Toneladas de materiais orgânicos derivados de plantas, animais e até microrganismos são geradas anualmente. Esta biomassa, muitas vezes descartada como resíduo, contém elementos como proteínas, açúcares, gorduras, fibras e lenhina que, depois de extraídos, podem ter um amplo número de aplicações de elevado valor. É este valor que as biorrefinarias podem potenciar.
A produção de bioenergia, incluindo calor, combustível ou eletricidade, esteve na base das primeiras biorrefinarias, mas em várias destas instalações podem já obter-se solventes, aditivos, lubrificantes, tintas e revestimentos, aromas e fragâncias, entre muitos outros químicos e materiais que vão desde compósitos e polímeros (bioplásticos), a fibras, resinas e fertilizantes orgânicos. E podem também sintetizar-se compostos bioativos com aplicação em medicamentos, cosmética e em alimentos para consumo humano e animal.
A transformação da biomassa em novos biomateriais assenta em vários processos complexos – químicos, bioquímicos, mecânicos, termomecânicos ou termoquímicos – com diferentes graus de sustentabilidade, consoante os procedimentos, subprodutos e fontes de energia.
Também a biomassa que serve de matéria-base pode ter múltiplas origens e diferentes níveis sustentabilidade: culturas alimentares, como a colza, a soja, a palma ou a cana-de-açúcar (considerados pouco sustentáveis) ou resíduos orgânicos florestais e agrícolas, sobrantes de várias indústrias e bioprodutos reciclados (entre outros exemplos considerados sustentáveis).
A sustentabilidade da biomassa é relevante para a sustentabilidade do bioproduto final. Por exemplo, os biocombustíveis iniciais derivavam de culturas alimentares (chamados biocombustíveis de primeira geração), mas a sua expansão foi limitada em vários países, incluindo os da União Europeia, porque implicam a ocupação de áreas que concorrem com a produção de bens necessários para alimentar animais e pessoas. A intenção é ir reduzindo progressivamente a utilização de combustíveis de primeira geração à medida que alternativas sustentáveis possam compensá-la, de acordo com a Diretiva Europeia RED II, que obriga à incorporação de biomassa sustentável nos combustíveis rodoviários.
A aplicação da biomassa em cascata de valor, aproveitando sucessivamente (ou paralelamente) um mesmo material para diferentes usos, começando pelos que geram mais valor, é outro dos benefícios que as biorrefinarias podem trazer. Por exemplo, das sobras da madeira e até da sua casca podem extrair-se polímeros naturais valorizados na produção de compósitos (bioplásticos, por exemplo), ou podem isolar-se substâncias bioativas valorizadas nas indústrias alimentares e cosméticas. Assim, este tipo de utilizações é prioritário face à queima para energia, que deve ser feita quando este material está em fim de vida e uma vez esgotadas outras aplicações que gerem maior valor acrescentado.
Da mesma forma, numa biorrefinaria, vários dos materiais intermédios que são necessários ao processamento da biomassa e até vários dos fluídos e sólidos que resultam deste processamento (desde águas residuais a cinzas das caldeiras, por exemplo) podem também ser convertidos em subprodutos e reaproveitados.
Assim, com base em matérias-primas renováveis e sustentáveis podem obter-se novos bioquímicos, biomateriais e também biocombustíveis quimicamente equivalentes aos que as refinarias convencionais produziam a partir de materiais fósseis não renováveis.
E sempre que as biorrefinarias encontram novas formas sustentáveis de valorizar resíduos ou sobrantes biológicos estão a apoiar objetivos relacionados com a sustentabilidade da energia, a descarbonização, a bioeconomia e a economia circular, em consonância com objetivos estratégicos inscritos em vários planos de ação portugueses e europeus – por exemplo, no Plano de Ação para a Bioeconomia nacional ou no Plano de Ação para a Economia Circular na Europa.
Biorrefinarias avançadas de base florestal: o percurso em Portugal
O Plano Nacional para a Promoção das Biorrefinarias (PNPB 2017-2030) começou por definir a aposta portuguesa na implementação de biorrefinarias avançadas, tanto as que estão orientadas para os produtos bioenergéticos a partir da biomassa (gerando simultaneamente coprodutos para outras aplicações), como as que estão otimizadas para os bioprodutos e biomateriais, como biomoléculas, químicos intermédios, proteínas, substâncias bioativas e compósitos (gerando energia como benefício adicional).
O “aumento do conhecimento e do investimento em Investigação, Desenvolvimento e Inovação (I&DI)” foi um dos pilares identificados neste plano para que o caminho das biorrefinarias pudesse prosseguir.
Portugal tinha, já antes deste plano ser provado, desenvolvido vários projetos técnico-científicos na área das biorrefinarias avançadas de base florestal e este caminho tem prosseguido com o desenvolvimento e teste de processos e produtos suscetíveis de integrar a cadeia de valor, com a instalação de unidades piloto e até com o arranque de pequenas unidades produtivas.
Conheça alguns dos desenvolvimentos portugueses, recentes ou em curso em 2023, em particular os que recorrem a biomassa florestal:
- inpactus – Consórcio de I&DI estruturado em torno de 15 atividades, concluídas em 2023, após perto de cinco anos de trabalho. No contexto de biorrefinaria desenvolveu processos, bioprodutos, biocombustíveis e biomateriais a partir de biomassa florestal de eucalipto e dos subprodutos da sua transformação. Entre as inovações do inpactus estão desde tecnologias mais eficientes para desconstrução da biomassa ao desenvolvimento de compósitos termoplásticos com elevada incorporação de celulose, passando pela obtenção de extratos com bioatividade relevante e potencial de aplicação em terapêuticas para doenças neurodegenerativas, como o Alzheimer, e pela produção de prebióticos (fibras nutricionais benéficas ao organismo) a partir de pasta de celulose.
- Move2LowC – consórcio de I&DI, promovido pelo CoLab BIOREF – Laboratório Colaborativo para as Biorrefinarias (2020-2023). Conta com vários subprojectos que procuram aumentar o aproveitamento de diferentes tipos de biomassa – microalgas, biomassa florestal residual e efluentes industriais – para a produção de biocombustíveis dirigidos aos transportes (incluindo aéreos e pesados terrestres), como hidrogénio e gás renováveis, numa lógica de circularidade. Pretende o desenvolvimento de tecnologias e planos de exploração tecnológica à escala comercial, de modo que as inovações possam ser implementadas, usadas e comercializadas.
- Laboratório piloto em biorrefinarias de base florestal – Unidade de 289 m2 instalada e em funcionamento desde 2022, no RAIZ – Instituto de Investigação da Floresta e Papel (Aveiro), para demonstração de tecnologias e para avaliação técnica e de viabilidade económica de processos e produtos das biorrefinarias. O trabalho aqui efetuado permite aferir como aquilo que é testado em laboratório em pequena escala pode ser produzido industrialmente em larga escala: mediando o trabalho laboratorial e a sua industrialização, permite produzir e avaliar processos e produtos que vão do óleo essencial a polímeros enriquecidos com fibras de celulose.
- BGW – Bio Green Woods – instalada em Alvaiázere (Leiria), começou atividade em 2022. Esta biorrefinaria recorre à biomassa florestal, incluindo folhas e galhos, para extração de óleos essenciais e obtenção de carvão vegetal e químicos de base biológica. As sobras da produção são reaproveitadas para subprodutos como pellets e líquidos pirolenhosos.
- Stex – startup que iniciou atividade em Portugal em 2019, a funcionar no campus do LNEG – Laboratório Nacional de Energia e Geologia, que conta com uma unidade piloto para pré-tratamento da biomassa residual (testada para resíduos de eucalipto, espigas de milho, casca e palha de arroz) e uma unidade integrada de produção de bioetanol. Proteínas e prebióticos são outros exemplos de bioprodutos a que se dedica.
- Pharmaplant – startup localizada no Algarve e especializada em extratos, óleos essenciais e hidrolatos (águas florais, obtidas das águas usadas na destilação dos óleos e que mantêm princípios ativos) a partir de diferentes plantas e árvores, com aplicação na cosmética, em suplementos alimentares e terapêuticos. As suas atividades abrangem desde a otimização de processos ao longo da cadeia de valor destes produtos naturais (desde o campo à comercialização), passando pela produção e controlo de qualidade.
- Proentia – PME localizada em Proença-a-Nova, que produz óleos essenciais e hidrolatos a partir de biomassa de plantas e árvores, incluindo pinheiro-bravo e eucalipto. Utiliza entre as matérias-primas sobras da atividade madeireira e da gestão florestal e os resíduos naturais que resultam dos seus processos podem ser reutilizados como fertilizantes agrícolas ou encaminhadas para centrais de biomassa para produção de energia.
Esta lista não exaustiva é complementada em Portugal pelo conceito de biorrefinaria integrada nas indústrias da pasta e papel. Estas empresas têm apostado em potenciar a biomassa florestal, incluindo sobrantes da sua atividade na floresta e subprodutos da transformação fabril, para criar biomateriais que alimentam os seus próprios processos e que contribuem para alargar as suas áreas de negócio – às bioembalagens, aos papeis com funcionalidades acrescidas ou às fibras têxteis, por exemplo.
Fruto do trabalho realizado pelo consórcio do projeto inpactus e em outros outros projetos de I&DI que lidera, o RAIZ – Instituto de Investigação da Floresta e do Papel submeteu em 2022 um total de 20 pedidos de patentes ao Instituto Nacional de Propriedade intelectual. Várias delas enquadram novos processos e produtos de base biológica, com origem na biomassa florestal, e potencial de desenvolvimento no âmbito das biorrefinarias avançadas.
Barreiras e incentivos ao avanço das biorrefinarias
O ritmo a que acontece esta evolução está a avançar na Europa, mas existem ainda múltiplas barreiras à implementação de biorrefinarias avançadas.
“É preciso capital, é preciso acreditar nos projetos e é preciso enquadramento político para os apoiar, o que já começa a existir na União Europeia”, refere Alexandre Gaspar, responsável pela área de novos negócios e scale-up industrial no Instituto RAIZ. O responsável acredita que “em Portugal, temos o know-how”, sendo que a disponibilidade da biomassa é chave para instalação destes processos industriais de biorrefinarias.
Atualmente a valorização energética (para produção de eletricidade e/ou vapor para processos industriais) é a utilização mais relevante da biomassa florestal residual em Portugal. Desde a viragem do século, orientações políticas com a finalidade de apoiar e promover a “limpeza das florestas”, fomentaram também a instalação de centrais térmicas, sendo grande parte da biomassa florestal encaminhada para estas infra-estruturas.
A energia gerada a partir de biomassa representou 46,5% do total da energia renovável produzida em Portugal em 2021. Leia mais sobre o aproveitamento energético da biomassa em Portugal.
O relatório “Global Biorefinery Status Report 2022” revela alguns outros obstáculos transversais aos vários países:
- Falta de sistemas de recolha, armazenamento e abastecimento de biomassa sustentáveis e a preços razoáveis;
- Composição complexa da biomassa, o que requer diferentes processos de pré-tratamento e de valorização;
- Necessidade de evolução e otimização de processos de conversão (em muitos casos, falta otimização e noutros
casos, estes processos estão ainda numa fase precoce de desenvolvimento); - Custos elevados de produção, que tornam os produtos de base biológica menos competitivos.
- Necessidade de demonstração da sustentabilidade dos bioprodutos ao longo de toda a sua cadeia de valor.
Por sua vez, o estudo “EU biorefinary Outlook to 2030” lembra que existem na Europa apoios financeiros direcionados a ultrapassar algumas destas barreiras (nomeadamente as técnico-científicas), destacando para o efeito o financiamento do Programa Horizonte Europa (2021-2017) vocacionado para os Desafios Globais de Competitividade Industrial Europeia (Pilar 2) e ao cluster da Alimentação, bioeconomia, recursos naturais, agricultura e ambiente; e o financiamento da parceria Circular Bio-based Europe Joint Undertaking.
O artigo foi publicado originalmente em Florestas.pt.
