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Resíduos de biomassa: problemas ou soluções?

            Resíduos de biomassa - de origem doméstica, agropecuária ou industrial - podem causar sérios problemas ao meio-ambiente e à saúde pública, se descartados de modo inadequado. Contudo, devido ao seu baixo custo e pronta disponibilidade, os resíduos podem ser aproveitados, reduzindo custos de produção e a poluição ambiental. Para tanto, novas tecnologias devem ser desenvolvidas com a finalidade de transformar resíduos em novos produtos, para que os materiais residuais deixem de ser problemas e se tornem soluções.

            A quantidade de resíduos de biomassa produzida é astronômica. No caso da cana-de-açúcar, por exemplo, estima-se que cerca de 175 milhões de toneladas de bagaço e palhas secas foram produzidos em 2010, considerando dados da Companhia Nacional de Abastecimento. É difícil estimar o total de resíduos agropecuários produzidos no País, mas acredita-se que o número é da ordem de um bilhão de toneladas por ano. Portanto, é fácil entender que resíduos são matérias-primas de baixo custo disponíveis nos locais onde são produzidos.

            Na indústria sucroalcooleira, o exemplo emblemático é o bagaço da cana-de-açúcar que, em vez de causar problemas, é queimado em caldeiras, gerando vapor para suprir energia e eletricidade para o funcionamento das usinas. O excedente de eletricidade é vendido a terceiros, agregando valor à produção. A quantidade de energia elétrica gerada a partir deste resíduo pode ser ainda aumentada pela implementação de geradores mais eficientes, ou aproveitando também a palha e as ponteiras da cana para as caldeiras.

            O uso de biomassa residual é uma opção viável para a substituição dos derivados de petróleo no Brasil, não apenas para geração de energia, mas também para a produção de materiais como plásticos e borrachas (polímeros). A redução do uso de produtos petroquímicos urge nos dias de hoje por dois motivos principais: o primeiro é relacionado à grande variação do preço do petróleo, ameaça de escassez e sua distribuição irregular na Terra, fatos que têm causado conflitos e guerras. O segundo motivo está ligado às mudanças climáticas, ocasionadas pela emissão de gases do efeito estufa.

            Hoje, o Brasil é líder na produção de biocombustíveis. A liderança é devida à alta produtividade do etanol de cana-de-açúcar e crescente produção de biodiesel, combustível renovável derivado de óleos vegetais ou de gorduras animais. Com o aumento de produção, aumentam-se proporcionalmente os resíduos. Estes resíduos podem servir de insumos para a fabricação de materiais que venham a substituir aqueles de origem petroquímica. A abundância de resíduos pode ser encarada como uma vantagem estratégica para que o País, no futuro, se torne referência também na produção de biomateriais. Contudo, para que esta vantagem seja aproveitada, evitando problemas maiores, é necessário manejo correto dos resíduos, desenvolvimento científico e tecnológico, além de criação e adequação de políticas públicas.

Dentre os materiais residuais gerados na cadeia produtiva de agroenergia, incluem-se as fibras vegetais que têm ampla aplicação em reforço de polímeros, formando os materiais compósitos. As fibras do caule e das folhas, chamadas fibras duras, são as mais utilizadas como reforço. Comparando com as fibras sintéticas, as fibras naturais têm as seguintes vantagens: são oriundas de fontes abundantes e de rápida renovação, possuem baixo custo, baixa densidade, propriedades específicas, são menos abrasivas, não tóxicas e biodegradáveis. Como desvantagens, podem-se citar a baixa temperatura de processamento (~200 °C) e a falta de uniformidade de suas propriedades, dependendo da origem e sazonalidade.

As fibras vegetais são compostas principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. Estes componentes podem ser separados, purificados e utilizado em diversas aplicações. A celulose é o material orgânico mais abundante na Terra. É atualmente usada em diversos materiais: papéis, celofane e tecidos (a maior parte do algodão é composta de celulose). A celulose também pode ser utilizada como reforço para uma gama de polímeros, inclusive biodegradáveis. A hemicelulose, apesar de abundante, não tem encontrado aplicações em materiais, sendo necessário maior esforço em pesquisa e desenvolvimento para agregar valor a este composto. A lignina, por sua vez, tem aplicações em mistura de polímeros, atuando como bactericida e agente antidegradante, função que ela já possui na natureza.

Um exemplo simples da aplicação de materiais lignocelulósicos é a produção de painéis do tipo MDF (medium-density fiberboard), amplamente usados pela indústria moveleira. Painéis do tipo MDF podem ser produzidos sem aditivos sintéticos, utilizando-se resíduos lignocelulósicos diversos, pois a lignina em alta temperatura sob pressão atua como adesivo, aglomerando as fibras. Um exemplo mais complexo é a utilização da nanotecnologia para a obtenção de nanoestruturas, estruturas de dimensões da ordem de nanômetros (um nanômetro é a milionésima parte do milímetro). Com o uso da nanotecnologia, a celulose pode ser transformada em nanofibras, por meio de um processo chamado de hidrólise ácida. Estas nanofibras são extremamente resistentes a tração e encontram aplicação na preparação de nanocompósitos: materiais de alta performance e propriedades diferenciadas.

Os resíduos podem encontrar inúmeras aplicações, consistindo de uma parte importante de cadeias produtivas. Neste sentido, a Embrapa Agroenergia foca soluções “da biomassa à energia” nas plataformas de etanol, biodiesel, florestas energéticas e resíduos. A plataforma de resíduos integra as outras plataformas com o objetivo de viabilizar a utilização da biomassa residual, agregação de valor e a obtenção de coprodutos respeitando o meio ambiente. Estes esforços concentram-se no Laboratório Temático de Aproveitamento de Coprodutos e Resíduos, que contribui para o uso de resíduos oriundos da produção de biocombustíveis e de outras cadeias produtivas para geração de energia, produção de materiais de alto valor agregado, produtos químicos, rações animais e biofertilizantes.

            Concluindo, os resíduos vegetais são abundantes no Brasil e sua utilização em novos materiais traz a possibilidade de alavancar a Química Verde. O desenvolvimento de tecnologias para o tratamento e a utilização de resíduos, visando a redução dos custos de produção e da poluição ambiental, é um grande desafio dos dias atuais. Entretanto, junto com este desafio existem inúmeras oportunidades de desenvolvimento socioeconômico para o País e de ampliação da sustentabilidade global.

Leonardo Fonseca Valadares possui Bacherelado em Química pela UNESP (2002), Mestrado em Físico-Química (2005) e Doutorado em Ciências (2009), sendo que ambos os cursos de pós-graduação foram realizados na Unicamp sob a orientação do Prof. Fernando Galembeck. Durante o Doutorado, realizou estágio na Universidade de Toronto (Canadá), co-orientado pelo Prof. Geoffrey Alan Ozin. Atualmente é pesquisador da Embrapa Agroenergia, Brasília-DF, na área de aproveitamento de coprodutos e resíduos. Depositou duas patentes, das quais uma foi licenciada. Tem experiência na área de Química, com ênfase em Química de Materiais, atuando principalmente nos seguintes temas: polímero, nanocompósitos, colóides e superfícies, com experiencia em técnicas de microscopia e difração. Contato: leonardo.valadares@embrapa.br