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AÇÕES DE PESQUISA DA EMBRAPA VOLTADAS AO SETOR SUCROALCOOLEIRO
GUY DE CAPDEVILLECHEFE GERAL – EMBRAPA AGROENERGIA
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HISTÓRICO
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Recursos Naturais e Mudanças Climáticas
Tecnologia Agroindustrial, da
Biomassa e Química Verde
Biotecnologia, Nanotecnologia e
Geotecnologia
Macrotemas
33 Pesquisadores
Fundação
Vigência: 2006 a 2011
Inauguração
11 Pesquisadores
Eixos de PD&I
Etanol
Biodiesel
Florestas Energéticas
Coprodutos
2006 2008 2010 2012 2014 2016
Eixos de PD&I
Biomassa para uso industrial
Biotecnologia Industrial
Química de Renováveis
Materiais Renováveis
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AÇÕES DE PESQUISA DA EMBRAPA AGROENERGIA
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Ações de pesquisa para geração de novos ativos agrícolas para o setor
sucroenergético
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Rede Pluricana: Contribuições e impactos para o Setor Sucroenergético
Financiamento: Finep
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REDE PLURICANA (22 Instituições representadas)
Embrapa Cerrados
Embrapa Clima Temperado
Embrapa Tabuleiros Costeiros
Embrapa Milho e Sorgo
Embrapa Agrobiologia
Embrapa Informática Agropecuária
Universidades Federais - RIDESA
Universidade Federal de Alagoas - UFAL
Universidade Federal de Goiás - UFG
Universidade Federal do Paraná – UFPR
Universidade Federal de São Carlos – UFSCar
Universidade Federal de Sergipe – UFS
Universidade Federal de Viçosa – UFV
Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ
Universidade Federal do Mato Grosso – UFMT
Universidade Federal do Piauí - UFPI
Outras universidades
Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Universidade Estadual do Norte Fluminense – UENF
Universidade Federal da Grande Dourados - UFGD
Institutos de Pesquisa
Instituto Agronômico de Campinas – IAC
Instituto Agronômico do Paraná - IAPAR
Embrapa Agroenergia: Coordenadora
7 UDs Embrapa
10 Universidades - Ridesa 3 Universidades
2 Institutos Estaduais Pesquisa
Primeira fase: 17.000.000,00Segunda fase: 17.000.000,00
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56 Híbridos interspecíficos20 Híbridos S. officinarum17 S. barberi29 S. officinarum14 S. robustum8 S. sinense4 S. arundinaceum8 F1 S. spontaneum1 S. edule23 S. spontaneum1 Mischanthus12 ErianthusTotal: 193 acessos
Embrapa RidesaIAC
Melhoria da infraestrutura:- Estação de cruzamento da Serra Ouro/AL;
- Estação de Floração e Cruzamento de Devaneio –Amaraji- PE;
- Estação de Hibridação de cana-de-açúcar em Uruçuca/BA
Relação de acessos:
INTRODUÇÃO E QUARENTENA/ESTAÇÕES DE CRUZAMENTO
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Exemplos de ações potencializadas em Melhoramento:
- Ampliação do número de cruzamentos;- Ampliação do número de plântulas produzidas;- Estabelecimento e caracterização do perfil genético dos
acessos;- Fenotipagem por imagem;- Implementação da estratégia de GWS;
Exemplos de ações potencializadas em Biotecnologia:
- Prospecção de novos genes e promotores;- Geração e avaliação de eventos GM para tolerância
a estresses abióticos;- Estabelecimento de protocolos de transformação e
regeneração (transgenia e CRISPR);
+
MELHORAMENTO GENÉTICO CLÁSSICO E BIOTECNOLOGIA
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~15 anos
Melhoramento convencional da cana-de-açúcar
Áreas de
cruzamentos
Cruzamentos
biparentais
Plântulas
Policruzamentos
2019
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Etanol 1G
Etanol 2G
Aumento na
disgestibilidade da
biomassa
Etanol 2G
Cana Convencional
Cana/Cana energia GM
Novos
produtos
Cen
ári
o a
tual
Cen
ári
o 2
018-
Tecnologias Convencionais e Biotecnológicas de Melhoramento
Açúcar Bagaço Energia
Etanol Alimento
Variedades adaptadas a mudanças climáticas
Alimento
Novos
produtos
Acúcar
modificadoAçúcar Bagasso
EnergiaLigninaCelulose
Biomateriais
Variedades resistentes a
pragas e herbicidas
Variedades Editadas
Não GM
Novos
produtos
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SELEÇÃO DE EVENTOS ELITES DE CANA-DE-AÇÚCAR
COM CARACTERÍSTICAS SUPERIORES
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RN8 (Set/2019)
RN6
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- Identificação, caracterização e uso de FBN para aumento de produtividade
Mix de Bactérias Fixadoras de Nitrogênio reduz uso de nitrogênio no canavial
1. Gluconacetobacter diazotrophicus;
2. Herbaspirillum seropedicae;
3. Herbaspirillum rubrisubalbicans;
4. Azospirillum amazonense;
5. Burkholderia tropica.
FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO
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INOCULANTE PARA APLICAÇÃO NA CANA-DE-AÇÚCAR
APRINZA
Parceria BASF / EMBRAPA
↗ O Aprinza é um inoculante microbiológicocomposto pela bactéria diazotrófica Nitrospirillumamazonense.
↗ Bactérias diazotróficas: são bactérias fixadorasbiológicas de N que utilizam o N na forma de gáscomo substrato para a biossíntese de compostosnitrogenados;
↗ Produto parceria BASF / Embrapa que trabalhoupor muitos anos para desenvolver este produtocapaz de atender às exigências internas eexternas que irá contribuir para ganhos deprodutividade em cana-de-açúcar.
Azospirillum amazonense (1983) foi reclassificado
como Nitrospirillum amazonenseAntonie van Leeuwenhoek,
105, 1149-1162
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Aprinza
ALÉM DA FBN, EXISTEM OUTROS BENEFÍCIOS EXERCIDOS PELO APRINZA
Capacidade de produzir e induzir a produção
de fitohormônios que atuam no:
↗ Desenvolvimento do sistema radicular;
↗ Aumento da absorção de nutrientes;
↗ Maior crescimento e resistência;
↗ Maior produtividade;
↗ Tolerência a condições edafoclimáticas distintas
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Exemplos de ações potencializadas em fitossanidade:
- Caracterização da variabilidade genética e patogênica de Colletotrichumfalcatum (Podridão vermelha);
- Caracterização da reação de genótipos de cana a Diatraea saccharalis,Mahanarva frimbriolata e ao nematóide Meloidogyne javanica;
- Caracterização da reação de genótipos de cana a ação de herbicidas;
- Controle biológico da broca gigante (Telchin licus licus).
FITOSSANIDADE
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Características importantes para o setorsucroenergético
Características Lançamento
(ano)
Resistência a broca do colmo 2017-
Resistência a nematóides 2020-
Estresses abióticos (tolerância à seca) 2015-
Eficiência do uso de nutrientes 2020-
Resistência a herbicidas 2020-
Aumento no conteúdo de sacarose 2020-
Aumento na digestibilidade da biomassa 2022-
Resistência ao bicudo da cana 2020-
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Cana-de-açúcar GM para tolerância a estresses abióticos
Parceria com CTC
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Reis et al. (2014) Induced over-expression of AtDREB2A CA improves drought tolerance in sugarcane. Plant Science221-222, 59-68.
6 dias déficit hídrico – cana 3 meses de idadeControle AtDREB2A CA
Plantas RB855156 com 3 meses e
6 dias sem irrigação
Controle AtDREB2A CA
Cana de Açúcar AtDREB2A CA após 20 dias
Sistema radicular de Cana AtDREB2A CA
AtDREB2A CAControl
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EXPERIMENTOS DE CANA
Valparaíso - SP
Quirinópolis - GO
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Novo projeto na Embrapa usando sistema CRISPR para melhoria de safra
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Variedades de cana-de-açúcar editadas com resistência a imidazolinonas, sulfoniluréias e triazolopirimidinas
Trp543Leu
Trp543Leu
Ser622Leu
Ser622Leu
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Desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar com resistência à broca-do-colmo (Diatraea saccaralis) e herbicida
Herbicida Herbicida + Broca Broca
Eventos Selecionados
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Baixo
Intermediario
High
Variedades de cana-de-açúcar editadas com baixa atividade de PPO
Custo de açúcar cristal branco 5 kg:- Consumidor - R $ 11,80
- Fabricante - R $ 6,00< 30% do custo de produção
> 70% de custo de branqueamento< Qualidade nutricional
Refino e branqueamento de açúcar
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PESQUISAS VOLTADAS À INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA
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PLATAFORMAS INDUSTRIAIS
AÇÚCARES
ÓLEOS
VEGETAIS
• Desenvolvimento de biomassas com característicasespeciais da parede celular;
• Leveduras (OGM e não transgênicos) para fermentação deprodutos múltiplos;
• Novas enzimas para a desconstrução de biomassa;• Novos processos de conversão de açúcar em bioprodutos.
• Diversificação de biomassas para produção de biodiesel e bioquerosene;
• Produção de biodiesel através da via enzimática;• Desenvolvimento de metodologia para avaliação da
qualidade do biodiesel;• Destoxificação microbiológica de co-produtos e resíduos
para alimentação animal.
Lignina
Biogás
Algas
• Desenvolvimento de processos para extração de lignina;• Craqueamento térmico e catalítico da lignina para produção de
químicos;• Uso de lignina como suporte para liberação controlada de
moléculas (defensivos agrícolas).
• Desenvolvimento de coquetéis de microrganismos para aumento deeficiência de fermentação de diferentes resíduos;
• Reforma do biogás;• Melhorando a eficiência do processo para a produção de biometano.
• Estabelecimento de coleções de recursos genéticos de algas• Caracterização de espécies por Genômica, Transcriptômica, Metabolomia• Desenvolvimento de novas estirpes por engenharia metabólica e biologia sintética;• Conversão de biomassa (Cultivo, colheita, biocombustíveis, bioprodutos);• Remediação de efluentes (Vinhaça, POME, Manipueira).
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL
QUÍMICA DE RENOVÁVEIS
MATERIAIS RENOVÁVEIS
NANOFIBRAS DE
CELULOSE
• Reforço da borracha• Novos compósitos• Carreadores de moléculas
NOVOS
POLÍMEROS
• Produção de plásticos• Novas nano estruturas• Carreadores de moléculas
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TECNOLOGIA FLEXCANE I
BR10201702383, MÉTODOS DE ALTERAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR DE PLANTAS, INPI, 2017
De Souza et al. (2018) New Phytologist , 218(1), 81-93
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Melhorando a desconstrução da parede celular da planta
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De Oliveira et al. (2014) Plant Biotech J. , 13(9), 1224-1232
Ácido Ferúlico: um componente chave na recalcitrância da lignocelulose da gramínea à hidrólise
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Maior conversão de glicose da Flexcane
• Mais de 70% da celulose de biomassa foi convertida em glicose;• Nenhuma alteração na porcentagem de celulose, hemicelulose e lignina;• O teor de ART das biomassas Flex foi igual ou maior que o NT.
Aumento da glicose em 48 horas de hidrólise enzimática
25.95%
Ev2.3 Ev4.0 Ev3.1
18.44%
11.92%
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TECNOLOGIA FLEXCANE II
BR10201702383, MÉTODOS DE ALTERAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR DE PLANTAS, INPI, 2017
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BAHD5 – Novo gene para melhoria de sacarose em gramíneas◆ Metabolic profile (HPLC-HRMS): greatest difference
observed for the BAHD5 events;
◆ Desreplication: sucrose main discriminant
metabolite in the BAHD5 events;
◆ We observed an increase in the sucrose content in
leaf (Ev. 1.1 = 52.94%; Ev. 3.1 = 85.19%) and colm
(Ev. 1.1 = 95.80%; Ev. 2.1 = 96.22%; Ev. 3.1 =
94.05%) in comparison with NT plants.
◆ No significant diffences in biomass and structural
carbohydrate content.
HPLC-HRMS: high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry
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MELHORAMENTO GENÉTICO CONVENCIONAL E BIOTECNOLÓGICO DE MICRORGANISMOS
• Seleção de microrganismos• Caracterização morfofisiológica e molecular• Melhoramento clássico e biotecnológico
APLICAÇÕES• Processos bioquímicos (Fermentação, biodigestão);• Produção de químicos, enzimas, metabólitos,
polímeros, biocombustíveis ...
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Indústria têxtilNutrição Animal
Agroindústria
OFERTA DE NOVOS USOS PARA OS RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS
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36
PROCESSO ORGANOSOLV PARA LIGNOCELULOSE: DEFINIÇÃO
Organosolv é um processo que utiliza uma mistura de solvente orgânicoe água, e elevadas temperaturas para a remoção de hemicelulose elignina da biomassa vegetal (Serrano-Ruiz, 2015).
Licor
CeluloseHemicelulose
Lignina
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3/15
FRACIONAMENTO DE BIOMASSAS LIGNOCELULÓSICA
✓ Organossolv batelada: Eucalipto e Bagaço de cana-de-açúcar
✓ Organosolv modificado (menor volume de solvente orgânico no processo de fracionamento da biomassa e menor número de etapas): Bagaço de cana-de-açúcar
Sem a etapa de lavagem:Recuperação de lignina em eucalipto – 40 %
Recuperação de celulose em bagaço de cana – 50 %
A B
Bagaço de cana-de-açúcar pré-tratado por organosolv: A- tradicional e B-modificado
Celulose em bagaço de cana pré-tratado ~ 80 %Rendimento de hidrólise > 90 %
Mesmo quando extrato enzimático bruto de fungo selvagem é utilizado.
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38
Processo organosolv para lignocelulose: vantagens
✓ Isolar componentes (celulose, hemicelulose e lignina) com grau de pureza e integridade relativamente alto;
✓ Redução no custo do produto final pois facilita a purificação;✓ Possibilidade de recuperação e reuso do solvente;✓ Evita desativação de catalisadores;
Lignina peroxidaseManganês peroxidaseVersátil peroxidaseFenol-oxidaseLacases
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SCB Xylose Xylonic acid
10 genes
Genes selection- Phylogenetic analysis
C-
HL
BS
PRÊMIO BRASILBIOECONOMIA2018ABBI
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Microalgas como Biofábricas para Produção de
Biocombustíveis, Bioprodutos e Remediação de
Efluentes
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➢Alta taxa de crescimento e eficiência fotossintética;
➢Capazes de acumular grandes quantidades de substâncias de reserva:➢ Teor de lipídeos e/ou carboidratos chega a 70% do peso seco da biomassa;
➢ Potencial para a produção de mais de 50.000 L/ha/ano de biodiesel ou etanol.
➢ Eficiente captura de carbono: ➢ É possível acoplar o cultivo de microalgas à captura de emissões industriais de CO2 .
➢Podem ser cultivadas sobre terras não-agricultáveis ;
➢Podem utilizar fontes alternativas de água:
➢ Água salgada ou salobra;
➢ Efluentes de esgoto municipal, rural ou industrial.
SINGH, A., OLSEN, S. I. A critical review of biochemical conversion, sustainability and life cycle assessment of algal biofuels, 2010
Cultivo de microalgas em open ponds (raceways)
Microalgas são fontes promissoras e sustentáveis de bioprodutos
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PESQUISAS COM MICROALGAS NA EMBRAPA
AGROENERGIA
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PRINCIPAIS ENTREGAS FUTURAS
• Processo de cultivo de algas utilizando vinhaça e CO2 otimizado e validado em escala piloto;
• Processo para produção de etanol a partir de biomassa de algas;
• Produção de biocombustíveis a partir de processos densos de energia (Querosene, Diesel e Gasolina) atravésda liquefação hidrotérmica da biomassa de algas;
PESQUISAS COM MICROALGAS NA EMBRAPA
AGROENERGIA
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SELEÇÃO DE MICROALGAS COM ALTO DESEMPENHO
➢ Triagem e seleção de algas com alta capacidade de crescimento e produtividade de biomassa em:
Meio sintético: BBM, BG11, etc.
Águas residuais: Vinhaça, Efluente de Óleo de Palma (POME), Mandioca (Manipueira), etc.
Cultivo de microalgas no BBM Cultivo de microalgas em vinhaça
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Cultivo de microalgas em vinhaça
PRODUÇÃO DE BIOMASSA DE MICROALGAS EM FOTOBIOREATORES
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PRODUTIVIDADE DE ALGAS SELECIONADAS A PARTIR DE VINHAÇA
PRODUTIVIDADE DA BIOMASSA DE ALGAS
Escala de bancada Estimativa no campo
(mg/L/dia) (T/ha/year)
Meio de cultivo
Isolado Vinhaça Sintético
(BBM)
Vinhaça Sintetico
(BBM)
LBA08 255±11,9 118±8,5 93 43
LBA32 215±23,4 137±11,6 78 50
LBA39 246±18,6 202±14,1 90 74
LBA40 293±24,7 183±7,5 107 67
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DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIAS E PROCESSOS PARA APROVEITAMENTO
DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS
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ETANOL 2 G
POTENCIAIS USOS PARA POACEAS E OUTROS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS
ENERGIA ELÉTRICA
VAPOR
NANO COMPÓSITOS
SUPORTE PARA LIBERAÇÃO
CONTROLADA DE MOLÉCULAS
NANO FIOS
NANO TUBOS
NANO FILMES
BIO QAV
NANO FIBRAS
Co-geração
QUÍMICOS VERDES
CAPIM ELEFANTE
CANA-DE-ALÚCAR
SORGO BIOMASSA
ARUNDO DONAX
TUBOS PVC
PLÁSTICOS
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05
1015202530
SUC
RO
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SETOR
PROJETOS POR SETOR
2621
142 3
PROJETOS DA EMBRAPA AGROENERGIA POR SETOR
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AÇÕES DA EMBRAPA VOLTADAS AO SISTEMA DE PRODUÇÃO EM DIFERENTES REGIÕES
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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AÇÕES DE PESQUISA DE OUTRAS UNIDADES DA EMBRAPA
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OBRIGADO PELA ATENÇÃO
Guy de CapdevilleEmbrapa AgroenergiaChefe Geral
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VITRINE DE TECNOLOGIAS DA EMBRAPA AGROENERGIA
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