{"id":254904,"date":"2018-04-12T14:57:27","date_gmt":"2018-04-12T17:57:27","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=254904\/"},"modified":"2018-04-12T15:18:24","modified_gmt":"2018-04-12T18:18:24","slug":"las-alternativas-de-una-fibra-vegetal","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/las-alternativas-de-una-fibra-vegetal\/","title":{"rendered":"Las alternativas de una fibra vegetal"},"content":{"rendered":"
\"\"

Fabiano Pereira\/ UFMG | Universidad de Purdue <\/span><\/a> Peque\u00f1as esferas de carbon dots podr\u00e1n utilizarse en pantallas de aparatos electr\u00f3nicos (arriba<\/em>) y Nanocristales utilizados para reforzar cementoFabiano Pereira\/ UFMG | Universidad de Purdue <\/span><\/p><\/div>\n

La declinaci\u00f3n de la industria del papel, asociada a los progresos en la tecnolog\u00eda de materiales, ha puesto en escena a un nuevo actor que ha despertado inter\u00e9s empresarial: la nanocelulosa. La celulosa a escala nanom\u00e9trica (para que se la considere como tal, al menos una de sus dimensiones debe tener menos de 100 nan\u00f3metros, o nm) puede tener formato de nanofibrillas o nanocristales. Las primeras tienen forma de espagueti y se entrelazan f\u00e1cilmente, destin\u00e1ndoselas preferentemente al refuerzo de envases pl\u00e1sticos. En tanto, los nanocristales de celulosa, que miden entre 5 y 20 nm de ancho y de 100 a 500 nm de longitud, tienen apariencia de granos de arroz y se los considera m\u00e1s nobles, ya que pueden tener carga el\u00e9ctrica sobre la superficie y propiedades qu\u00edmicas, \u00f3pticas y electr\u00f3nicas. Este nuevo material se caracteriza por su estructura cristalina nanom\u00e9trica, existente en el interior de cualquier fibra vegetal.<\/p>\n

Extra\u00eddos de la celulosa, la materia prima para la fabricaci\u00f3n del papel, los nanocristales pueden tener su origen en madera de reforestaci\u00f3n, pero tambi\u00e9n en restos de madera, bagazo de ca\u00f1a de az\u00facar, c\u00e1scaras de coco y de arroz y residuos de la producci\u00f3n de aceite de soja y de palma. Tienen origen renovable, son livianos y biodegradables, por eso corren con ventaja con respecto a otros materiales sint\u00e9ticos, muchas veces provenientes de derivados del petr\u00f3leo. Y sus potenciales aplicaciones son diversas: en el refuerzo de materiales pl\u00e1sticos y de cementos, en sensores de la industria del petr\u00f3leo y gas, en ap\u00f3sitos especiales y pr\u00f3tesis, en pinturas, revestimientos, cosm\u00e9ticos y, mediante el agregado de otras sustancias, en la industria electroelectr\u00f3nica. Por ahora, no existen productos comerciales fabricados con nanocristales: la todav\u00eda incipiente producci\u00f3n mundial de este material se destina a clientes que puedan desarrollar aplicaciones y crear mercados.<\/p>\n

Brasil ha invertido en este material prometedor, al adquirir participaciones en empresas extranjeras productoras de nanocristales. En 2013, Granbio, una empresa brasile\u00f1a de biotecnolog\u00eda industrial, adquiri\u00f3 el 25% de American Proces Inc. (API), de Estados Unidos. API anunci\u00f3 en 2015 una nueva tecnolog\u00eda de bajo costo destinada a la extracci\u00f3n de nanocelulosa de biomasa e inici\u00f3 la producci\u00f3n en fase precomercial. Granbio, una de las dos compa\u00f1\u00edas existentes en el pa\u00eds que poseen la tecnolog\u00eda como para fabricar etanol de segunda generaci\u00f3n partiendo del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 235<\/em><\/a>), invirti\u00f3 en API para tener acceso a la tecnolog\u00eda de pretratamiento de la biomasa. En un comunicado, la empresa brasile\u00f1a declar\u00f3 que invierte en investigaci\u00f3n y desarrollo (I&D) de nanocelulosa desde hace cuatro a\u00f1os, y opera a trav\u00e9s de API en una planta de Estados Unidos. Las muestras de nanocelulosa producidas se les ofertan a potenciales clientes.<\/p>\n

Fibria, una empresa brasile\u00f1a l\u00edder mundial en ventas de celulosa en el mercado, pas\u00f3 en noviembre de 2016 a ser socia de la canadiense CelluForce, la primera productora comercial de nanocristales de celulosa. Fibria invirti\u00f3 alrededor de 4 millones de d\u00f3lares para adquirir un 8,3% de participaci\u00f3n en el capital de CelluForce, una startup<\/em> de FPInnovations, un centro de investigaciones del sector forestal canadiense. FPInnovations (antiguo Pulp and Paper Research Institute of Canada) es titular de la primera patente referente a la producci\u00f3n de nanocristales de celulosa, concedida en 1997. Adem\u00e1s de FPInnovations, forman parte del capital de la empresa la tambi\u00e9n canadiense Domtar, productora de celulosa y papel, y Schlumberger, de origen franc\u00e9s, el mayor fabricante de sistemas y equipos para la industria petrolera. Formada en 2010, CelluForce inaugur\u00f3 su planta piloto en Montreal, Quebec, en 2012. En la actualidad tiene capacidad para producir 300 toneladas anuales, y su producci\u00f3n tambi\u00e9n se destina a muestras que se les suministran a potenciales clientes.<\/p>\n

Para Vinicius Nonino, director de Nuevos Negocios de Fibria y ahora integrante del directorio de CelluForce, ya se sabe que los nanocristales ser\u00e1n \u00fatiles en sectores tales como los de papel, cemento y productos medicinales. Estas aplicaciones, que a\u00fan deben desarrollarse con respecto a cada sector, seg\u00fan Nonino, podr\u00e1n significar una importante diversificaci\u00f3n de los negocios de Fibria. La empresa posee los derechos de producci\u00f3n en Brasil y de distribuci\u00f3n de los nanocristales en toda Am\u00e9rica Latina. Tanto Celluforce como Fibria ser\u00e1n inicialmente proveedoras de materia prima. Fibria prev\u00e9 montar una f\u00e1brica piloto destinada a la producci\u00f3n de nanocristales de celulosa en su Centro de Tecnolog\u00eda con sede en Aracruz (Esp\u00edrito Santo) este mismo a\u00f1o.<\/p>\n

Este nuevo material ha suscitado inter\u00e9s como reemplazante de materias primas que ya se utilizan y como base para la elaboraci\u00f3n de nuevos productos. Estimaciones indican que el precio de los cristales de nanocelulosa podr\u00eda ser m\u00e1s de 20 veces mayor que el de la celulosa. Seg\u00fan un estudio realizado por la consultora estadounidense Market Research Store, el mercado de nanocelulosa movi\u00f3 65 millones de d\u00f3lares en 2015. La empresa estima que ese valor trepar\u00e1 a 530 millones de d\u00f3lares en 2021, con un aumento del 30% anual.<\/p>\n

\"\"<\/a>El inter\u00e9s de la industria<\/strong>
\nEl primer art\u00edculo cient\u00edfico sobre la producci\u00f3n de cristales de nanocelulosa fue publicado a comienzos de la d\u00e9cada de 1950 por el qu\u00edmico sueco Bengt R\u00e5nby, del Royal Institute of Technology (KTH). Con un rico historial en la industria de papel y celulosa, los suecos inauguraron en 2011 la primera planta piloto mundial de extracci\u00f3n de nanofibrillas de celulosa, perteneciente al instituto de investigaci\u00f3n Innventia. El uso de nanocelulosa para reforzar materiales tales como papel, compuestos y pl\u00e1sticos ven\u00eda suscitando el inter\u00e9s de la industria, pero el proceso de extracci\u00f3n requer\u00eda mucha energ\u00eda, lo cual lo volv\u00eda inviable.<\/p>\n

Holmen AB, una empresa sueca de papel y celulosa, se convirti\u00f3 en accionista principal de la empresa israel\u00ed Melodea, desarrolladora de un proceso industrial destinado a la extracci\u00f3n de nanocristales de celulosa del lodo resultante de la fabricaci\u00f3n de papel. La empresa investiga el uso de este material en espumas sin ning\u00fan tipo de componente pl\u00e1stico y como una forma de incrementar la resistencia de envases, papeles, colas acr\u00edlicas y pinturas. En una colaboraci\u00f3n de Melodea con Holmen AB, el Instituto Rise (una iniciativa del gobierno sueco en el \u00e1rea de innovaci\u00f3n que re\u00fane a Innventia y a otros institutos) y MoRe Research (una empresa sueca de I&D de la industria forestal) est\u00e1n construyendo la primera planta piloto de nanocristales de celulosa de Europa, a 500 kil\u00f3metros de Estocolmo, en Suecia.<\/p>\n

En Canad\u00e1, otro pa\u00eds con un gran historial en la industria de papel y celulosa, adem\u00e1s de CelluForce, la empresa Blue Goose Biorefineries vende por 1.000 d\u00f3lares el kilogramo (kg) de nanocristales en forma de un gel claro y casi transparente. Los compradores del material son empresas e instituciones de investigaci\u00f3n que prueban esta materia prima en diversas situaciones y variados productos. La f\u00e1brica de la empresa, situada en la ciudad canadiense de Saskatoon, fabrica 35 kg por semana de nanocristales con base en productos con alto tenor de celulosa, tales como pulpa de \u00e1rboles, papel reciclado, linter de algod\u00f3n (la pelusa que queda prendida a las semillas) y fibras de lino.<\/p>\n

Blue Goose desarroll\u00f3 un proceso nanocatal\u00edtico oxidativo que demanda menos productos qu\u00edmicos y, por ende, ser\u00eda ambientalmente m\u00e1s favorable para transformar la biomasa en un cristal de dimensiones nanom\u00e9tricas. Los nanocristales se producen actualmente mediante hidr\u00f3lisis \u00e1cida (la separaci\u00f3n de las fibras de la madera hasta la extracci\u00f3n de la celulosa y de la forma nanocristalina), en la mayor\u00eda de los casos con \u00e1cido sulf\u00farico, pero tambi\u00e9n con \u00e1cido fosf\u00f3rico o \u00e1cido clorh\u00eddrico.<\/p>\n

Uno de los cuellos de botella del \u00e1rea de I&D reside en la producci\u00f3n de piezas de nanocelulosa de mayores dimensiones: pasar a producir eficientemente este material en metros, y no en cent\u00edmetros, de manera tal de permitir el an\u00e1lisis de sus caracter\u00edsticas mec\u00e1nicas y funcionales y el examen de sus beneficios y usos como producto final. Melodea y MoRe Research colaboran en un proyecto tendiente a transformar prototipos de pel\u00edculas, papeles y espumas elaboradas en peque\u00f1as dimensiones en laboratorio, con nanocristales y nanofibrillas de celulosa, en productos listos para salir al mercado. Bajo la coordinaci\u00f3n de KTH, en Estocolmo, y con la participaci\u00f3n de universidades suecas y de Procesum, una empresa de I&D de biorrefiner\u00edas, se elaborar\u00e1n en la f\u00e1brica piloto en construcci\u00f3n, en Suecia, nanocristales, nanofibrillas y sus productos.<\/p>\n

\"\"<\/a>En el equipo de investigadores del proyecto se encuentra la brasile\u00f1a Daniele Oliveira de Castro, qu\u00edmica egresada de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), con maestr\u00eda y doctorado s\u00e1ndwich en el Instituto Polit\u00e9cnico de Grenoble, en Francia, defendidos en la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), bajo la direcci\u00f3n de la qu\u00edmica Elisabete Frollini. En Suecia, Oliveira de Castro desarrolla procesos de producci\u00f3n de papel m\u00e1s resistente con nanocelulosa. \u201cTambi\u00e9n participo en la creaci\u00f3n de espumas de nanocelulosa con propiedades antiflama\u201d, comenta. La investigadora se encuentra en MoRe Research desde septiembre de 2016 y su proyecto culmina en 2018.<\/p>\n

La qu\u00edmica Juliana Bernardes, del Laboratorio Nacional de Nanotecnolog\u00eda (LNNano), dependiente del Centro Nacional de Investigaci\u00f3n en Energ\u00eda y Materiales (CNPEM), coordina una l\u00ednea de investigaci\u00f3n en la cual se emplean nanocristales y nanofibrillas de celulosa extra\u00eddos del bagazo de la ca\u00f1a de az\u00facar como espesantes de fluidos. \u201cEstos nanomateriales, en peque\u00f1as cantidades, transforman el agua en gel, por ejemplo, que es una caracter\u00edstica importante en cosm\u00e9ticos\u201d, explica. Bernardes realizar\u00e1 una pasant\u00eda de tres meses en la Universidad de Estocolmo, en Suecia, financiada por la FAPESP, para desarrollar un ap\u00f3sito en forma de gel elaborado con nanofibrillas de celulosa y f\u00e1rmacos cicatrizantes.<\/p>\n

Uno de los usos de los nanocristales de celulosa que llama la atenci\u00f3n es su aplicaci\u00f3n como refuerzo de cementos. En un art\u00edculo publicado en la revista Cement and Concrete Composites<\/em>, en febrero de 2015, se comprob\u00f3 esta utilizaci\u00f3n, acorde con un estudio realizado en la Universidad Purdue (EE.UU.). Cient\u00edficos que trabajaron bajo la coordinaci\u00f3n del ingeniero Pablo Zavattieri demostraron que los nanocristales de celulosa pueden aumentar la resistencia a la tracci\u00f3n del hormig\u00f3n hasta un 30%. Los resultados indicaron que este biomaterial aumenta la hidrataci\u00f3n del concreto, fortaleci\u00e9ndolo. De este modo, ser\u00eda posible emplear menos cemento en la mezcla. Los resultados llevaron al grupo de Purdue a entablar una colaboraci\u00f3n con P3Nano, una organizaci\u00f3n p\u00fablico-privada creada para investigar el uso de nanomateriales provenientes de la madera. Esta iniciativa cuenta con financiaci\u00f3n del Servicio de Silvicultura del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA). P3Nano pretende avanzar en esta tecnolog\u00eda para que tenga uso comercial. Para ello seguir\u00e1 adelante con la participaci\u00f3n de los investigadores de la Universidad Purdue, en ensayos a gran escala.<\/p>\n

Las investigaciones en Brasil<\/strong>
\nVarios grupos de cient\u00edficos estudian la producci\u00f3n y la funcionalidad de los nanocristales de celulosa<\/em><\/p>\n

Hay varios grupos de investigaci\u00f3n en Brasil, en institutos y universidades, que estudian tanto la extracci\u00f3n y la purificaci\u00f3n de los nanocristales de celulosa como sus aplicaciones. Dos trabajos recientes abordan una caracter\u00edstica de los nanocristales: la reflexi\u00f3n de luz. Uno de dichos estudios apareci\u00f3 estampado en enero de este a\u00f1o en la portada de Advanced Materials<\/em>, una revista cient\u00edfica del \u00e1rea de materiales. \u201cLa novedad consisti\u00f3 en poner cristales l\u00edquidos sobre los nanocristales de celulosa para producir pel\u00edculas iridiscentes, que absorben luz y reflejan s\u00f3lo algunos colores\u201d, comenta Antonio Figueiredo Neto, docente del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo. El investigador coordina el grupo que colabora con cient\u00edficos de instituciones portuguesas. \u201cCon la celulosa logramos una versatilidad de color mayor con respecto a los dispositivos elaborados con material sint\u00e9tico\u201d, sostiene Figueiredo.<\/p>\n

En un proyecto de un grupo de investigadores de las universidades federales de Minas Gerais (UFMG), en Belo Horizonte, y de los Valles de Jequitinhonha y Mucuri (UFVJM), en Diamantina, se demostr\u00f3 que los nanocristales de celulosa pueden ser precursores de nanomateriales de carbono, los carbon dots<\/em>. \u00c9stos podr\u00e1n utilizarse para reemplazar a los puntos cu\u00e1nticos (quantum dots<\/em>) elaborados con materiales semiconductores en dimensiones nanom\u00e9tricas. Las aplicaciones posibles van desde las c\u00e9lulas solares hasta aparatos de captaci\u00f3n de im\u00e1genes m\u00e9dicas y displays<\/em>. Actualmente, los puntos cu\u00e1nticos est\u00e1n presentes en televisores que poseen este material para dotar de mejor visibilidad y resoluci\u00f3n a las pantallas de LED. Son los televisores llamados QLed.<\/p>\n

\u201cDesarrollamos un m\u00e9todo de pir\u00f3lisis de nanocristales de celulosa, que as\u00ed resultan en esferas, los carbon dots<\/em>, de 4 nm a 8 nm de circunferencia, y que exhiben fotoluminiscencia en los colores verde y azul. Los carbon dots<\/em> se conocen desde 2004, y en este trabajo demostramos que pueden elaborarse partiendo de una fuente renovable y abundante que es la celulosa\u201d, explica el qu\u00edmico Fabiano Pereira, docente de la UFMG. \u201cOtra ventaja de los carbon dots<\/em> reside en que no tienen toxicidad.\u201d<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\n1.<\/strong> Estudio del uso de nanopart\u00edculas de celulosa en el control reol\u00f3gico de fluidos complejos (n\u00ba 16\/04514-7<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigadora responsable<\/strong> Juliana da Silva Bernardes (CNPEM); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 115.773,36
\n2.<\/strong> Propiedades \u00f3pticas y estructurales de elast\u00f3meros y fluidos complejos de inter\u00e9s biol\u00f3gico (n\u00ba 11\/13616-4<\/a>); Modalidad <\/strong>Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable<\/strong> Antonio Martins Figueiredo Neto (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 2.519.727,73<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasil invierte en un nuevo material: la nanocelulosa","protected":false},"author":475,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[1255],"coauthors":[785],"class_list":["post-254904","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-nanotecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/254904","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/475"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=254904"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/254904\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=254904"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=254904"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=254904"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=254904"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}