BIOEN-FAPESP
BIOEN 2020-2030 - Proposta de Programa
Coordenação do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN):
Glaucia Souza
Heitor Cantarella
Rubens Maciel Filho
Luiz Augusto Horta Nogueira
Luis Cassineli
O programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) busca gerar conhecimento fundamental e aplicado para a bioenergia, biocombustíveis e bioprodutos. Os resultados do programa desde a sua criação em 2009 demonstram uma atuação sistemática e vigorosa da comunidade científica paulista e a capacidade de articulação pela FAPESP de muitas novas iniciativas na área. A programa 2020-2030 destaca a ciência para o crescimento e diversificação do uso e fontes de biomassa, a ampliação de plataformas de conversão e uso de biocombustíveis, a viabilização das biorefinarias com a integração de novos bioprodutos e os impactos que estes desenvolvimentos podem ter para o Estado de São Paulo e a bioeconomia brasileira.
OBJETIVOS
1. Objetivo Geral
O Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) tem como objetivo geral estimular e articular atividades de pesquisa e desenvolvimento, no ambiente acadêmico e no industrial, promovendo o avanço do conhecimento e sua aplicação em áreas relacionadas à produção de bioenergia e seus derivados no Brasil.
2. Objetivos Específicos
2.1. Aumentar a Produtividade da Biomassa
Biotecnologia e Melhoramento
• Desenvolvimento de plantas com alta produtividade para a produção de bioenergia e bioprodutos;
• Definir para as culturas energéticas os mecanismos que contribuem para a produtividade, uso de recursos de maneira eficiente e resiliência a climas futuros;
• Desenvolvimento de plantas com tolerância a condições desfavoráveis, incluindo seca, alagamento, acúmulo de sal, altas temperaturas, além daquelas com alta WUE e NUE (alta eficiência de uso da água e nitrogênio);
• Pesquisa que permita a diversificação das fontes de biomassa para a produção de bioenergia, bioprodutos e captura de carbono;
• Desenvolvimento de plataformas genômicas para o melhoramento de plantas e algas com fins energéticos, captura de carbono e produção de bioprodutos.
Agronomia
• Pesquisar como intensificar o cultivo da biomassa, avaliando o potencial de cobertura em pastagens e novas terras aráveis, definir como avaliar os impactos e sugerir as melhores práticas de manejo e gerenciamento; propor estratégias de implementação que resultem em sustentabilidade para a intensificação de pastagens;
• Definir as características ambientais específicas do local (biofísicas, bioquímicas e biológicas) para os solos, incluindo matéria orgânica do solo, carbono do solo, biodiversidade, status/retenção de nutrientes, manejo do solo, particularmente no que se refere à erosão, hidrologia, incluindo capacidade modificada de retenção de água no solo;
• Definir o potencial para cultivo de bioenergia para remediar solos degradados/danificados; reciclagem de nutrientes; aumento/manutenção do potencial produtivo dos solos;
• Pesquisar a longo prazo os ciclos de nutrientes e carbono do solo sob cultivo perene e sistemas florestais e sobre os efeitos da mudança no uso da terra na água e nos solos;
• Estudar opções integradas de gerenciamento de terras decorrentes de um melhor entendimento das interligações entre intensificação de pastagens, produção de alimentos e cultivo de bioenergia;
• Pesquisar como o uso de resíduos agroflorestais pode melhorar a qualidade do solo, impactar as populações de pragas e alterar a dinâmica de doenças;
• Identificar os locais ideais para culturas energéticas usando modelos de rendimento, mapeamento de restrições e mapeamento de oportunidades com base em GIS, incluindo a eficiência do pós-colheita.
2.2. Desenvolver Plataformas Eficientes e Competitivas de Conversão da Biomassa
Processos de conversão
• Desenvolver novas tecnologias para produção avançada de biocombustíveis e bioprodutos;
• Desenvolver tecnologias para o sequestro e uso de carbono;
• Desenvolver plataformas de conversão de biomassa de plantas, algas e microorganismos usando tecnologias da genômica, biologia molecular, biologia sintética, genética - para as principais plataformas - açúcar, syngas, metano, biocombustíveis, hidrogênio, polímeros, produtos químicos e blocos de construção para os mesmos;
• Desenvolver catalisadores eficientes, tecnologias de micro-reatores, tecnologias eficientes de separação baseadas em membranas e outras tecnologias;
• Analisar o valor potencial de cada fluxo de matéria orgânica – nenhum carbono é desperdiçado;
• Desenvolver estudos que diminuam as incertezas tecnológicas para aplicação industrial.
Cadeia de suprimento
• Estudar como integrar os sistemas - da produção, conversão e uso da biomassa - de todos os produtos considerando as condições locais onde as tecnologias serão aplicadas;
• Desenvolver processos de densificação da biomassa e equipamentos para lidar com vários tipos de biomassa para melhorar o transporte, armazenamento e préprocessamento; estudos de peletização e torrefação quanto ao desempenho técnicoeconômico;
• Desenvolver processos de múltiplas biomassas (por exemplo, co-combustão ou cocombustão de várias biomassas em um único forno) em plantas flexíveis com base nas propriedades físico-químicas da biomassa recolhida, manuseada e enviada para plantas de processamento;
• Desenvolver processos de secagem de biomassa em campo de baixo custo para reduzir a intensidade do uso de energia em plantas de processamento; desenvolver tecnologias de conversão tolerantes à umidade.
2.3. Melhorar a Eficiência Energética e Sustentabilidade do Uso Final da Bioenergia
• Desenvolver configurações de motores para uso otimizado de etanol (turbocomprimidos, com taxa de compressão variável, etc);
• Desenvolver motores híbridos a etanol;
• Fazer a avaliação técnico-econômica das alternativas de emprego de etanol em motores do Ciclo Diesel, considerando aditivação, misturas com diesel e reconfiguração dos motores;
• Otimizar o ciclo diesel para combustíveis de origem renovável;
• Desenvolver aplicações aeronáuticas, marítimas, estacionárias e agrícolas para biocombustíveis;
• Desenvolver células a biocombustível e sistemas associados;
• Desenvolver tecnologias para a redução de emissões considerando o uso de biocombustíveis;
• Fazer uma avaliação de custos estimados e nível de maturidade tecnológica das rotas de produção de combustível aeronáutico "drop-in" utilizando etanol como matéria prima;
• Avaliar a competitividade econômica e impacto nas emissões das configurações inovadoras de sistemas de tração: etanol convencional, etanol otimizado, híbrido com etanol, célula de combustível com etanol (reforma) e baterias elétricas.
• Desenvolver baterias elétricas que tenham vida mais longa (maior número de recarga) com alta densidade energética e que sejam sustentáveis.
2.4. Acelerar a Transição para a Bioeconomia
Aspectos econômicos
• Desenvolver modelos econômicos para melhor quantificar a repercussão da bioeconomia, compreender melhor o impacto da bioenergia nas suas várias dimensões, e melhorar a modelagem das mudanças tecnológicas;
• Viabilizar abordagens integrativas da bioeconomia emergente no contexto da sociedade através do desenvolvimento de ferramentas de análise de sistemas para avaliar o impacto das tecnologias, demanda, políticas de sustentabilidade e governança;
• Definir as pré-condições, processos e governança necessários para que sistemas bioenergéticos e integrados de agro-florestas prosperem incluindo os recursos educacionais necessários, normas, mecanismos de financiamento privado e público, infraestrutura, mercados, políticas e governança;
• Definir os impulsionadores socio-econômicos a nível local e as ligações políticas necessárias para mercados e marcos regulatórios para promover a integração e a sustentabilidade da intensificação da produção de biomassa;
• Análisar as interdependências das áreas ambiental, de materiais, de energia e economia, com ferramentas para o desenvolvimento de processos sustentáveis.
Aspectos sociais
• Desenvolver sistemas de indicadores, monitoramento e avaliação, ou usar os existentes para avaliar o progresso em direção à sustentabilidade em questões sociais; coleta de dados que envolvam produtores, governos e organizações internacionais;
• Pesquisar os efeitos dos avanços da indústria 4.0, da mecanização da cana-de-açúcar, de mudanças e qualificação de empregos.
Aspectos ambientais
• Avaliar os efeitos a longo prazo da produção de biocombustíveis na biodiversidade que contribua dados para LCA de matérias-primas de biocombustíveis e outros usos de energia;
• Estudar os indicadores ambientais de sustentabilidade que devem ser monitorados para refletir a qualidade do solo, qualidade e quantidade de água, biodiversidade, qualidade do ar e produtividade;
• Desenvolver bancos de dados gerados por sitios de amostragem interoperáveis a fim de conectar os padrões de diversidade com processos e monitoramento para alimentar a gestão;
• Desenvolver métodos para aproveitar os recursos de sensoriamento remoto para monitorar e integrar o uso da terra, o estado do solo e da água;
• Desenvolver tecnologias para o uso de materiais residuais, lixo sólido, lodo, reutilização de água e nutrientes e reciclagem em sistemas de bioenergia.
Uso da terra
• Definir as emissões de CO2 associadas a co-produtos e subprodutos;
• Definir as emissões de N2O em sistemas de bioenergia;
• Avaliar o iLUC;
• Fazer o levantamento e análise de dados globais de uso da terra e sistemas de monitoramento (incluindo agricultura, silvicultura e pastagens);
• Desenvolver cadeias agro-ecológicas e sistemas "glocal" (global e local) de distribuição