crescimento intermediário da economia.

Um dos avanços considerados nesta revisão é o ingresso do diesel vegetal no mercado, de forma competitiva. Apesar das previsões otimistas da empresa produtora, mantivemos valores mais conservadores nesta análise, até que os testes de campo indiquem com clareza a sua viabilidade técnica, e as condições de mercado sinalizem a sua competitividade.

Entretanto o diesel vegetal não é o único biocombustível sucedâneo do petrodiesel. No médio prazo, antes da ascensão do diesel vegetal, o etanol ocupará parcela deste mercado, com o ingresso de novas tecnologias de uso deste combustível em mistura ou em associação com o diesel.

As mudanças no perfil de mercado de biocombustíveis altera a demanda de área de terra necessária para a obtenção de matérias primas, mostrada na Figura 2.
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Figura 2. Área necessária para produção de biocombustíveis.

Para esta atualização levamos em consideração alguns fatos recentes como o surgimento do diesel vegetal e o lançamento do programa da palma de óleo (dendê) no norte do país, o que contribuirá decisivamente para a oferta de óleo vegetal no país, consequentemente para a produção de biodiesel. O maior volume de biocombustíveis virá da cana-de-açúcar, razão pela qual ela ocupa mais área.

A área destinada a oleaginosas diminui a partir do final da próxima década porque o óleo obtido em um hectare de dendê equivale àquele produzido em 10 hectares de soja. E ambas as curvas não seguem a mesma aceleração da oferta de biocombustíveis, porque está embutido no cálculo um ganho de produtividade por incorporação de tecnologias (agronômicas e industriais).

Mas, nem só de biocombustíveis vivem os carros, como o ônibus a hidrogênio demonstrou. Já vínhamos trabalhando com a inserção no cenário do deslocamento parcial de combustíveis líquidos pela eletricidade, pelo hidrogênio e por células de combustível (preferencialmente bioeletricidade, biohidrogênio e biomassa para as células). A Figura 3 mostra este contexto.

 

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                                                                Tempo

Figura 3. Market share de veículos híbridos ou movidos a eletricidade, célula de combustível ou hidrogênio.

Entendemos que os atuais carros híbridos (mistos de motores a explosão interna e motores elétricos) nada mais sejam que carros conceitos que ingressam feito cunha em um mercado ávido por novidades e tecnologias brandas, servindo como precursores de um novo paradigma tecnológico.

Porém seu alto custo, sua ineficiência relativa e sua baixa autonomia limitam seu ingresso no mercado. E a própria evolução dos motores elétricos e, em especial, das baterias (mais leves e com maior capacidade de armazenagem) farão com que o carro elétrico ocupe espaço crescente, eliminando o híbrido, que é meramente transitório.

As pesquisas com microrganismos engenheirados, para produção de biohidrogênio molecular (H2) avançam em diversos laboratórios e, em pouco mais de uma década, poderemos dispor de biofábricas produzindo biohidrogênio comercial. Igualmente, as pesquisas com células de combustível avançam com rapidez, em diversas partes do mundo. Já existem inúmeros carros conceito rodando com células de combustível, e seu ingresso em larga escala no mercado também deve ocorrer na década de 20.

Concluindo, reiteramos nosso alerta de que as próximas décadas serão caracterizadas por dois vetores principais: o surgimento constante de novos negócios e uma intensa dinâmica tecnológica. Os empresários que não estiverem permanentemente atentos acabarão sendo expelidos do negócio.

Décio Gazzoni é Engenheiro Agrônomo, assessor da Secretaria de Assuntos Estratégicos da Presidência da República.

** MENEZES, Eliana Weber de and CATALUNA, Renato. Amostragem do material particulado e fração orgânica volátil das emissões em motor ciclo diesel sem a utilização de túnel de diluição. Quím. Nova [online]. 2008, vol.31, n.8, pp. 2027-2030.
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