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Amostra de nanocompósitos de borracha natural. – Foto: Daniela Collares

A Embrapa Agroenergia (DF) desenvolveu métodos de extração de fibras nanométricas da celulose que podem conferir propriedades diferentes a materiais já utilizados na indústria ou dar origem a novos. Os cientistas conseguiram, por exemplo, utilizar essas nanofibras para reforçar a borracha natural, formando nanocompósitos. Esses ativos de inovação fazem parte da Vitrine Tecnológica da Embrapa Agroenergia.

As primeiras características dessas nanofibras que chamam a atenção estão relacionadas à sustentabilidade: são biodegradáveis e, uma vez que são extraídas da celulose de plantas, têm origem renovável. Elas apresentam cor branca ou aspecto transparente, resistência à tração (a ser esticada) e a alta área de superfície. Essas características podem ser transferidas a materiais a que elas são adicionadas.

A alta área de superfície é uma propriedade que facilita a adesão de partículas – um medicamento, por exemplo. Já a resistência à tração faz com que o material não seja “esticado” tão facilmente. Era principalmente esta característica de resistência que os cientistas buscavam com a adição de nanofibras à borracha natural. “Nós comprovamos, por microscopia, ensaios mecânicos e outros métodos, que a borracha se adere à nanofibra de celulose, resultando no efeito de reforço”, conta o pesquisador da Embrapa Agroenergia Leonardo Fonseca Valadares, que está à frente do trabalho.

Atualmente, a principal aplicação da borracha é a fabricação de pneus. A resistência é conferida por um processo chamado de vulcanização, que faz com que a borracha perca a biodegradabilidade que tinha como produto de origem natural. O nanocompósito obtido pela equipe da Embrapa ainda tem resistência inferior à da borracha vulcanizada, mas mantém a biodegradabilidade da borracha.

Cachos de dendê triturados – Foto: Daniela Collares

Enzimas para produzir nanofibras

Para chegar às nanofibras, é preciso primeiro separar a celulose dos outros componentes do vegetal. Já há uma metodologia muito bem estabelecida para isso, utilizada na indústria que processa eucalipto e pínus para a fabricação de papel. A equipe da Embrapa, contudo, utiliza outras biomassas, basicamente resíduos, como cachos vazios de dendê e bagaço de cana-de-açúcar. Esse desafio foi vencido e os cientistas conseguiram purificar a celulose e gerar papel, em laboratório.

O grupo, então, prosseguiu e desenvolveu métodos baseados em técnicas mecânicas e químicas para extrair nanofibras de celulose. Mas o grupo também inovou ao utilizar enzimas, substâncias de origem biológica, pouco comuns na nanotecnologia.

Valadares explica que a principal motivação para investir nas enzimas era chegar a um processo mais amigável tanto para o meio ambiente, quanto para a saúde de trabalhadores que nele vierem a atuar. O processo químico de extração das nanofibras emprega, em alta concentração, ácido sulfúrico, um produto tóxico e que exige equipamentos especiais na unidade de produção, resistentes à corrosão. As enzimas têm origem em seres vivos e são biodegradáveis e atóxicas. Em contrapartida, têm custo elevado e os processos nelas baseados requerem tempo muito maior. O processo mecânico é também uma opção livre de toxicidade, mas tem alto gasto de energia e não gera propriamente nanofibras, mas uma rede de fibras.

Secagem dos cachos de dendê. – Foto: Daniela Collares

Os novos materiais da bioeconomia

Os tipos de materiais que as nanofibras vão gerar dependerá de para onde vai caminhar o mercado, especialmente a bioeconomia. Além da borracha natural, os pesquisadores também estão combinando as nanofibras com outros materiais. “Hoje eu imagino aplicações de alto valor agregado que aproveitem as características das nanofibras”, diz Valadares. Ele acredita que elas possam contribuir para valorizar a cadeia produtiva da celulose.

A indústria de extração de polpa celulose é gigante. O Brasil, quarto maior produtor mundial, produziu 18,77 milhões de toneladas dessa commodity em 2016. No entanto, atualmente, a celulose tem uma gama de aplicações pequena, se comparada ao petróleo. Este gera um número quase incontável de produtos – desde combustíveis que saem das refinarias custando menos de um dólar até especialidades químicas cujo valor ultrapassa a casa dos milhares de dólares por grama. Investindo nas nanofibras, a equipe da Embrapa busca oferecer opções para a cadeia produtiva da celulose no Brasil ampliar seu leque de produtos.

O grupo está empenhado, agora, em estabelecer condições para o escalonamento da produção, o que pode ser feito em parceria com empresas. A Embrapa Agroenergia tem apostado na inovação aberta para acelerar o desenvolvimento das tecnologias e inseri-las mais rapidamente no mercado. O centro de pesquisa tem atuado no desenvolvimento de soluções para uma economia menos dependente de petróleo, obtendo, da biomassa que sai das lavouras, não só biocombustíveis, mas também produtos químicos e materiais.