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Novos Materiais

Fibra de futuro

Sisal, já utilizado em polímeros, poderá ser usado na produção de etanol

Eduardo CesarSisal: fibras possuem cerca de 90% de açúcares para uso na produção de etanolEduardo Cesar

Líder mundial no segmento de biocombustíveis, com a produção de bilhões de litros de etanol da cana-de-açúcar e biodiesel, o Brasil terá uma possível opção, dentro de alguns anos, de produzir etanol a partir do sisal, uma fibra vegetal abundante no país, muito resistente e usada para confecção de cordas, tapetes e peças artesanais. Além disso, móveis, estantes, peças para barcos e componentes automotivos, como painéis e revestimentos internos, podem utilizar como matéria-prima essa mesma fibra. Estudos nesse sentido são conduzidos pela química Elisabete Frollini, professora do Instituto de Química de São Carlos, da Universidade de São Paulo (USP), no interior paulista. A equipe que ela coordena desenvolve placas poliméricas com fibras vegetais e está conquistando bons resultados na hidrólise do sisal, processo relativo à primeira etapa da produção de etanol, quando a glicose e outros açúcares fermentáveis usados na fabricação de álcool são obtidos a partir da celulose e de outros componentes das fibras vegetais.

O trabalho da pesquisadora está centrado na valorização das chamadas fibras lignocelulósicas e de seus três principais macrocomponentes: lignina, celulose e hemicelulose. Sisal e cana-­de-açúcar são exemplos desse tipo de fibra. O interesse pelo sisal, segundo a pesquisadora, se deu porque o Brasil é o maior produtor e exportador global da fibra. Em 2007, a produção mundial atingiu 240,7 mil toneladas, das quais quase metade (113,3 mil toneladas) foi cultivada no país, que pode facilmente dobrar sua produção em curto espaço de tempo. Originária do México, o sisal (Agave sisalana) é uma planta cultivada em países em desenvolvimento e no Brasil as plantações estão concentradas nos estados da Paraíba e da Bahia. Depois de beneficiado, o sisal é exportado principalmente para os Estados Unidos, Canadá, Europa, Irã e países do Leste Europeu. China e México são os principais compradores da fibra virgem. A cultura do sisal tem uma área plantada de 154 mil hectares no país, com produtividade próxima a 800 quilos por hectare.

Outros dois aspectos vantajosos da fibra do sisal são o fato de ela não ser usada como fonte de alimento e, ao mesmo tempo, apresentar alto teor de celulose, cerca de 10% a mais do que o bagaço de cana. Considerando também a hemicelulose, a fibra de sisal tem cerca de 90% de material gerador de açúcares fermentáveis, que formam etanol a partir do processo de fermentação. “Esses açúcares são gerados a partir da hidrólise, que de forma simplificada pode ser considerada como uma reação em que são rompidas as ligações que unem muitas unidades de glicose na celulose e também unidades de outros açúcares na hemicelulose”, explica Elisabete. “No Brasil, os processos de hidrólise visando à produção de etanol estão centrados na utilização de cana-de-açúcar. Nosso trabalho está demonstrando que é possível usar o sisal para esse fim. Queremos contribuir para que o Brasil continue se destacando no setor de biocombustíveis e acreditamos que o sisal possa ser também uma matéria-prima importante.”

FABIO COLOMBINISisalFABIO COLOMBINI

Iniciadas em 2007, as pesquisas do Instituto de Química de São Carlos para produção de etanol a partir do sisal ganharão, em breve, a cooperação de pesquisadores da Unidade de Ciências da Madeira e de Biopolímeros (Unité des Sciences du Bois et des Biopolymères) da Universidade de Bordeaux I, na França. A parceria tem como finalidade melhorar as condições do processo de hidrólise da celulose do sisal, aumentando sua eficiência, e estudar novos métodos para extração da lignina da fibra de sisal. No trabalho desenvolvido em São Carlos é utilizado o processo chamado de hidrólise ácida para a obtenção da glicose a partir das fibras do sisal. Na parceria com os franceses será explorada a hidrólise enzimática em que, no lugar do ácido, se utilizam enzimas para efetuar a quebra das ligações de glicose para possíveis aplicações desse processo pelas biorrefinarias. “A hidrólise ácida ainda tem menor custo, mas muito tem sido investido na hidrólise enzimática, visando à diminuição de custos e ao aumento na eficiência do processo. Um dos inconvenientes da hidrólise ácida corresponde à corrosão que pode provocar nos equipamentos das refinarias, quando utilizadas em larga escala”, explica Elisabete. O projeto cooperativo com a universidade francesa também contempla o estudo da palha de milho para a produção de biocombustíveis. A palha é um resíduo lignocelulósico abundante no sul da França e no Brasil e, por isso, existe interesse dos pesquisadores de ambos os países em desenvolver estudos objetivando seu aproveitamento. Brasil e França ocuparam, ao final de 2007, o terceiro e o quinto lugares, respectivamente, na produção mundial de milho.

Placas poliméricas
Uma importante vertente do trabalho da equipe da USP é o emprego de fibras vegetais para produção de compósitos poliméricos, nome dado a polímeros reforçados com outros materiais. Um dos objetivos da pesquisa é usar o sisal, o bagaço da cana-de-açúcar – resíduo produzido em maior escala na agroindústria brasileira – e outras fibras vegetais naturais como agente de reforço de polímeros fenólicos para melhorar as propriedades mecânicas do compósito, como sua resistência a impactos. Outra vantagem da mistura é a redução de custo do material, porque o reforço fibroso tem preço menor do que o polímero em si. “O grande desafio consiste em combinar fibras e matrizes poliméricas de forma a produzir um material eficiente para determinada aplicação”, diz a pesquisadora. Até o momento já foram produzidas com sucesso nos laboratórios da USP placas poliméricas reforçadas com fibra de sisal, bagaço de cana, fibra de curauá, encontrado na região amazônica, além de fibras de juta, coco e bananeira.

Entre os projetos da pesquisadora também está a utilização da lignina e de celulose e seus derivados para preparação ou obtenção de polímeros. No primeiro caso, a lignina é extraída do bagaço de cana e usada como reagente na preparação de resinas fenólicas. Essas resinas, sob temperatura e pressão controladas, são transformadas em polímeros e compósitos poliméricos. “A utilização da lignina na formulação da resina aumenta a compatibilidade entre as fibras lignocelulósicas, como o próprio bagaço, e a matriz polimérica, uma vez que ela estará presente em ambas”, explica.

A celulose retirada do sisal e de outras fibras, por sua vez, é utilizada para preparação de bioplásticos, um tipo de plástico preparado a partir de um polímero natural que pode ser usado para a fabricação de embalagens de alimentos. “Nossa meta é produzir esse material reforçado em escala nanométrica”, diz ela. Esses materiais ganharam o nome de bionanocompósitos. Um dos aspectos que dificulta a competição da celulose e seus derivados com polímeros sintéticos é o fato de esse polímero natural ser obtido principalmente a partir da madeira, que tem um ciclo de reposição lento em função do ritmo de crescimento das árvores. Por isso, a pesquisadora e sua equipe têm investido no estudo de fontes ricas em celulose, mas com curto ciclo de crescimento, como sisal e cana-de-açúcar.

Patente do tanino
Nos últimos sete anos, os estudos conduzidos pela pesquisadora com as fibras vegetais já produziram cinco teses de doutorado, seis dissertações de mestrado e vários projetos de iniciação científica. Também já renderam uma patente, que tem a FAPESP como um de seus depositantes, e a publicação de cerca de 30 artigos científicos em periódicos internacionais indexados. A patente demonstra a possibilidade de desenvolvimento de compósitos poliméricos a partir de taninos, substâncias extraídas de certas árvores, como a acácia-negra (Acacia mearnsii) e também encontradas em frutas e no vinho tinto. Elas são empregadas na indústria de couro e usadas como agente floculante ou coagulante em tratamento de águas.

Nessa patente, o tanino foi utilizado como reagente na preparação da matriz polimérica – mesma função desempenhada pela lignina em outros estudos da equipe. Fibras obtidas da casca da acácia-negra, uma leguminosa cultivada principalmente no Rio Grande do Sul para extração de tanino, foram usadas como agente de reforço do compósito. “Dessa forma, estruturas típicas do tanino fazem parte da composição da matriz polimérica e do material de reforço, porque também estão presentes na fibra da casca da árvore”, ressalta Elisabete, confiante em que os compósitos obtidos de polímeros preparados a partir de matéria­-prima oriunda de fonte renovável e fibras naturais corresponderão a novos materiais promissores nos próximos anos. “Essa tendência, iniciada nas últimas décadas do século XX, deverá colocar gradativamente esses materiais em patamares de mercado próximos aos de polímeros sintéticos”, diz. “O desenvolvimento de pesquisa e formação de recursos humanos nessa área é importante para essa meta ser atingida mais rapidamente.”

O projeto
Fibras e macromoléculas naturais: estudos visando a aplicações diversificadas (nº 05/56450-8); Modalidade Auxílio Regular a Projeto de Pesquisa; Coordenadora Elisabete Frollini – USP; Investimento R$ 143.971,22 e US$ 23.574,47 (FAPESP)

Artigos científicos
MEGIATTO JR, J. D. et al. Sisal chemically modified with lignins: correlation between fibers and phenolic composites propertiesPolymer degration and Stability. v. 93, p. 1.109-1.121, 2008.

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