O ponto de partida do programa de  Ciência Básica que será desenvolvido no CTBE encontra-se nos desafios já apontados pela Planta Piloto para Desenvolvimento de Processos (PPDP), a começar pela biomassa lignocelulósica de cana-de-açúcar. Esta é composta principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. As duas primeiras são formadas por moléculas possíveis de serem quebradas em açúcares simples. Já a lignina não sofre hidrólise. Sua função é conferir rigidez à parede celular da cana e resistência a ataques químicos e biológicos. Superar a rigidez estrutural (recalcitrância) da lignocelulose e converter, com baixo custo, esses polissacarídeos em açúcares menores representa um desafio científico considerável.

Dentre os açúcares presentes na cana, os compostos por seis átomos de carbono (hexoses) são facilmente convertidos em etanol através da ação de leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae. Já os estruturados por cinco carbonos (pentoses) não reagem tão bem à fermentação via esse microorganismo. Isso dificulta o aproveitamento integral dos açúcares da cana, aspecto fundamental à viabilidade econômica do etanol celulósico.

Para resolver esse problema há diversas frentes de pesquisa. Um esforço científico significativo tem sido direcionado ao desenvolvimento genético de microrganismos que fermentem tanto hexoses  quanto pentoses de modo satisfatório. Outra alternativa é a utilização de pentoses em processos que não incluam fermentação. A xilose (tipo de pentose), por exemplo, pode servir como fonte de carbono à bactérias sintetizantes de plásticos naturais conhecidos como poli-hidroxialcanoatos (PHA). Estudar formas mais eficientes de utilização das pentoses no processo de produção do etanol é outra tarefa para os pesquisadores do CTBE.

Mas o desafio de quem trabalha com a biomassa lignocelulósica vai além. Por conta da sua natureza heterogênea, tratamentos diferenciados têm que ser dados à preparação da matéria-prima, às enzimas e aos micro-organismos utilizados no processo de hidrólise. Alguns desses tratamentos ainda não são suficientemente conhecidos. Uma das perguntas ainda não respondida é se a separação de fibra e medula em diferentes fases pode ou não ser vantajosa ao trabalho com um bagaço que será hidrolisado.

O que se sabe de antemão, entretanto, é que se faz necessário definir um pré-tratamento físico que forneça um material mais homogêneo e estável à matéria-prima a ser hidrolisada. A partir daí a pesquisa científica realizada no restante do processo pode contar com um bagaço de características bem definidas, independentemente da sua origem. Isso garante reprodutibilidade aos experimentos.

Uma vez tratado o bagaço da cana é preciso produzir enzimas competentes em larga escala. As celulases e hemicelusases, na verdade, formam uma mistura de enzimas que trabalham em sinergia para desconstruir a biomassa vegetal. O desenvolvimento desses sistemas enzimáticos é outro entrave tecnológico da tecnologia de etanol de segunda geração. Apesar do progresso dos últimos tempos, ainda há um longo caminho a ser percorrido para que complexos enzimáticos eficientes sejam utilizados a baixo custo pela indústria.

Potencializar esse desenvolvimento é possível se houver um conhecimento profundo da estrutura e composição da biomassa pré-tratada e da atuação das enzimas sobre o material. A criação de metodologias analíticas para o estudo da desconstrução de material lignocelulósico interessa à ciência básica produzida pelo CTBE. Como se sabe, é possível prever o início de um estudo em ciência básica; seu término entretanto, é bem mais imprevisível.