A biotecnologia industrial é a trilha menos discutida deste domínio e, medida em tonelagem, uma das maiores.
Ela abrange o uso de processos biológicos para fabricar coisas que hoje vêm do petróleo: combustíveis, plásticos, solventes, produtos químicos, enzimas e materiais.
A questão da substituição
O trabalho Bio Revolution do McKinsey Global Institute estimou que cerca de 60% dos insumos físicos da economia global poderiam, em princípio, ser produzidos biologicamente.
Esse número costuma ser citado como se fosse uma previsão. Não é. É uma afirmação sobre possibilidade técnica, e a distância entre o que é tecnicamente possível e o que de fato é construído é inteiramente econômica.
A pergunta nesta indústria nunca é se uma célula consegue fabricar a molécula. É se ela consegue fabricá-la por menos do que uma refinaria.
É por isso que a biotecnologia industrial é uma área de engenharia disfarçada de biologia, e por isso que contratar só biólogos para tocá-la produz demonstrações, não plantas industriais.
O que a trilha abrange
O escopo: biocombustíveis, biomateriais, produtos químicos e enzimas, processos biológicos substituindo a manufatura tradicional.
Quatro áreas.
Produção e aplicação de enzimas. A parte comercialmente mais madura. Enzimas usadas em detergentes, processamento de alimentos, têxteis, papel, ração animal e como catalisadores industriais. Um negócio já bem estabelecido.
Biocombustíveis. Etanol, biodiesel e a próxima geração, mais difícil, a partir de matérias-primas não alimentares. Fortemente moldada por política pública e pela economia da matéria-prima.
Produtos químicos e materiais de base biológica. Produtos químicos de plataforma, solventes e polímeros, incluindo bioplásticos. A área com o desenvolvimento comercial mais ativo.
Biorrefinaria e processamento circular. Uso de resíduos e correntes de descarte como matéria-prima, onde a conta frequentemente começa a fechar.
Por que a restrição é custo, não biologia
Um organismo modificado que produz a molécula-alvo é, hoje, um problema solucionável para uma equipe competente. O que decide se uma planta será construída é a pilha de custos.
Matéria-prima. Frequentemente o maior custo isolado. Detalhado adiante.
Rendimento. Quanto produto por unidade de matéria-prima. Pequenas melhorias movem bastante a economia do processo, porque a matéria-prima domina o custo.
Título e produtividade. Concentração no caldo de fermentação e velocidade de produção. Ambos definem o tamanho dos equipamentos necessários, o que define o custo de capital.
Separação a jusante. Tirar o produto de uma mistura aquosa diluída. Para produtos químicos de commodity, essa costuma ser a etapa que inviabiliza a economia do processo, e é a etapa com menos glamour e menos atenção.
Capital. Plantas de fermentação são caras, e financiá-las é mais difícil quando o comparativo é um ativo petroquímico existente e já depreciado.
Cada um desses pontos é uma variável de engenharia. A cepa é só o ingresso.
Onde isso se encaixa no domínio
Biotecnologia industrial e bioeconomia é a décima de dez trilhas do domínio de biotecnologia da Astra Trainer, e se apoia em quase todas as outras: microbiologia e bioquímica para o organismo e as enzimas, biologia sintética para a engenharia de cepas, e bioprocessamento para a escala.
Parceiros aqui quase sempre trabalham entre domínios. O domínio de energia, clima e nuclear cobre gestão de carbono e descarbonização industrial, sistemas de petróleo, gás e petroquímica e economia de energia; materiais avançados cobre ciência de polímeros e minerais críticos e materiais circulares; e manufatura avançada cobre o chão de fábrica. Programas de biotecnologia industrial costumam ser o caso mais claro de um pipeline multidomínio, e não de uma única trilha. Veja as dez trilhas aqui.
O problema de matéria-prima que ninguém menciona
A matéria-prima decide mais projetos do que o desempenho da cepa, e aparece em quase nenhum plano de mão de obra.
Quatro razões para isso ser difícil.
O custo é volátil. Os preços de açúcar, amido e óleo vegetal seguem os mercados agrícolas, o que significa que um processo econômico em um ano pode deixar de ser no seguinte, sem que a tecnologia tenha culpa nisso.
A concorrência com alimentos é uma restrição real. Usar cultivos agrícolas como matéria-prima industrial compete com a oferta de alimentos, o que é uma questão política e ética, além de econômica, e moldou boa parte da política de biocombustíveis.
Matérias-primas de resíduo são baratas e difíceis. Resíduos agrícolas, restos florestais e correntes urbanas são baratos e inconsistentes, contaminados e difíceis de decompor. Torná-los utilizáveis exige pré-tratamento, o que soma custo e complexidade, e é o problema técnico central dos biocombustíveis de segunda geração.
A logística domina. Biomassa é volumosa e tem baixa densidade energética, então transportá-la a longas distâncias não compensa. Isso obriga as plantas a ficarem perto da matéria-prima, o que restringe localização e escala de um jeito que plantas petroquímicas não enfrentam.
A implicação para a mão de obra é que especialistas em matéria-prima, analistas de cadeia de suprimentos e engenheiros de processo de pré-tratamento importam tanto quanto engenheiros de cepas, e quase nunca são recrutados como tal.
Onde isso já é rotina
Vale dizer isso, porque o setor costuma ser tratado como se fosse ainda futuro.
Enzimas industriais são um negócio global maduro que abastece detergentes, alimentos, ração, têxteis e papel.
Etanol combustível é produzido em grande escala em vários países.
Ácido cítrico, aminoácidos, vitaminas e ácidos orgânicos são produzidos por fermentação como prática padrão.
Alguns bioplásticos já estão em produção comercial, com custo maior que os polímeros convencionais, vendendo para aplicações que toleram isso.
Então, para a maioria das organizações, a pergunta não é se vão entrar em um campo especulativo. É se uma substituição específica compensa economicamente para elas, e responder isso exige gente capaz de modelar toda a pilha de custos, não apenas demonstrar a biologia.
As funções, nomeadas
Engenheiros de processo. A função central. Projetam e otimizam toda a rota de produção.
Cientistas e engenheiros de fermentação. Desempenho a montante em escala industrial.
Engenheiros de separação a jusante. Onde a economia de commodity é ganha ou perdida, e persistentemente escassos.
Engenheiros de cepa e de enzimas. Melhoram o catalisador biológico.
Especialistas em matéria-prima e cadeia de suprimentos. Sourcing, pré-tratamento, logística e risco de preço.
Analistas técnico-econômicos. Modelam se uma rota é viável antes de ela ser construída. Uma função pequena, de alta alavancagem e genuinamente escassa.
Operadores e técnicos de planta. Tocam a instalação, e são o maior contingente assim que algo é construído.
Especialistas em sustentabilidade e análise de ciclo de vida. Porque o argumento ambiental é frequentemente o argumento comercial, e precisa ser defensável, não apenas afirmado.
Quem pode ser capacitado para isso
Pessoal de petróleo, gás e petroquímica. O maior e mais bem compatível grupo disponível. Engenharia de processos, operações de planta, tecnologia de separação, disciplina de segurança, entrega de projetos e experiência com projetos de capital, tudo isso é transferível. A lacuna é a biologia, que é menor do que a lacuna no sentido inverso.
Isso também importa como rota de transição. Trabalhadores saindo de setores fósseis costumam estar mais perto da produção de base biológica do que de qualquer outra coisa, e o mesmo ponto aparece no artigo sobre mão de obra de energia desta seção.
Engenheiros químicos de qualquer indústria de processo. Encaixe direto para a engenharia, precisam da biologia.
Pessoal de cervejaria, destilaria e fermentação de alimentos. Fermentação prática em escala.
Pessoal de celulose, papel e processamento agrícola. Já lidam com biomassa, exatamente o material difícil de que dependem os processos de segunda geração.
Biólogos moleculares. Para engenharia de cepa e enzimas, precisando do enquadramento industrial e econômico.
Analistas de cadeia de suprimentos. Para funções de matéria-prima, uma conversão incomum e útil.
Escopo de segurança e regulação. Instalações de biotecnologia industrial carregam obrigações de segurança de processo químico, requisitos de pressão e contenção e, em muitos casos, classificação como sítio de grande risco. Trabalhar com organismos geneticamente modificados exige contenção e aprovação institucional, e produtos de combustível e produtos químicos enfrentam seus próprios regimes regulatórios. O treinamento constrói compreensão de processo e de biologia, e a consciência de onde essas obrigações se aplicam. Ele não constitui qualificação de segurança de processo, autorização de sítio ou aprovação regulatória.
O que levar daqui
Os 60% descrevem possibilidade técnica, não uma previsão, e a distância entre as duas coisas é custo por tonelada.
Rendimento, título, separação a jusante e capital decidem os projetos. A cepa é o ingresso, não a resposta.
Custo, qualidade e logística da matéria-prima inviabilizam mais projetos do que a biologia, e especialistas em matéria-prima quase nunca estão no plano.
Grande parte deste campo já é madura, então a pergunta real costuma ser se uma substituição específica é econômica, não se vale a pena entrar no campo.
E o pessoal de petróleo, gás e petroquímica é o grupo transferível mais bem compatível de todo o domínio, o que torna essa trilha uma das rotas de transição mais práticas disponíveis.
O que limita a biotecnologia industrial?
O custo por tonelada frente a uma indústria petroquímica já otimizada. Rendimento, título, separação a jusante e custo de capital decidem a viabilidade, e o organismo modificado é o requisito de entrada, não o diferencial.
Por que a matéria-prima importa tanto?
Ela é frequentemente o maior custo, seu preço é volátil, matérias-primas de cultivo alimentar carregam um problema de concorrência, matérias-primas de resíduo são baratas e difíceis, e a logística de biomassa obriga as plantas a ficarem perto do fornecimento.
Algo disso já é comercial?
Boa parte já é madura: enzimas industriais, etanol combustível, ácido cítrico, aminoácidos e vitaminas são todos produzidos por fermentação como prática padrão. Alguns bioplásticos já são comerciais, com um prêmio de custo.
Quem migra mais facilmente para este campo?
Pessoal de petróleo, gás e petroquímica, com folga. Engenharia de processos, operações de planta, tecnologia de separação e disciplina de segurança se transferem, e a lacuna de biologia é menor do que no sentido inverso.
Onde isso se encaixa no domínio?
É a décima de dez trilhas do domínio de biotecnologia da Astra Trainer, e a que mais costuma ser trabalhada entre domínios, com energia, materiais e manufatura avançada. Veja aqui.