Inovação - Processo transforma cinzas de biomassa em sílicas industriais
1) Cinzas da biomassa de cana e 2) Nanosílica de alta pureza extraída do processamento das cinzas
Pesquisadoras do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) desenvolveram um processo que transforma cinzas da biomassa de cana-de-açúcar em sílica gel e em nanosílica de alta pureza, ambas na forma de pó. O trabalho foi coordenado pela professora Denise Alves Fungaro e teve a colaboração das pós-doutorandas Luciana Cavalcanti de Azevedo e Suzimara Rovani.
Intitulado "Produção de Sílica Gel e Nanosílica de Alta Pureza a partir de Cinzas da Biomassa de Cana-de-Açúcar com Alto Potencial de Comercialização", o trabalho foi reconhecido pela Associação Brasileira da Indústria Química (Abiquim), que concedeu o Prêmio Kurt Politzer de Tecnologia 2016 na categoria Pesquisador a Denise, entrevistada pelo Informativo.
A pesquisadora ressalta que a obtenção da sílica (ou óxido de silício - SiO2) ocorre tradicionalmente pela extração do cristal de quartzo presente na Natureza em jazidas ou lavras de areia (conhecida como areia industrial, areia de quartzo, areia quartzosa ou areia de sílica), processo que pode gerar impactos ambientais significativos. "As rochas e os minerais ocorrem em quantidade finita e não renovável. A exploração de minérios de forma indiscriminada pode ocasionar a destruição da flora, a extinção da fauna, a erosão dos solos e a poluição do ar e das águas", alerta.
O processo desenvolvido pelo grupo do Ipen utiliza as cinzas resultantes da queima do bagaço da cana, que tradicionalmente são destinadas pelas usinas do setor sucroalcooleiro à fabricação de fertilizantes. No entanto, Denise esclarece que as cinzas, por terem poucos nutrientes, não geram um desempenho satisfatório nesse campo, podendo ser mais úteis na produção de sílicas, por meio de um processo mais sustentável e menos dispendioso se comparado ao método tradicional.
"Estima-se que o custo de produção da nanosílica a partir de cinzas da biomassa de cana é cerca de 40% menor, considerando o baixo custo das matérias-primas e da baixa quantidade de energia utilizada no processo", destaca a coordenadora da pesquisa.
Com base nos mais recentes números relativos à cana-de-açúcar divulgados pela Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), é possível aferir a disponibilidade da matéria-prima necessária para a produção da sílica gel e da nanosílica de alta pureza. A estimativa para a safra 2017/2018 de cana-de-açúcar é de 647,63 milhões de toneladas (na safra 2016/2017, foram colhidas 657,18 milhões de toneladas). Cada tonelada gera de 250 a 270 kg de bagaço, cuja queima com as palhas e pontas (mais 200 kg por tonelada) resulta em 1% a 4% de cinzas.
Sustentabilidade – A nanosílica desenvolvida é uma alternativa à sílica de alta pureza comercialmente disponível, fabricada por meio de um processo de fusão de areia industrial com soda cáustica em fornos de alta temperatura operados entre 1.300 ºC e 1.500 ºC (ou em temperaturas mais elevadas para produzir materiais com características vítreas).
A pesquisa coordenada por Denise Fungaro ganhou o Prêmio Kurt Politzer 2016, promovido pela Abiquim
"No nosso processo, a nanosílica de alta pureza é obtida em temperaturas entre 350 ºC e 550 ºC. Logo, há uma grande economia de custo energético", salienta Denise.
No processo desenvolvido na pesquisa, as cinzas primeiramente são submetidas a uma fusão com hidróxido de sódio. Em seguida, a mistura fundida é submetida a refluxo de água para solubilização do silicato de sódio. Na última etapa, é adicionado ácido para precipitar a sílica. Todo o processo está incluído em um depósito de patente submetido ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).
A pesquisa está na fase de desenvolvimento em escala de laboratório. Os projetos em andamento no Ipen estão voltados para a avaliação do uso da nanosílica no tratamento de efluente têxtil e de água contaminada com interferentes endócrinos, como o bisfenol-A. Nesse mesmo enfoque de utilização, o processo de preparação de membrana para nanofiltração tem sido objeto de estudo.
Outra pesquisa busca analisar o uso da nanosílica de alta pureza na produção de biopolímeros termoplásticos como potenciais substitutos dos plásticos convencionais. "A próxima etapa da linha de pesquisa será direcionada para o aumento de escala e avaliação da viabilidade econômica do processo de obtenção dos produtos", informa Denise.
Subproduto poderá gerar ganho extra ao setor sucroalcooleiro
Estatísticas – De acordo com informações do relatório A indústria mineral paulista: síntese setorial do mercado produtor, publicado neste ano pela Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (Fiesp), as reservas brasileiras de areia industrial em 2013 eram de 1,2 bilhão de toneladas lavráveis. As jazidas mais importantes deste bem mineral estão localizadas nos estados de São Paulo (60%, com cerca de 546 milhões de toneladas de reservas lavráveis), Minas Gerais, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Bahia, Sergipe e Pernambuco.
A mesma publicação informa ainda que os dados oficiais sobre a demanda por areia industrial no país, de acordo com o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), apontam que os segmentos vidreiro (37,5%) e de fundição (37,5%) são responsáveis pela maior parte do consumo (75%). Para esses setores, de acordo com Denise, a areia industrial é vendida no estado bruto, não beneficiado, e tem um baixo valor de comercialização. Os demais 25% correspondem a um número expressivo de segmentos industriais, como indústrias cerâmicas (branca e de revestimento), cimenteiras e de ferro-ligas.
A pesquisadora enfatiza que, apesar de possuir as maiores reservas mundiais de rocha de quartzo e grandes reservas de areia industrial, o Brasil tem dependência externa dos produtos industrializados onde a nanosílica de alta pureza é empregada. Dessa forma, trata-se de um mercado que, segundo ela, apresenta um potencial expressivo, pois o valor comercial global estimado da sílica para aplicações que necessitam de um material de alta pureza foi de US$ 1,7 milhão em 2016.
A sílica gel e a nanosílica sintetizadas pelo grupo do Ipen, por apresentarem grau de pureza acima de 99%, possuem, de acordo com Denise, alto valor agregado e potencial de geração de receitas para as indústrias sucroalcooleiras, que poderiam comercializá-las como matérias-primas para os fabricantes de tintas, polímeros, cerâmicas, revestimentos, indústria automobilística, agentes de limpeza, catalisadores, adsorventes, desumidificantes e produtos alimentícios, criando assim um novo nicho econômico para os subprodutos da fabricação de açúcar e álcool.
Outras aplicações possíveis para os produtos envolvem segmentos que possuem demanda crescente na atualidade, tais como a indústria de microeletrônica (para a fabricação de semicondutores, circuitos integrados etc.); fabricação de células solares para geração de energia elétrica por fotoconversão de energia solar e uso em bateria recarregável do tipo íon-lítio.