O etanol lignocelulósico é uma alternativa para aumentar significativamente a produção de etanol no mundo, particularmente dos países do hemisfério norte onde a cana-de-açúcar não tem um bom desenvolvimento.

Resíduos agrícolas como bagaço e palha de cana-de-açúcar, cascas, gramíneas e resíduos florestais, que tradicionalmente são queimados ou descartados, podem ser matérias-primas para obtenção de bioetanol.

O uso do bagaço da cana-de-açúcar, por exemplo, no Brasil, é uma forma de aumentar a produção do bioetanol sem aumentar a área plantada de cana-de-açúcar no país.Constituídos por 40-60% de celulose (polímero de glicose), 20-40% de hemicelulose (heteropolímero formado por pentoses, que são açúcares de cinco carbonos) e 10-25% de lignina, os resíduos vegetais formam uma estrutura complexa e compacta.

A lignina atua como uma cola entre a celulose e a hemicelulose, principais elementos estruturais da parede celular, sendo necessário sua retirada para conversão da celulose e da hemicelulose em açúcares e em seguida a fermentação destes e produção do bioetanol.O etanol obtido a partir da biomassa lignocelulósica é denominado de biocombustíveis de segunda geração por ser obtido de matéria-prima não convencional (açúcares e amido).

A produção comercial do bioetanol a partir dessa matéria-prima será possível, mas exigirá o domínio de tecnologias ainda não completamente desenvolvidas, que atualmente são complexas, com baixo rendimento na conversão da matéria-prima em bioetanol, balanço energético negativo e com custo de produção elevada.

Essas tecnologias correspondem aos processos que compreendem as operações de deslignificação com a separação das frações de celulose e hemicelulose (pré-tratamento) e as etapas de hidrólise ácida (processo químico) ou hidrólise enzimática (processo biotecnológico), para se chegar aos açúcares a partir da celulose e da hemicelulose e, então, por fermentação, inclusive das pentoses, produzir o bioetanol.

A quebra da celulose é uma das tecnologias de segunda geração empregadas na produção de etanol, ou bioetanol. A estrutura molecular do bagaço da cana-de-açúcar é quebrado em açúcares mais simples e solúveis, se transformando em etanol pela ação dos micro-organismos. As pesquisas têm como objetivo diminuir os desafios da produção de bioetanol e estão concentradas em duas grandes áreas:

Pré-tratamento e hidrólise

- Até o momento, as rotas enzimáticas tem apresentado vantagens importantes sobre as rotas químicas, na produção de bioetanol a partir do bagaço de cana de açúcar. Um grande desafio consiste em tornar o processo enzimático técnico e economicamente viável. A viabilidade do processo enzimático requer a produção de enzimas específicas para o bagaço de cana pré-tratado; 

- O processo físico-químico de explosão com vapor (“Steam Explosion”) em presença de catalisador consiste numa tecnologia promissora de pré-tratamento do bagaço de cana no curto, médio e longo prazo, tanto para SHF quanto para SSF ou SSCF; 

- Estrategicamente, é importante desenvolver um processo eficiente de hidrólise ácida da celulose do bagaço de cana, ainda que com limitações técnicas e econômicas, como alternativa tecnológica para prevenir incertezas associadas ao desenvolvimento de processos enzimáticos competitivos, bem como quanto a garantir fornecimento das enzimas a preços adequados.   
 

Fermentação do Hidrolisado 

A fermentação dos açúcares redutores obtidos após a hidrólise dos materiais lignocelulósicos é um estágio crítico para atingir um processo técnico e economicamente viável.

A hidrólise da hemicelulose fornece pentoses (xilose e arabinose), carboidratos estes não diretamente fermentescíveis por leveduras industriais, sendo a biotransformação destas pentoses a etanol um dos desafios mais importantes a resolver no âmbito científico e tecnológico. Ainda da hemicelulose resultam hexoses tais como: glicose, manose e galactose, sendo necessário linhagens de levedura específicas para produção de etanol. A fermentação das pentoses a etanol continua sendo uma barreira tecnológica difícil de superar. Poucos micro-organismos possuem a capacidade de fermentar as pentoses a etanol. 

As linhas de pesquisa em andamento nesse sentido são:

- Procedimentos de seleção e melhoramento de leveduras que fermentam naturalmente as pentoses a etanol.

- Desenvolvimento de linhagens recombinantes de Sacharomyces cerevisiae.

- Seleção de bactérias termofílicas.

- Seleção de bactérias mesofílicas.