Em uma era de crescente conscientização ambiental, a dependência de produtos à base de petróleo se estende muito além do combustível, permeando nossas vidas diárias em plásticos, medicamentos e produtos alimentícios. A indústria cervejeira, surpreendentemente, oferece uma fonte alternativa promissora para esses produtos químicos, potencialmente transformando resíduos em valiosos recursos de base biológica que atendem tanto aos padrões regulatórios quanto às expectativas do consumidor quanto ao desempenho e segurança.
A produção de cerveja e lager usa principalmente quatro ingredientes: fermento, água, lúpulo e cevada. Após a fermentação, os sólidos restantes, conhecidos como grãos usados na fermentação (BSG), são frequentemente descartados (a um custo) ou doados a fazendeiros para ração animal. Dados de cervejarias locais indicam que aproximadamente 200 kg de grãos mistos são usados por 1000 litros de cerveja. Somente o Reino Unido produz cerca de 7.499 trilhões de toneladas métricas de BSG anualmente. O BSG é, em essência, uma fonte de polímeros de carbono orgânico que podem ser decompostos em produtos químicos valiosos usados em quase todas as indústrias de manufatura.
Desafios atuais no processamento
As tecnologias existentes podem quebrar os polímeros em BSG, mas geralmente vêm com altos custos associados. Esses métodos geralmente envolvem o aquecimento do substrato a mais de 600 °C em altas pressões ou o uso de ácidos/álcalis fortes para quebrar a estrutura. Esses processos consomem muita energia, com desafios ambientais dificultando a extração de moléculas valiosas de BSG de forma barata e eficaz.
Na Universidade de Salford, pesquisadores estão explorando novas maneiras de extrair valor do desperdício. O candidato a doutorado Danny Wales, sob a orientação da Dra. Natalie Ferry, Dr. Ale Diaz De Rienzo e Dra. Rosa Arrigo, está trabalhando em um método mais ecológico, mais limpo e mais econômico para extrair compostos químicos valiosos do BSG. Essa inovação tem o potencial de reduzir a pegada de carbono da indústria cervejeira, ao mesmo tempo em que fornece às cervejarias um fluxo de receita adicional. Por meio do IBIC, a Universidade de Salford fez uma parceria com a The Lubrizol Corporation: Specialty Chemicals, uma inovadora global de soluções baseadas na ciência, para explorar o BSG como uma fonte de alternativas ecológicas para moléculas encontradas em produtos usados pelas pessoas todos os dias.
Catalisadores biológicos
A equipe está se concentrando em enzimas bacterianas e fúngicas capazes de quebrar as ligações moleculares dentro e entre os polímeros encontrados no BSG. Ao usar diferentes enzimas para processos de decomposição específicos, eles visam tornar a extração de blocos de construção químicos derivados do açúcar mais eficiente e sustentável. O interesse de Danny em cerveja, que começou durante seu mestrado em biotecnologia em Salford, o levou a aplicar suas habilidades de sequenciamento e genômica à mineração de dados de dados anteriores da Universidade de Salford para encontrar enzimas que degradam as frações mais indigestas do BSG.
Dois produtos químicos alvo que Danny pretende produzir a partir da pesquisa são compostos aromáticos furfural, produtos químicos usados em plásticos e produtos farmacêuticos, entre outras indústrias. Eles têm um valor internacional projetado para 2030 de £ 95,3 bilhões e £ 589,1 milhões, respectivamente, tornando-os commodities valiosas, produzindo uma renda potencial para cervejeiros a partir de seus resíduos.
A versatilidade do Furfural
Furfural, que pode ser obtido da BSG, é um ingrediente químico versátil. Por meio da hidrogenação catalítica, o furfural pode ser transformado em vários produtos valiosos:
- Álcool furfurílico (FA): usado na fabricação de resinas, lubrificantes, plastificantes e fibras.
- Álcool tetra-hidrofurfurílico (THFA): um solvente verde usado em tintas de impressora e na agricultura.
- Furano e tetrahidrofurano (THF): usados como aditivos de combustível ou surfactantes.
Como parte do consórcio da Universidade de Salford, a Dra. Rosa Arrigo está explorando o uso de catalisadores heterogêneos nessas transformações.
Avanços em catálise
A Dra. Rosa Arrigo e sua equipe fizeram avanços significativos na conversão de furfural em compostos úteis. Sua publicação recente no ChemCatChem destaca o uso de nanopartículas de níquel (NPs) como catalisadores. Essas NPs permitem pressões de gás hidrogênio mais baixas durante as reações, reduzindo custos e aumentando a segurança. A equipe é capaz de controlar o tamanho e o formato das NPs, resultando em nanopartículas com características estruturais únicas (fig. 3).
Esta pesquisa destaca a importância da colaboração envolvendo instituições do Reino Unido, Itália e Espanha com a Diamond Light Source e o UK Catalysis Hub (no Research Complex em Harwell). Técnicas avançadas de caracterização, como imagens de resolução atômica e espectroscopia, permitiram que a equipe analisasse os materiais sintetizados no nível atômico, fornecendo insights profundos sobre como sua estrutura afeta as propriedades catalíticas.
O impacto do tamanho das partículas
Uma descoberta importante da pesquisa de Rosa é o impacto do tamanho das partículas de níquel no processo de hidrogenação. Partículas menores produzem principalmente álcool furfurílico, enquanto partículas maiores levam a uma hidrogenação adicional em furano. Esse entendimento permite a produção seletiva de produtos químicos específicos, levando a métodos de fabricação mais eficientes e ecologicamente corretos.
Implicações mais amplas para a indústria cervejeira
O trabalho inovador na Universidade de Salford é apenas uma parte de um esforço mais amplo para avançar a biotecnologia e dar suporte à indústria cervejeira. O MicroJoule Brew Lab, liderado pelo Dr. Ale Diaz De Rienzo e pelo Prof. Ian Goodhead, colabora com cervejeiros para sequenciar variedades únicas de levedura, testar novos equipamentos e eliminar a contaminação bacteriana em cervejarias. Eles também estão lançando treinamento em cervejaria como parte de programas de aprendizagem liderados pelo governo.
Recentemente, a Dra. Silvia Tedesco, do Centro de Inovação Sustentável, juntou-se à equipe e está contribuindo com sua experiência em engenharia química na conversão de resíduos lignocelulósicos em ácido levulínico (que geralmente é coproduzido junto com furfural) em sistemas catalíticos termoquímicos.
Por meio do poder da colaboração industrial, pesquisadores da University of Salford não estão apenas avançando o conhecimento científico, mas também abrindo caminho para um futuro mais sustentável e próspero para a indústria cervejeira e além. Seu trabalho demonstra como o desperdício pode ser transformado de uma fonte de preocupação ambiental em um recurso valioso, contribuindo para um futuro mais verde e sustentável.
Escrito por Daniel Wales, Natalie Ferry, Rosa Arrigo (Escola de Ciências, Engenharia e Meio Ambiente da Universidade de Salford) e Silvia Tedesco (Centro de Inovação Sustentável da Universidade de Salford)
