A sustentabilidade, no pilar ambiental, social ou econômico, é um conceito cada vez mais presente no dia a dia das pessoas, interferindo cada vez mais na escolha dos produtos consumidos e, consequentemente, nos que serão comercializados. Nesse contexto, as florestas ganham um lugar de destaque quando o assunto são fontes renováveis de matéria-prima para uma gama crescente de produtos, que chegam a um número cada vez maior de consumidores.

Por muito tempo, as florestas supriram o homem em suas necessidades mais básicas, como habitação e energia, por meio do uso da madeira. Hoje, essas necessidades são supridas, em grande parte, por novos materiais, pelo petróleo e seus derivados.

No entanto existem exemplos muito bem-sucedidos de agroindústrias baseadas em biomassa florestal, como a indústria do papel e celulose, que obtêm da madeira de reflorestamento a matéria-prima para a obtenção da celulose e do papel e utiliza um subproduto, rico em lignina, como fonte de energia para o processo, substituindo, dessa forma, fontes de energia não renováveis.

Outras indústrias, como a siderúrgica, dependem da madeira convertida em carvão vegetal para uso em seus altos-fornos, e muitas outras dependem da queima de madeira em caldeiras para a geração de vapor ou energia, para operar seus respectivos processos industriais.

A pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias para a produção de energia baseada em biomassa florestal podem ser divididos em duas categorias, isto é,  aquelas que fazem uso integral da biomassa e aquelas que trabalham a “desconstrução” da biomassa em seus polímeros constituintes: a celulose, a hemicelulose e a lignina.

O aproveitamento integral da biomassa florestal ocorre mediante o emprego de processos termoquímicos, com destaque para as tecnologias de carbonização, pirólise rápida e gaseificação.

As tecnologias mencionadas são antigas, mas, com o estabelecimento do petróleo como fonte de combustíveis líquidos, caíram em desuso. Além do uso para a produção de energia, os polímeros oriundos da desconstrução da biomassa podem também ser direcionados para a produção de “blocos básicos”, que são empregados na “construção” dos chamados bio-based chemicals & materials.

Os processos termoquímicos diferem, principalmente, em suas condições de operação, como temperatura, pressão e tempo, às quais a biomassa é submetida, resultando preferencialmente em carvão vegetal (carbonização), bio-óleo (pirólise rápida) e/ou gás combustível (gaseificação).

Esse último, quando purificado, pode dar origem ao gás de síntese, uma mistura reativa de hidrogênio e monóxido de carbono que pode ser usada na síntese de produtos como a gasolina, o querosene de aviação e o diesel, assim como as parafinas com diversas aplicações na indústria, e a amônia utilizada como fertilizante.

O gás de síntese é um intermediário de reação comercial, porém, atualmente, obtido de fontes não renováveis, a exemplo da África do Sul que usa o carvão mineral como matéria-prima.

O bio-óleo e o resíduo sólido carbonoso são os principais produtos da pirólise rápida da biomassa, um processo que tem ganhado destaque na idealização do conceito de biorrefinaria, onde uma unidade central de gaseificação e síntese recebe a mistura de bio-óleo e resíduo sólido carbonoso de várias unidades descentralizadas de pirólise rápida localizadas nas proximidades das áreas de origem da biomassa.

Nesse caso, a pirólise rápida pode ser encarada como um processo de pré-tratamento e adensamento energético da biomassa, reduzindo o seu custo logístico. O bio-óleo pode ser destinado a processos de hidroprocessamento, no qual as moléculas orgânicas são craqueadas e oligomerizadas, o oxigênio e os compostos nitrogenados são removidos, dando origem a combustíveis líquidos, como gasolina, querosene de aviação e diesel.

Outra opção é a carboquímica vegetal derivada do bio-óleo, do qual é possível obter ácido acético, metanol, mentol, vanilina, guaiacol, siringil, entre outros insumos químicos.

Os processos que envolvem a desconstrução da biomassa visam à despolimerização ou à solubilização da celulose, da hemicelulose e da lignina, que constituem a biomassa, de forma a obter uma matéria-prima pura o suficiente para uso em processos subsequentes.

As rotas bioquímicas de transformação das estruturas poliméricas da biomassa são capazes de simplificar a celulose em açúcares (hexoses), assim como a hemicelulose (pentoses). Essas duas unidades construtivas podem ser usadas para a produção de etanol e outras moléculas importantes, como furfural, butanol, etc.

A maior dificuldade hoje para o desenvolvimento dessas tecnologias se encontra no baixo custo dos produtos derivados do petróleo frente ao custo da biomassa, o qual deve incorporar a remuneração adequada ao produtor rural, os custos de coleta e transporte da biomassa até a unidade industrial e o custo de pré-tratamento do material.

Para fins de competição com o petróleo, essas tecnologias devem ser aplicadas em grande escala. Nesse sentido, o petróleo é um produto de grande densidade energética e menor variabilidade quando comparado à biomassa, o que, em geral, tende a aumentar o custo de processamento e, por consequência, do produto final.

Olhando sob essa perspectiva, a pesquisa deve ser focada (1) no desenvolvimento de biomassa florestal sustentável de baixo custo e (2) no desenvolvimento de processos de menor complexidade e custo, de forma a obter um produto comercialmente viável.

Nesse último ponto, devem ser considerados os resíduos produzidos pela agroindústria, como a serragem da indústria moveleira e o licor negro da indústria de papel e celulose, entre outros, dado que têm menor custo como matéria-prima.

Há de se ressaltar ainda que, embora se possam obter produtos comercialmente viáveis por meio do contínuo desenvolvimento de tecnologias e processos termoquímicos e de desconstrução, tais processos podem ser mais facilmente desenvolvidos e/ou otimizados se a biomassa utilizada como matéria-prima for desenvolvida com essa finalidade.

Nesse contexto, antecipa-se que o melhoramento florestal deve assumir importância central, pois, do mesmo modo que os inúmeros programas de melhoramento têm respondido às demandas do setor de papel e celulose, por exemplo, estes podem também atender às novas demandas que surgem sob a ótica das biorrefinarias.

O melhoramento florestal é, hoje, um dos ramos mais inovadores da pesquisa e do desenvolvimento agropecuário, e, em função disso, já dispõe de um conjunto robusto de biotecnologias outrora não disponíveis.

Essas biotecnologias podem ser integradas aos programas de melhoramento, auxiliando no desenvolvimento ou mesmo na construção biológica de matérias-primas com excelente desempenho para fins energéticos. Basicamente, tal integração vem sendo realizada por meio de duas abordagens distintas, porém complementares:

(1) a abordagem de engenharia genética (ou transgenia) e a
(2) abordagem de melhoramento genômico. A primeira se baseia no conhecimento da função/ação de genes/promotores e na capacidade do pesquisador de modificar, ou “engenheirar”, as vias bioquímicas que estão envolvidas no metabolismo de características de interesse (e.g. parede celular, lignina, açúcares), usando genes ou promotores de expressão gênica modificados.

Já a segunda se baseia na aplicação de marcadores moleculares para auxiliar a seleção de genótipos superiores, por meio de estratégias de seleção assistida (SAM) ou seleção genômica.

O efeito benéfico da floresta, seja para a mitigação das mudanças climáticas e das emissões de gases de efeito estufa, seja para a promoção do desenvolvimento econômico em bases sustentáveis do País, indica um caminho seguro para a industrialização e agregação de valor à matéria-prima. O Brasil precisa despertar para ocupar em plenitude, de forma sustentável, o seu devido protagonismo no cenário mundial.

A participação das fontes renováveis na matriz energética nacional é uma das mais altas do mundo, mas isso se deve refletir no constante desenvolvimento tecnológico e industrial, para que não somente cresçam as exportações de commodities, mas também de tecnologias, e, para isso, a demanda por recursos para P&D deve ser atendida. A Embrapa Agroenergia se alia aos agentes de P&D e à indústria nacional para, juntos, levarem o País a trilhar esse caminho da inovação e da sustentabilidade, como protagonistas.