A partir da manipulação de
macromoléculas, pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP) extraíram
nanocristais de lignocelulose (LCNCs) da palha da cana-de-açúcar, um resíduo
ainda pouco explorado, mas com elevado potencial para a sustentação futura de biorrefinarias.
Da palha é possível produzir etanol de segunda geração e o estudo demonstra que
ela também pode ser usada como matéria-prima para obtenção dos chamados greens
materials (materiais verdes), provenientes de fontes renováveis e sustentáveis,
de alto valor agregado.
Semelhantes a grãos de arroz, mas com espessura cerca de 200 mil vezes menor, os nanocristais de celulose (CNCs), também conhecidos como whiskers, são candidatos importantes para substituir alguns produtos de base petroquímica, com potencial de aplicações que variam de medicamentos a dispositivos eletrônicos, produtos de consumo, sensores, aerogéis, adesivos, filtros, embalagem de alimentos, engenharia de tecidos, entre outros.
A nanocelulose na forma de nanocristais ou nanofibras pode melhorar as propriedades dos materiais, aumentando a resistência mecânica. “Os nanocristais servem como aditivos, melhorando as propriedades dos materiais usados em embalagens e filmes, por exemplo”, explica a pesquisadora da Embrapa Cristiane Sanchez Farinas, coordenadora da pesquisa.
A conversão da palha em CNCs ocorreu por meio de uma combinação de pré-tratamento com solvente orgânico e hidrólise ácida realizada em diferentes condições operacionais. Os pesquisadores constataram que os LCNCs obtidos da palha da cana-de-açúcar, um material abundante, apresentaram alto rendimento e estabilidade térmica, além de índice de cristalinidade de 80%, enquanto o material precursor ficou em 65%.
Em 2020, a produção de cana-de-açúcar estimada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) foi de 677,9 milhões de toneladas. O estado de São Paulo foi o destaque em área plantada, com cerca de 5,6 milhões de hectares, o equivalente a 55% do total no País. A palha da cana é um dos principais resíduos de biomassa lignocelulósica gerados nas usinas brasileiras de açúcar ou etanol, estimado entre 10 e 20 toneladas de matéria seca por hectare anualmente.
Esse volume representa cerca de um
terço do total de energia primária da cana-de-açúcar, o que torna o resíduo uma
fonte alternativa renovável e sustentável aos combustíveis fósseis, principal
fonte energética mundial, responsáveis em grande parte pelas emissões dos gases
causadores do efeito estufa. De 1998 a 2018, as emissões globais de CO2
relacionadas à energia aumentaram 48%, de acordo com a Agência Internacional de
Energia (IEA).
Processo em escala é o desafio
Embora a plena utilização da palha possa reduzir o volume de resíduos gerados, a pesquisadora Cristiane Farinas afirma que o processamento industrial de material lignocelulósico não é uma tarefa fácil, uma vez que os componentes estão firmemente incorporados na célula da planta o que dificulta o acesso aos reagentes necessários para uma separação eficiente.
Especialista em polímeros naturais, o pesquisador Luiz Henrique Caparelli Mattoso conta que o isolamento de nanoestruturas de palha de cana-de-açúcar despertou a atenção especial do grupo de estudo, devido às vantagens potenciais desse material.
“Nos preocupamos em compreender as alterações químicas e estruturais que ocorrem durante a desconstrução da palha da cana e para a extração de nanoestrutura, por meio de uma combinação de pré-tratamento organosolv e hidrólise ácida realizada sob diferentes condições”, afirma o engenheiro de materiais.
Os pesquisadores trabalharam com palha de cana cedida por uma usina localizada no interior de São Paulo, lavada, secada, processada e fracionada para obtenção de um material do tamanho de 0,5 mm. O pré-tratamento baseado no processo organosolv ocorreu em reator aquecido a quase 190ºC e depois resfriado à temperatura ambiente. A palha da cana parcialmente deslignificada foi descarregada e separada da fração solúvel rica em lignina por filtração.
Os sólidos pré-tratados foram
enxaguados, secos à temperatura ambiente e armazenados em sacos plásticos antes
do uso, sem que fosse realizado nenhum outro processo de branqueamento. Após a
etapa do processo de hidrólise, obteve-se o pó de LCNCs por liofilização, que foi
armazenado antes da caracterização.
Nanocristais resistentes como o aço
Os pesquisadores relatam que entre as vantagens de extrair nanocristais de celulose está o fato de se obter material altamente resistente como o aço, mas oriundo de fontes sustentáveis como as fibras vegetais, que podem ser de algodão, eucalipto, de bagaço ou da palha de cana, cascas de coco e de arroz, entre outras, e até de resíduos como madeira de reflorestamento descartada pela indústria. “Ainda é possível a sua adição a outros materiais, mudando suas propriedades mecânicas”, afirma Mattoso.
As características dos CNC têm atraído
indústrias no mundo todo. Somado a isso, os nanocristais incorporam
propriedades físicas, químicas e biológicas e começam a ser empregados em
diversas áreas. No entanto, existem grandes desafios para sua adoção mais
ampla: alto custo, baixa produtividade, longo tempo de produção e ainda pouco
material disponível no mercado.
Fonte: Embrapa
Veja matéria completa no link: https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/62872051/cientistas-obtem-nanocristais-da-palha-da-cana-de-acucar
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