A preocupação com as mudanças climáticas impulsionou nos últimos anos estudos e pesquisas sobre fontes renováveis de energia, a hidráulica, a eólica, a solar, a bioenergia, entre outras. A segurança energética e um desenvolvimento econômico mais sustentável são os principais fatores que motivaram essa mudança no setor energético. O Brasil se coloca na vanguarda mundial com cerca de 50% da energia interna vinda de recursos renováveis e se sobressai entre os países que desenvolvem alternativas às fontes não renováveis, como o petróleo. O foco das fontes renováveis para a produção de biocombustíveis está na biomassa. 
Os números mostram que 18% dos combustíveis consumidos no País são renováveis e não poluentes. A cadeia produtiva de biocombustíveis já é consolidada no Brasil: o etanol e o biodiesel são os principais bioprodutos. Por exemplo, a gasolina comum, hoje, no Brasil, tem 27% de etanol; e ao diesel é adicionado 12% de biodiesel. A partir de março de 2021, passará para 13%. “O aumento do consumo exige compromisso com o aperfeiçoamento contínuo e as diversas opções produtivas desses biocombustíveis para otimizar o processo produtivo e reduzir os impactos ambientais” – afirma James Correia de Melo, tecnologista do Laboratório de Fitoquímica e Integração de Processos (Lafip) / Coordenação de Desenvolvimento Tecnológico do Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (CETENE). 

Metas arrojadas 
O ambiente do País é favorável à expansão do uso da biotecnologia na indústria de biocombustíveis. “O Brasil é rico em biodiversidade e desfruta de condições privilegiadas para a geração de matéria-prima, como o clima adequado, maior biodiversidade do planeta, agricultura forte e disponibilidade de terras” – elenca Marcelo de Alcântara Queiroz, diretor de Biodiesel & Ingredientes da Minerva Foods.
Os combustíveis renováveis são estratégicos para o Brasil, que é exemplo mundial de redução de emissões de gases poluentes no setor de combustíveis. “Todos estes fatos levam o Brasil a ser um líder mundial em bioeconomia ou economia-verde, oferecendo mais confiança aos investidores dos mercados nacional e internacional” – avalia Queiroz.
Apesar dos efeitos pandêmicos na economia que afeta o mundo todo, o sucesso do mercado da produção sucroenergética está relacionado às condições climáticas favoráveis do Brasil e também aos investimentos no setor. Entre os investimentos, está o melhoramento do processo de moagem e da qualidade da matéria-prima. “O Brasil está disposto a exportar seu produto e suas técnicas e experiência no setor e quer se consolidar no mercado estrangeiro como referência econômica e tecnológica na produção de etanol” – ressalta James Melo.
Os principais países que utilizam o etanol e o biodiesel como combustíveis em larga escala são o Brasil e os Estados Unidos. O Brasil é pioneiro no uso de etanol em larga escala desde o fim da década de 1970. Hoje, é o segundo maior produtor mundial de etanol, atrás apenas dos EUA. 
A intenção do governo federal brasileiro é transformar o etanol e o biodiesel numa commodity mundial. O objetivo é fortalecer o mercado externo desses combustíveis e fazê-lo crescer. Em 2019, o Brasil decidiu reforçar a safra de cana-de-açúcar para a produção de etanol diante da safra de açúcar. Melo aponta dados da Companhia Nacional de Abastecimento (Conab) que o Brasil produziu mais de 35 bilhões de litros provenientes da cana-de
açúcar e do milho na safra 2019/2020. 
Melo cita também que, segundo estimativas do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) em São Paulo, a produção brasileira de etanol deve totalizar 31,35 bilhões de litros em 2020, uma queda estimada de 16% em relação a 2019 devido aos efeitos da pandemia. E segundo a União da Indústria de Cana-de-Açúcar (Unica), representante das usinas brasileiras, de janeiro a outubro de 2020, as exportações de etanol brasileiro para a União Europeia chegaram a US$ 104,3 milhões, um aumento de mais de 200% em comparação ao mesmo período de 2019. 
De acordo com o USDA, as exportações brasileiras de etanol, em 2020, devem somar 1,9 bilhão de litros. No mercado interno, mesmo com a flutuação do seu preço nos postos de combustível, o consumo de etanol continua crescendo, apesar da estimativa de queda em 2020 associada às medidas de distanciamento social e da desaceleração econômica causada pela pandemia.
É notável o grande potencial de biomassa sustentável do Brasil para a produção de biocombustíveis, como o biodiesel, bioquerosene de aviação e diesel verde. O fato de 12% de biodiesel ser adicionado ao diesel fez a produção do biocombustível ficar próxima de 6 bilhões de litros em 2019. Ano que o Brasil ocupou a terceira posição como maior produtor de biodiesel no mundo, atrás dos Estados Unidos e da Indonésia. “Apesar da pandemia, a expectativa para 2020 é o Brasil produzir cerca de 7 bilhões de litros de biodiesel” – afirma James Correia de Melo. 
De acordo com a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), em outubro, o consumo de diesel chegou a 48 bilhões no acumulado do ano. “Com a entrada do B13, 13% de biodiesel adicionado no diesel de petróleo, em março de 2021, o País deve chegar a 8 bilhões de litros de biodiesel, competindo com o maior produtor mundial e agregando cada vez mais o setor a programas de descarbonização, como o RenovaBio” – analisa James Correia de Melo. 
Entre 2015 e 2019, o Brasil produziu, em média, 31 bilhões de litros de etanol anuais. “Isso significa que o uso do biocombustível faz o Brasil deixar de emitir 42,5 bilhões de quilos de CO₂ na atmosfera” – aponta Queiroz. “Inauguramos nossa primeira unidade de produção de biodiesel em 2011, já enxergando a expansão que se instaurava aqui no Brasil. Hoje, nossa unidade em Palmeiras de Goiás-GO produz cerca de 200 m³ diariamente” – conta o diretor da Minerva. 

Novos bioprodutos
A missão da Minerva Biodiesel, unidade de negócios produtora de biodiesel da Minerva Foods, é ser 100% sustentável em diferentes cadeias produtivas dentro da visão Environmental, Social and Governance (ESGs) – Ambiental, Social e Governança. “Nos últimos anos, temos desenvolvido soluções e iniciativas com o objetivo de utilizar produtos excedentes e/ou residuais de processos para a geração de grãos e proteínas a fim de produzir um biodiesel mais sustentável, com coeficiente eficaz na redução de poluição e capacidade de gerar créditos de carbono” – afirma Marcelo de Alcântara Queiroz.
As indústrias de processos atualizam e otimizam parâmetros em busca de eficiências e autonomia para serem competitivas. Novas tecnologias de processos para produzir biocombustíveis de forma integrada e com aproveitamento de energia solar são tendência de mercado. Segundo Melo, do Cetene, várias estratégias tecnológicas vêm sendo investigadas e aplicadas para atingir esses objetivos: 
Engenharia Genética: modifica o código genético de espécies vegetais para melhorar suas características e propiciar maior resistência da planta a condições ambientais adversas e maior teor de óleo em sua composição; e modifica as características de microrganismos para que permitam ou aperfeiçoem a produção de biocombustíveis, como biogás, etanol e biohidrogênio, através de suas atividades e rotas metabólicas. 
Produção de Biocombustíveis de Segunda, Terceira e Quarta Gerações: uso dos resíduos gerados na produção do biocombustível de primeira geração ou de outras atividades agroindustriais para aumento da sustentabilidade e sua viabilidade econômica. As plantas aquáticas ganham espaço, como no caso das algas produtoras de óleos para o biodiesel de terceira geração. 
O Brasil ocupa a segunda posição mundial em capacidade produtiva de biocombustíveis etanol e biodiesel e em quarta posição quando comparados em novas gerações, seguindo os Estados Unidos, China e Canadá. Porém, menos de 10% desse potencial anual foi produzido até agora, devido aos problemas ainda encontrados na operação e nas etapas do processo. 
Nanotecnologia: como ferramenta para otimizar e diminuir custos do processo de produção de biocombustíveis. Por exemplo, ao utilizá-la na imobilização celular de leveduras para melhor rendimento na produção de etanol e maior resistência dos microrganismos fermentativos a condições adversas, como temperatura e alta concentração de substratos, assim como no uso de catalisadores nanoestruturados para a produção de biodiesel. A nanotecnologia avança na pesquisa brasileira, mas sua aplicabilidade em escala industrial no País ainda é limitada.
Valorização da lignina: resíduo no processo de produção do etanol, torna-se estratégico no processo produtivo do etanol celulósico devido às suas várias aplicações. Aliada à nanotecnologia, a produção de nanopartículas de lignina é explorada para uso em diversas áreas, como a biomédica, farmacêutica, química, aeroespacial, entre outras, por suas propriedades, como a elevada absorção UV, a atividade antimicrobiana e a hidrofobicidade (que não se dissolve na água ou que a repele).  
Valorização da glicerina: coproduto do biodiesel para conversão em novos compostos de interesse industrial: via hidrogenólise ou oxidação, formando dióis (propanodiol e etilenoglicol), álcoois (propanol, etanol e metanol), metano e ácidos orgânicos (ácidos glicólico e glicérico). 

Sebo bovino
A Minerva Foods dispõe hoje de tecnologia 100% nacional desenvolvida em parceria com universidades brasileiras que agrega valor ao subproduto do abate bovino. Utilizando ainda como matéria-prima outros tipos de óleos de origem vegetal e animal de aquisição de fontes terceiras. “Nosso primeiro objetivo foi atingido em 2012, quando conseguimos produzir biodiesel totalmente proveniente de sebo bovino. Passamos a ser uma das três primeiras usinas a produzir biodiesel com sebo bovino no Brasil e a pioneira dentro das especificações técnicas de acordo com os padrões da ANP” – comenta Queiroz. Segundo ele, essa conquista valorizou o sebo bovino no Brasil em cerca de 1.000% – nos últimos oito anos, a matéria passou de R$ 0,50 (kg) para R$ 5,00 (kg)/ R$ 6,00 (kg).
Hoje, já a Minerva registra alta performance em sua unidade de Palmeiras de Goiás, ponto estratégico para todas as distribuidoras e revendas de biocombustível do território nacional. “Visamos consolidar uma capacidade produtiva ainda maior na qual a Minerva Biodiesel se posicione no mercado como um dos principais produtores de médio porte no Brasil. Em dados, isso representa cerca de 100 mil m³ a 180 mil m³ de litros por ano, ou 400 m³ a 500 m³ produzidos de biodiesel todos os dias, utilizando como matérias-primas não somente o sebo bovino, como todos os tipos de gorduras e/ou oleaginosas do mercado” – afirma Marcelo de Alcântara Queiroz. 

Reaproveito de água
O processo todo de purificação do biodiesel a partir do sebo bovino conta com o reaproveitamento de água tratada, sem gerar resíduos ou efluentes. “O sebo bovino é recolhido de nossas plantas produtivas e de terceiros, sendo possível a utilização de óleos recuperados e de outras fontes de óleos e gorduras” – explica Marcelo de Alcântara Queiroz.
Temperaturas, densidades, volumes, pressão, abertura e fechamento de válvulas de controle, acionamento de bombas e motores são acompanhados continuamente. “Nosso gerenciamento de processos é cuidadoso e efetivo e visa não só atender às normas e exigências da ANP, mas assegurar a qualidade em nosso produto final” – enfatiza Queiroz. Agora a empresa está criando um Selo de Qualidade do biodiesel e credenciando sua usina de biodiesel ao novo mercado de créditos de carbono, o RenovaBio. 

Benefício sustentável   
O RenovaBio é uma política de Estado e um dos maiores programas de descarbonização do mundo. Envolve todos os biocombustíveis: etanol, biodiesel, biometano e bioquerosene e sua contribuição para a segurança energética, a previsibilidade do mercado e a mitigação de emissões dos gases causadores do efeito estufa. 
A produção de biodiesel emite cerca de 50% menos monóxido de carbono e material particulado. Quando adicionado ao diesel, melhora a lubricidade do combustível e obtém-se um combustível com baixos teores de enxofre. 
As estimativas do setor produtivo de biodiesel é reduzir a emissão de cerca de 12 milhões de toneladas de CO2 ao ano. 
Em toda a cadeia produtiva, são feitas pesquisas para o desenvolvimento tecnológico de biocombustíveis. “Desde a prospecção de novas espécies vegetais e biomassa residual, integração e otimização de processos e agregação de valor aos subprodutos até a avaliação de uso dos biocombustíveis em motores. O objetivo dos pesquisadores é integrar os elos da cadeia produtiva, da produção até o uso, para trazer benefícios e processos sustentáveis para as aplicações industriais” – salienta James Correia de Melo. 
Benefícios do uso do biodiesel ao País: 
• No aspecto social: envolvimento da agricultura; 
• Na redução de impactos ambientais: minimiza as emissões de carbono;
• No impacto econômico: diminui a importação de combustível e fortalece as indústrias brasileiras. 
Biocombustíveis são fontes de energia renováveis produzidas através de biomassas. A biomassa é um material de constituição orgânica, de origem animal ou vegetal. Na produção de combustível, é uma alternativa ambiental mais limpa e sustentável que as matérias-primas fósseis. 
Vantagens do uso de biomassa em relação às fontes fósseis: 
• Menor índice de poluição com sua queima e processamento; 
• Recurso renovável, matéria-prima que pode ser cultivada;
• Reutilização de resíduos e efluentes agroindustriais; 
• Diminui a dependência econômica dos combustíveis fósseis; 
• Minimiza a emissão de gases tóxicos e de efeito estufa. 
Fonte: Cetene.

Estratégias 
Dois programas fazem parte dos lançamentos estratégicos da Petrobras dentro das suas atividades de refino e gás natural para o mercado. O Biorefino 2030 prevê projetos para a nova geração de combustíveis mais modernos e sustentáveis que os atuais, como o diesel renovável e o bioquerosene de aviação. 
A companhia pretende reduzir em 30% a captação de água em suas refinarias e em 16% a intensidade do carbono até 2025. “Queremos trazer produtos renováveis e focar em um parque de refino de excelência que produz com alta eficiência energética e preparado para competir e gerar produtos com inovações tecnológicas que reduzem as emissões das nossas operações e de toda a cadeia de valor”, enfatiza a diretora de Refino e Gás Natural da Petrobras, Anelise Lara.
O diesel renovável é um novo e avançado biocombustível. Sua comercialização no Brasil como biocombustível depende ainda de regulamentação da ANP. Produzido a partir de óleos vegetais e mesma estrutura do óleo diesel convencional, reduz em 70% a emissão de gases de efeito estufa comparado ao óleo diesel mineral e 15% em relação ao biodiesel éster. Isento de contaminantes, não causa danos aos motores, aumenta a vida útil dos veículos e reduz o custo dos transportes. 
A partir de 2027, o Brasil deverá adotar, obrigatoriamente, o BioQAv ou Bioquerosene de Aviação, que será utilizado no mundo para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, conforme resolução da Organização da Aviação Civil Internacional (OACI). O BioQAv por hidrogenação usa as mesmas matérias-primas do diesel renovável, seu coproduto.
A Petrobras prevê ainda investir no aumento da produção de diesel S-10, de baixo teor de enxofre, em detrimento do diesel S-500. 
As unidades da Reduc, em Duque de Caxias-RJ, e da Revap, em São José dos Campos-SP passarão por modernizações para atender à meta. O Gas+ é um programa com ações que aumentam a competitividade da Petrobras no segmento de gás natural. Em geração termoelétrica, seu foco é modernizar os ativos e torná-los de alta performance, melhorando sua eficiência energética e reduzindo as emissões. “A gestão ativa de portfólio nos permitirá manter parques de refino e térmico de alta performance e resilientes à volatilidade do mercado de óleo e gás mundial” – afirma Anelise Lara.
 
Filtros
O uso dos biocombustíveis pelo mercado consumidor foi acompanhado pelo aumento da frequência de troca dos filtros. “Como os biocombustíveis são de origem vegetal e/ou animal, degradam-se com mais facilidade e trazem mais resíduos ao sistema do que os combustíveis puramente derivados do petróleo. Esse é um aspecto muito subjetivo, mas que melhorou muito nos últimos anos. Com os novos processos produtivos e meios de controle mais eficazes, os biocombustíveis ficam mais estáveis e limpos, principalmente o etanol” – diz Tadeu Geraldo Domingues, engenheiro de desenvolvimento do produto da Mahle.
A gasolina comum, hoje, no Brasil, tem 27% de etanol. “Quando teve início o uso do etanol no Brasil, foi preciso desenvolver uma nova mídia que suportasse o ataque químico do etanol, conceito usado até hoje para os veículos flex” – conta Domingues. 
Na produção de etanol, o filtro rotativo a vácuo é o mais utilizado para a filtração do caldo extraído das moendas. A peneira rotativa, a centrífuga horizontal (decanter) e o filtro prensa são outras tecnologias de separação que vêm sendo aplicadas. “O objetivo é otimizar o processo de extração do caldo e evitar perdas de açúcares fermentescíveis, uso de grandes volumes de água de lavagem e grande umidade da torta” – explica James Correia de Melo, do Cetene. 

No Brasil, o filtro prensa é muito adotado devido ao custo de capital mais baixo e à torta com menos umidade em relação ao filtro a vácuo. “Novas tecnologias de filtração estão em fase de pesquisas por meio de sistemas nanoestruturados e biomembranas” – destaca Melo.
O diesel tem 12% de biodiesel. A variedade dos tipos de mídia para biodiesel aumentou. De acordo com Domingues, pode-se aplicar mídia de camada simples ou de duas ou mais camadas, o que eleva a capacidade de retenção de contaminante e melhora a eficiência no caso dos pré-filtros separadores de água.  
Nos últimos anos, o Governo Federal tem autorizado o incremento de 1% de biodiesel ao ano na mistura, chegando, em 2020, ao B12 e, em 2021, ao B13. Essa ação causa impacto direto na vida útil dos filtros, principalmente no pré-filtro separador de água, primeiro filtro a ter contato com o combustível numa aplicação. “Os pré-filtros deveriam durar, em média, 40 mil km. Os fabricantes de veículos estão enfrentando reclamações de clientes porque os pré-filtros estão chegando aos 18 mil km com muita dificuldade” – relata Tadeu Geraldo Domingues.
Segundo o engenheiro da Mahle, estudos da Petrobras apontam que a causa para a obstrução prematura em pré-filtros está nos Monoglicerídios, Diglicerídios, Triglicerídios e Glicerina Total. “Todas essas substâncias estão intrínsecas ao processo produtivo do biodiesel e são muito difíceis de serem controladas ou regulamentadas” – esclarece. 
Algumas alternativas têm sido aplicadas para amenizar o problema, como a aditivação do combustível e/ou o aumento da área filtrante. “Mas são soluções paliativas. Ainda há muito para ser compreendido e estudado para chegar a uma solução efetiva” – avalia Domingues.  

Controles avançados
Os processos de produção de biocombustíveis são complexos e precisam de sistemas de controle avançados. As novas tecnologias do mercado de biocombustíveis integram aproveitamento energético, automação e monitoramento remoto inteligente, propiciando maior competitividade entre as indústrias.   
O uso de Inteligência Artificial (AI) se amplia nos processos industriais e criar modelos que simulem o comportamento do sistema nervoso humano tem levado ao avanço. A Internet das Coisas (IOT) conecta o núcleo de processamento do sistema com dispositivos, como celulares e computadores, em redes com ou sem fio. As informações ficam disponíveis para auxiliar na operação e melhoria do processo de qualquer lugar do mundo. James Melo cita como exemplo que uma usina de etanol dificilmente opera completamente automatizada. As etapas automatizadas são de geração e distribuição de vapor; dos sistemas de geração e controle de energia; da destilação; e da desidratação. 

Projetos digitais
A Petrobras implementou projetos de Inteligência Artificial (AI), como o Digital Twins (gêmeos digitais), que representa os processos de uma refinaria, desde a entrada de petróleo até a saída de derivados. Os simuladores permitem explorar as condições operacionais que levam à máxima rentabilidade dos ativos e à otimização da produção em tempo real. O novo sistema já propiciou ganhos de US$ 100 milhões em receita somente em 2020.
Além de AI, outras ferramentas digitais aplicadas em suas unidades termelétricas e de gás são: o “Data Lake”; o especialista de dados; o armazenamento em nuvem; e o “Trip Detector”, que analisa os parâmetros operacionais dos equipamentos, cruza com o banco de dados e prediz, em tempo real, a probabilidade de eventos de desligamento (trip), possibilitando ao operador evitá-los. 
Também passou a ser usado nas termelétricas da Petrobras o “Smart Alarm”. Esse sistema de filtro inteligente de alarmes e indicador de falhas consolida, em uma única interface, as informações da falha e auxilia o operador com rapidez e assertividade na tomada de decisão em tempo real, solução que será escalável para outras plantas industriais da companhia. 
 

Contato das empresas
Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste - CETENE: www.cetene.gov.br
Mahle: www.mahle.com.br
Minerva Foods: www.minervafoods.com
Petrobras: www.petrobras.com.br