MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS: DA ERA PRÉ-HISTÓRIA À ERA MODERNA

Visando reduzir os impactos ambientais causados pelo uso excessivo de combustíveis fósseis, as pesquisas se voltaram para os materiais lignocelulósicos, estes inseridos na matriz energética desde épocas mais remotas, têm hoje aplicações mais nobres, devido ao desenvolvimento de vários campos de estudo.

Figura 1 – [Fonte Claire Dowler WordPress e Portfolio Scistyle].

Desde a antiguidade os materiais lignocelulósicos têm sido utilizados pelo homem para a obtenção de energia. A queima, por exemplo, de galhos e folhas, garantia e ainda garante energia térmica e luminosa, auxiliando o homem no combate aos predadores, no aquecimento durante o inverno e no preparo de alimentos. Já na Revolução Industrial, a principal fonte de energia não mais era o material lignocelulósico, e sim, o carvão mineral. Depois, com a invenção do motor a explosão, descobriu-se que era possível utilizar o petróleo como combustível e fonte de energia 1.

É evidente que o consumo de combustíveis fósseis, em especial os derivados do petróleo (material não renovável) contribuíram para o avanço tecnológico e aumentaram a qualidade de vida da sociedade, mas isso também acarretou vários problemas ambientais. E então, a atenção de pesquisadores e investidores se voltou novamente aos materiais lignocelulósico (fonte de energia renovável), não exclusivamente pelo fator ambiental, mas também por trazer consigo a geração de empregos que buscam reaproveitar os materiais, causando com isso impactos positivos também nos setores sociais e econômicos 1, 2.

Polímeros de carboidratos complexos, os materiais lignocelulósicos são compostos basicamente por três compostos: celulose, hemicelulose e lignina, numa estrutura cristalina vegetal estável que pode ser rompida mediante pré-tratamentos que disponibilizam a fração sacarídica na forma de açúcares fermentescíveis. E, apesar dessa composição variar muito devido a influências ambientais e fatores genéticos (fazendo necessários processos de pré-tratamento) eles ainda são uma excelente promessa por serem matéria para a produção desde biocombustíveis até compósitos plásticos, uma vez que apresentam baixo custo, alta disponibilidade, e rentabilidade, além de contribuir para a sustentabilidade do planeta 2, 3, 4.

Quanto aos processos pelos quais passam os materiais lignocelulósicos, pode ser citada a secagem como sendo o primeiro, essa operação deve ser feita antes de qualquer tratamento termoquímico, para que seja feita a redução da atividade da água, reduzindo, com isso, a velocidade de reações de deterioração do material e do crescimento microbiano. Logo após, são realizadas etapas de moagem para redução granulométrica, aumentando a área superficial, e a uniformidade do tamanho das partículas do sólido, possibilitando que os próximos processos ocorram de forma mais eficiente, melhorando os fenômenos de superfície, como a difusão dos reagentes químicos na estrutura lignocelulósica 5, 6, 7.

Alguns outros processos como extrusão e o uso de irradiação por micro-ondas são utilizados para preparar os materiais lignocelulósicos para as etapas posteriores de pré-tratamento para preservar seus polissacarídeos e açúcares totais, este pode ser por explosão a vapor, explosão de fibra com amônio, uso de água quente, ou por meio de hidrólise ácida ou enzimática 8.

Os materiais lignocelulósicos são os materiais orgânicos mais abundantes da biosfera, eles podem ser divididos em seis grupos: resíduos celulósicos, resíduos de colheitas, biomassa herbáceos, madeira de lei, madeira conífera e resíduos sólidos municipais. Os resíduos de colheita são os que possuem maiores possibilidades de uso por serem mais disponíveis devido à atividade de agricultura, tão expressiva no Brasil. É neste contexto que aparece a biotecnologia com a finalidade de apresentar perspectivas de novos usos a estes resíduos 1, 9.

Nas indústrias sucroalcooleiras cerca de metade do bagaço (um dos principais tipos de biomassa energética no Brasil, resíduo de colheita) produzido serve para alimentar as caldeiras, suprindo as necessidades energéticas da planta. Enquanto o que resta de bagaço, bem como os outros subprodutos da agropecuária, ainda pode ser utilizado em aproximadamente quarenta tipos de aplicações diferentes, dentre elas pode-se citar: produção de papel e celulose, de etanol de segunda geração, de blendas e compósitos, de madeira prensada, de cosméticos, de hidrogéis, na indústria têxtil, na obtenção de fibra de carbono, no setor automotivo, na fabricação de espumas de poliuretanos, nos revestimentos acústicos, no tratamento de resíduos industriais, matéria prima para a produção de alimentos. Além disso, quando os materiais lignocelulósicos são utilizados como reforço na matriz termoplástica de compósitos poliméricos, eles funcionam como fixadores de carbono na natureza 1, 9, 10, 11.

Apesar da gama de destino destes materiais, ainda são necessários mais pesquisas para viabilizar o seu uso racional e adequado, com a finalidade de encontrar o melhor processamento desse material recalcitrante e estável para a máxima recuperação das três frações majoritárias da composição do material, prevenindo tanto quanto possível a degradação, a geração de compostos tóxicos e danos ambientais 12.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

  1. MOREIRA, Tatiana Martinez; SEO, EmíliaSatoshiMiyamaru. Obtenção e caracterização de polímero reforçado com fibras da folha de milho. Revista Matéria, São Paulo, v. 21, n. 4, p.1054-1068, 2016.
  2. BALAT, Mustafa. Production of bioethanol from lignocellulosic materials via the biochemical pathway: A review. Energy Conversion and Management. Vol. 52. p.858-875, Feveiro, 2010.
  3. HAMELINCK C. N.; HOOIJDONK G. V.; FAAIJ A. P. Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short- middle- and long-term. Biomass and Bioenergy, p.384-410, 2005.
  4. DIAS M.; JUNQUEIRA T. L.; CAVALETT O.; PAVANELLO L. G.,; CUNHA M. P.; JESUS C. D. F.; BONOMI A. Biorefineries for the production of first and second generation ethanol and electricity from sugarcane. Applied Energy. 2013.
  5. PESSOA Jr. A.; KLIKIKIAN B. V. Purificação de Produtos Biotecnológicos. São Paulo: Ed. Manole; 2005.
  6. MOSIER N.; WYMAN C.; DALE B.; ELANDER R.; LEE Y. Y.; HOLTZAPPLE M.; LADISCH M. Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, p. 673-68, 2005.
  7. WYMAN C. E.; DALE B. E.; ELANDER R. T.; HOLTAPPLE M.; LADISH M. R,.; LEE Y. Y. Coordinated development of leading biomass pretreatment technologies. Bioresource Technology, p. 1959-1966, 2005.
  8. CHANDRA R. P., et al. Substrate pretreatment: the key to effective enzymatic hydrolysis of lignocellulosics? Advances in biochemical engineering/biotechnology, p. 67-93, 2007.
  9. ROCHA, G.J.M. et al. Steam Explosion pretreatment reproduction and alkaline delignificatioin reactions performed on a pilot scale with sugarcane bagasse for bioethanol production. Industrial Crops and Products, vol. 35, Campinas, p.274-279, Janeiro, 2012.
  10. CERQUEIRA D. A.; RODRIGUES FILHO G.; MEIRELES C. S. Optimization of sugarcane bagasse acetylation. Carbohydrate Polymers, p. 579-582, 2007.
  11. GOELZER F. D. E.; FARIA T. P. C. S.; VITORINO J. C.; SIERAKOWISK M. R,.; TISCHER C. A. Production and characterization of nanospheres of bacterial cellulose from Acetobacter xylinum from processed Rice bark. Materials Science and Engeneering C., p. 546-551, 2009.
  12. PITARELO, A. P. et al. Efeito do teor de umidade sobre o pré-tratamento a vapor e a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar. Química Nova, vol.35 no.8. Curitiba – PR, Brasil, p.1-8, 2012.

MONTAGEM 1: Claire Dowler WordPress. Early humans sharing food. Disponível em: < https://clairedowler.wordpress.com/2012/04/18/sharing-is-caring/>. [Acesso em 13/06/2017]; Portfolio Scistyle. Lignocellulose. Disponível em: <http://portfolio.scistyle.com/Lignocellulose>. [Acesso em 13/06/2017].

Jéssyka Jennifer Miranda Corrêa

Assessora do Setor Acadêmico da BetaEQ, estudante da UFVJM

 

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