p A indústria da aviação produz 2% das emissões globais de dióxido de carbono induzidas pelo homem. Essa parcela pode parecer relativamente pequena - para perspectiva, a geração de eletricidade e o aquecimento doméstico respondem por mais de 40% - mas a aviação é uma das fontes de gases do efeito estufa de crescimento mais rápido no mundo. A demanda por viagens aéreas deve dobrar nos próximos 20 anos. p As companhias aéreas estão sob pressão para reduzir suas emissões de carbono, e são altamente vulneráveis ​​às flutuações globais do preço do petróleo. Esses desafios geraram grande interesse em combustíveis para aviação derivados de biomassa. O combustível de biojato pode ser produzido a partir de vários materiais vegetais, incluindo oleaginosas, safras de açúcar, plantas amiláceas e biomassa lignocelulósica, através de várias rotas químicas e biológicas. Contudo, as tecnologias para converter óleo em combustível de aviação estão em um estágio mais avançado de desenvolvimento e geram maior eficiência energética do que outras fontes.

p Somos engenheiros de cana, a planta mais produtiva do mundo, para produzir óleo que pode ser transformado em combustível para aviação biológica. Em um estudo recente, descobrimos que o uso desta cana-de-açúcar modificada pode render mais de 2, 500 litros de combustível de biojato por acre de terra. Em termos simples, isso significa que um Boeing 747 poderia voar por 10 horas com combustível de biojato produzido em apenas 54 acres de terra. Em comparação com duas fontes de plantas concorrentes, soja e jatropha, a lipídica produziria cerca de 15 a 13 vezes mais combustível para aviação por unidade de terra, respectivamente.

p Criação de cana-de-açúcar de duplo propósito

p Combustíveis de biojato derivados de matérias-primas ricas em petróleo, como camelina e algas, foram testados com sucesso em voos de prova de conceito. A American Society for Testing and Materials aprovou uma mistura 50:50 de combustível de aviação à base de petróleo e combustível de aviação renovável hidroprocessado para voos comerciais e militares.

p Contudo, mesmo após esforços significativos de pesquisa e comercialização, os atuais volumes de produção de combustível para aviões biológicos são muito pequenos. Fazer esses produtos em maior escala exigirá mais melhorias tecnológicas e abundantes matérias-primas de baixo custo (safras usadas para fazer o combustível).

p A cana-de-açúcar é uma fonte conhecida de biocombustível:o Brasil fermenta o caldo da cana-de-açúcar para fazer combustível à base de álcool há décadas. O etanol da cana-de-açúcar rende 25 por cento mais energia do que a quantidade usada durante o processo de produção, e reduz as emissões de gases de efeito estufa em 12 por cento em comparação com os combustíveis fósseis.

p Ficamos imaginando se poderíamos aumentar a produção de óleo natural da planta e usar o óleo para produzir biodiesel, o que proporciona benefícios ambientais ainda maiores. O biodiesel produz 93% mais energia do que o necessário para produzi-lo e reduz as emissões em 41% em comparação com os combustíveis fósseis. O etanol e o biodiesel podem ser usados ​​em bio-combustível para jato, mas as tecnologias para converter óleo derivado de plantas em combustível de aviação estão em um estágio avançado de desenvolvimento, produzem alta eficiência energética e estão prontos para implantação em larga escala.

p Quando propusemos pela primeira vez a engenharia da cana-de-açúcar para produzir mais petróleo, alguns de nossos colegas pensaram que éramos loucos. As plantas de cana-de-açúcar contêm apenas 0,05 por cento de óleo, que é muito pouco para ser convertido em biodiesel. Muitos cientistas de plantas teorizaram que aumentar a quantidade de óleo para 1 por cento seria tóxico para a planta, mas nossos modelos de computador previram que poderíamos aumentar a produção de petróleo para 20%.

p Com o apoio da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Energia - Energia, lançamos um projeto de pesquisa chamado Plantas projetadas para substituir o óleo na cana-de-açúcar e sorgo, ou PETROSS, em 2012. Desde então, por meio da engenharia genética, aumentamos a produção de óleo e ácidos graxos para atingir 12% de óleo nas folhas da cana-de-açúcar.

p Agora estamos trabalhando para atingir 20 por cento do petróleo - o limite teórico, de acordo com nossos modelos de computador - e direcionando esse acúmulo de óleo para o caule da planta, onde é mais acessível do que nas folhas. Nossa pesquisa preliminar mostrou que mesmo com as plantas modificadas produzindo mais óleo, eles continuam a produzir açúcar. Chamamos essas plantas modificadas de cana-de-lipídica.

p Vários produtos de lipidcane

p A Lipidcane oferece muitas vantagens para os agricultores e para o meio ambiente. Calculamos que o cultivo de cana lipídica contendo 20 por cento de óleo seria cinco vezes mais lucrativo por acre do que a soja, a principal matéria-prima atualmente utilizada para a fabricação de biodiesel nos Estados Unidos, e duas vezes mais lucrativo por acre do que o milho.

p Para ser sustentável, o combustível para aviação biológica também deve ser econômico de processar e ter altos rendimentos de produção que minimizem o uso de terras aráveis. Estimamos que, em comparação com a soja, a cana lipídica contendo 5 por cento de óleo poderia produzir quatro vezes mais combustível para aviação por acre de terra. Lipidcane com 20 por cento de óleo pode produzir mais de 15 vezes mais combustível de aviação por acre.

p E a lipidcane oferece outros benefícios energéticos. As partes da planta que sobraram após a extração do suco, conhecido como bagaço, pode ser queimado para produzir vapor e eletricidade. De acordo com nossa análise, isso geraria eletricidade mais do que suficiente para alimentar a biorrefinaria, então a energia excedente poderia ser vendida de volta à rede, deslocando a eletricidade produzida a partir de combustíveis fósseis - prática já utilizada em algumas usinas no Brasil para a produção de etanol de cana-de-açúcar.

p Uma potencial safra de bioenergia dos EUA

p A cana-de-açúcar prospera em terras marginais que não são adequadas para muitas culturas alimentares. Atualmente é cultivado principalmente no Brasil, Índia e China. Também estamos projetando a cana-lipídica para ser mais tolerante ao frio, de modo que possa ser aumentada de forma mais ampla, particularmente no sudeste dos Estados Unidos em terras subutilizadas.

p Se dedicássemos 23 milhões de acres no sudeste dos Estados Unidos à cana lipídica com 20 por cento de óleo, estimamos que esta safra possa produzir 65 por cento do suprimento de combustível de aviação dos EUA. Atualmente, em dólares atuais, esse combustível custaria às companhias aéreas US $ 5,31 por galão, que é menos do que o combustível de bio-jato produzido a partir de algas ou outras culturas oleaginosas, como a soja, canola ou óleo de palma.

p Lipidcane também pode ser cultivada no Brasil e em outras áreas tropicais. Como relatamos recentemente na Nature Climate Change, expandir significativamente a produção de cana-de-açúcar ou de cana-de-açúcar no Brasil poderia reduzir as atuais emissões globais de dióxido de carbono em até 5,6%. Isso poderia ser realizado sem afetar as áreas que o governo brasileiro designou como ambientalmente sensíveis, como a floresta tropical.

p Em busca de 'cana de energia'

p Nossa pesquisa de cana lipídica também inclui a engenharia genética da planta para torná-la fotossintetizante de forma mais eficiente, o que se traduz em mais crescimento. Em um artigo de 2016 na Science, um de nós (Stephen Long) e colegas de outras instituições demonstraram que melhorar a eficiência da fotossíntese na cana lipídica aumentou seu crescimento em 20%. Pesquisas preliminares e testes de campo lado a lado sugerem que melhoramos a eficiência fotossintética da cana-de-açúcar em 20 por cento, e quase 70 por cento em condições frias.

p Agora nossa equipe está começando a trabalhar para projetar uma variedade de cana-de-açúcar de maior rendimento, que chamamos de "cana-de-energia", para obter mais produção de petróleo por acre. Temos mais terreno a percorrer antes que possa ser comercializado, mas o desenvolvimento de uma planta viável com óleo suficiente para produzir economicamente biodiesel e bio-combustível é um primeiro passo importante. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.