Como nanocristais da palha de cana-de-açúcar podem ajudar a indústria petroquímica

A partir da manipulação de macromoléculas, pesquisadores da Embrapa Instrumentação, unidade localizada em São Carlos (SP), extraíram nanocristais de lignocelulose 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. A Embrapa Instrumentação vem desenvolvendo pesquisas nesse tema nos últimos 15 anos.

A extração dos nanocristais foi conduzida por Stanley Bilatto, pós-doutorando supervisionado pelos pesquisadores Cristiane Sanchez Farinas, José Manoel Marconcini e Luiz Henrique Capparelli Mattoso. Faz parte do projeto temático “Da fábrica celular à biorrefinaria integrada biodiesel-bioetanol: uma abordagem sistêmica aplicada a problemas complexos em micro e macroescala”, vinculado ao Programa Fapesp de Pesquisa em Bionergia, e que também conta com a parceria da UFSCar (Universidade Federal de São Carlos), Unicamp (Universidade de Campinas) e USP (Universidade de São Paulo). “Os resultados demonstraram a extração efetiva de nanocristais de celulose com lignina residual da palha da cana-de-açúcar, abrindo a possibilidade de obtenção de nanomateriais de alto valor agregado, uma contribuição para a sustentabilidade de futuras biorrefinarias de biomassa lignocelulósica”, relata Bilatto.

Semelhantes a grãos de arroz, mas com espessura cerca de 200 mil vezes menor, os nanocristais de celulose, 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.

Em 2020, a produção de cana-de-açúcar estimada pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) 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. Hoje, maioritariamente, ela é utilizada para gerar calor e eletricidade ou é deixada nos campos para melhorar a qualidade do solo, retenção de água, reciclagem de nutrientes e redução da erosão. Mas a palha da cana é rica em lignocelulose e baixa em carboidratos, como açúcares e amido e proteínas armazenadas.

© Neide Makiko Furukawa/Embrapa A nanocelulose, na forma de nanocristais ou nanofibras da palhada da cana, pode melhorar as propriedades dos materiais, aumentando a resistência mecânica

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 nanocristais 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. A pesquisa vem justamente nesse sentido, de encontrar respostas que viabilizem a sua ampla utilização.