Autores
Stephanie Hellen Barbosa Gomes – stephaniehellen2011@gmail.com
Fernanda Moura Fonseca Lucas – fernanda-fonseca@hotmail.com
Engenheiras florestais e mestrandas em Engenharia Florestal – Universidade Federal do Paraná (UFPR)
João Gilberto Meza Ucella Filho – Engenheiro florestal, técnico em Agronegócio e mestrando pelo em Ciência e Tecnologia da Madeira – Universidade Federal de Lavras (UFLA) – 16joaoucella@gmail.com
A nanotecnologia é a ciência e tecnologia que estuda as propriedades especiais dos materiais em tamanho nanométrico. O principal objetivo é criar novos materiais, produtos e processos a partir da capacidade moderna de manipular átomos e moléculas.
Este estudo tem a função de facilitar a vida dos seres humanos no futuro e abrange o desenvolvimento de materiais que estão associados a diversas áreas. Um dos motivos principais da aplicação da nanotecnologia é gerar materiais com funções melhoradas, proporcionando a redução de consumo de petroquímicos, compósitos e metais, criando materiais de baixo custo e biodegradáveis, aliando uma maior proteção ambiental a um aumento na lucratividade das indústrias, o que pode ser considerado, neste sentido, uma economia verde. Estudos apontam que no ano de 2018 o mercado mundial de produtos com nanotecnologias atingiu valores próximos a 3,3 trilhões de dólares.
Setor florestal x nanotecnologia
A nanotecnologia, no setor florestal, é utilizada em diversas áreas, podendo ser aplicada desde a seleção de plantas até os processos industriais, sendo uma ferramenta potencial para contribuir com a produtividade da floresta e também a qualidade da matéria-prima extraída.
Permite, também, a criação de novos subprodutos oriundos de resíduos florestais, agregando valor ao produto de base. Atualmente, esta tecnologia já é estudada/aplicada em segmentos como:
• As nanotecnologias do DNA que contribuem para o melhoramento genético das plantas resistentes a pragas ou mais produtivas;
• Aplicação de nanomateriais para melhorar a germinação de sementes;
• Aplicação de nanobiosensores no manejo florestal – dispositivos que detectam as condições bióticas e abióticas do meio com uma elevada precisão;
• Nanopartículas que liberam nutrientes e água no solo de forma lenta e controlada;
• Nanocápsulas que liberam herbicidas, pesticidas, inseticidas ou de ação repelente.
• Uso de nanofibrilas de celulose que contribuem para a resistência de alguns tipos de papéis. A origem dessas nanofibrilas pode ser do processo industrial da polpa kraft ou de resíduos florestais;
• As nanofibrilas de celulose também são usadas na produção de suplementos alimentares, em tratamento de superfícies hidro-repelentes, em cerâmica avançada e em cimento de alto desempenho, em embalagens comestíveis e em compósitos como painéis reconstituídos de madeira.
Reinventando o uso da celulose
A celulose nada mais é do que um polímero natural (conjunto de fibras) que constitui a parede celular das plantas. Trata-se de um elemento globalmente disponível e uma importante fonte alternativa para substituição de elementos não-renováveis.
Historicamente, vem sendo utilizada na produção de papel e como bioenergia, no entanto, as inovações tecnológicas têm possibilitado revoluções em sua forma de uso. Graças à inserção da nanotecnologia no setor florestal, tornou-se possível a manipulação da nanocelulose.
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Nanocelulose é um conjunto de fibras em tamanhos nanométricos (para se ter uma ideia, 1,0 nanômetro corresponde a 0,000.000.001 metro). Apesar de pequena, estudos relatam que a formação de estruturas a partir deste elemento proporciona materiais resistentes, com propriedades mecânicas e barreiras melhoradas em comparação aos demais polímeros.
Devido a estas características físicas, além de ser um elemento abundante e de baixo custo, o interesse por nanocelulose tem crescido e sua aplicação tem se expandido por diversas áreas do mercado.
A nanocelulose pode ser dividida em três classes: celulose nanofibrilada (CNF); celulose nanocristalina (CNC) e celulose microfibrilada (CMF). Basicamente, a diferença entre elas é o dimensionamento das fibras, sendo a CNF, até o momento, a classe de maior desenvolvimento de pesquisas e, consequentemente, aplicações na prática.
Uma das vantagens da utilização da nanocelulose é o aproveitamento de resíduos florestais ou até industriais para sua extração. Assim, o que é considerado resíduo tem a possibilidade de agregar valor e gerar um novo produto ou subproduto, auxiliando as empresas do segmento a terem parâmetros mais sustentáveis.
Outra vantagem é que a nanocelulose pode gerar propriedades diferentes na superfície de materiais, podendo ser aplicada como reforço em matrizes poliméricas. Alguns usos na prática são a produção de filmes comestíveis, aditivos para papeis e embalagens, e acabamentos superficiais em madeiras, podendo ser utilizada em adesivos estruturais e não estruturais, na indústria moveleira, no setor automobilísticos, aeronáutico, em produtos eletrônicos, farmacêuticos, cosméticos e têxteis.
A partir dela, cientistas criaram um bio-tecido impermeável e ao mesmo tempo biodegradável, que é mais resistente que o aço. E, ainda, a nanocelulose pode ser eletricamente condutora, termoestável e absorvente.
No entanto, as maiores barreiras de aplicação da nanocelulose consistem em seu processo de obtenção. Para expor as partículas em forma nano, são necessários processos de origem química ou mecânica, em que os principais métodos são a hidrolise ácida e a eletrofiação.
No Brasil, o processo que vem ganhando destaque em pesquisas e pequenas atividades é o associado à fabricação de papel por meio da polpação kraft. Neste processo industrial, é possível encontrar a celulose separada dos demais componentes da parede celular vegetal (como lignina e hemicelulose), o que acelera as etapas de obtenção da nanocelulose, podendo assim, após esta separação, ser diretamente submetido aos processos de segregação das nanofibras.
Nanopartículas de lignina e suas aplicações
A lignina é um dos constituintes químicos mais importantes para os vegetais lenhosos, atuando de modo geral como argamassa, sendo responsável pela rigidez da parede celular, além de reduzir a permeabilidade da água na madeira e dificultar o ataque de insetos e doenças causadas por microrganismos patogênicos.
Apesar de desempenhar papel importante na vida das árvores, sua aplicação industrial acaba se restringindo em alguns segmentos, como na produção de carvão vegetal, por apresentar resistência à altas temperaturas.
Entretanto, na indústria de celulose e papel, especificamente no processo de polpação kraft, a lignina é o material menos desejado, sendo considerada substância de descarte. Desse modo, a busca por alternativas de utilização dessa substância química tão abundante na madeira torna-se cada vez mais crescente, visando maior otimização nas indústrias e produções mais sustentáveis.
Algumas das formas mais estudadas para utilização da lignina no segmento industrial é a partir da aplicação da nanotecnologia, transformando em nanopartículas, denominados de nanoligninas. A obtenção deste material pode ser por vias mecânicas, químicas ou químico-mecânicas, e apresentam propriedades bastante atrativas, como hidrofobicidade e estabilidade dimensional.
Pesquisas
Estudos relatam que as nanoligninas possuem potencial de aplicação para:
• Composição de adesivos utilizados nas indústrias de painéis de madeira, visando a redução de emissão de formaldeído ao meio ambiente;
• Composição de protetores solares, pois apresenta excelente proteção UV;
• Composição de embalagens, aumentando a resistência mecânica e umidade;
• Composição de produtos plásticos, com o intuito de aumentar a resistência à compressão.
Embora as pesquisas laboratoriais relatem os potenciais de utilizações das nanoparticulas de lignina para composição de diferentes produtos, os valores de fabricação, manutenção e manuseio dos maquinários, assim como os custos de transporte, são elevados.
Com isso, se faz importante ter estudos de mercado, por parte dos empresários que desejam investir neste ramo, para entender se o valor de produção será compensado pelo valor de comercialização.
Considerações finais
No intuito de aumentar a rentabilidade de diversas áreas, a nanotecnologia pode impulsionar múltiplos setores, inclusive o florestal. O uso das nanopartículas de celulose e lignina tornou-se uma realidade e tem proporcionado infinitos usos de uma matéria-prima renovável, com potencial aplicação na substituição de produtos não degradáveis, constituindo-se de um importante bem para o desenvolvimento sustentável, já que engloba em sua cadeia de produção os pilares econômicos, sociais e ambientais.
Entretanto, ressalta-se que são necessários incentivos a pesquisas de base para melhorias nas formas de obtenção do material, visando o baixo custo de produção, bem como a descoberta de novas aplicações.
