Atualmente, 90% das substâncias químicas orgânicas são produzidas a partir do petróleo. Devido as preocupações ambientais e os preços flutuantes, os biocombustíveis têm recebido muita atenção nos últimos tempos como alternativas ao petróleo. Os mesmos materiais que consumimos diariamente como produtos químicos e farmacêuticos, plásticos combustíveis e detergentes, que são derivados do petróleo podem ser produzidos a partir da biomassa renovável de plantas e árvores. E o Brasil que é uma potência agrícola pode ser um exemplo em economia circular e bioeconomia através de bioindústrias, biorrefinarias e bioprodutos para um crescimento sustentável.

A biomassa irá substituir o petróleo nas aplicações industriais

Uma biorrefinaria pode produzir produtos múltiplos a partir da biomassa da mesma forma que uma refinaria que refina petróleo bruto em combustíveis e produtos químicos. Os mesmos blocos de construção químicos que atualmente são derivados de petróleo podem ser produzidos a partir da biomassa por meio de métodos químicos, bioquímicos ou conversão termoquímica.

Já há biorrefinarias que produzem energia, produtos químicos e materiais. As fábricas de celulose, por exemplo, também produzem calor, eletricidade e óleo de pinho, que pode ser convertido em produtos químicos ou combustíveis. As unidades de biogás também podem produzir produtos químicos.

Os produtos derivados da biomassa também podem conter propriedades de alto valor. Um bom exemplo é biopolímeros em aplicações médicas, tais como implantes biodegradáveis, suturas e dispositivos para entrega de droga de libertação lenta.

Numa economia circular precisamos de biorrefinarias para fabricar produtos sustentáveis stylo urbano-1
Figura 1. Da mesma forma para uma refinaria à base de petróleo, um biorrefinaria pode produzir produtos múltiplos a partir da biomassa

A madeira é uma matéria-prima abundante no Brasil, e o país é o quarto maior em florestas plantadas no mundo, e onde existe uma grande indústria florestal para celulose, papel e serrarias. A madeira é uma boa matéria-prima para biorrefinarias uma vez que não competem com a produção de alimentos; ela não precisa de fertilizantes, pesticidas ou irrigação artificial e as florestas absorvem o dióxido de carbono. A principal desvantagem de madeira é que cresce de forma relativamente lenta em comparação com outras fontes de biomassas como cana de açúcar. No entanto, as florestas no Brasil crescem mais rapidamente do que estão sendo colhidas.

Madeira e outras biomassas lignocelulósicas têm uma estrutura química complexa que consiste principalmente de celulose, hemicelulose e lignina. A composição depende do tipo biomassa. Para madeira que é de cerca de 35-45% de celulose, 25-35% de hemicelulose e de 20-30% de lignina. Lignina torna a estrutura forte e funciona como uma cola que mantém toda a estrutura junta.

Para as fábricas de polpa de celulose são as fração mais desejada da madeira. No processo kraft, as aparas de madeira são tratadas com hidróxido de sódio (NaOH) e o sulfureto de sódio (Na2S), que rompe a estrutura de madeira e separa as frações. Depois que a lignina e hemicelulose degradam num processo de deslignificação e são lavadas para separar a polpa. Em uma fábrica de polpa tradicional o material restante, que é chamado lixívia negra, é queimado numa caldeira de recuperação para produzir calor e eletricidade e os produtos químicos são reciclados de volta para o passo de cozedura.

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Figura 2. Madeira e outras biomassas lignocelulósicas têm uma estrutura química complexa que consiste principalmente de celulose, hemicelulose e lignina. A composição depende do tipo biomassa. Para madeira que é de cerca de 35-45% de celulose, 25-35% de hemicelulose e de 20-30% de lignina.

A hemicelulose e lignina tem imenso potencial 

Apenas a fração da celulose de madeira é utilizada na fabricação de pasta. A hemicelulose e lignina, que atualmente são queimadas na caldeira de kraft, têm o potencial de serem usadas para produzir uma ampla variedade de produtos que atualmente são feitos a partir de recursos fósseis. A hemicelulose é um polímero altamente ramificado e é facilmente solúvel. No processo de formação de pasta kraft, ele é dividido nos seus monômeros. Estes monômeros podem ser fermentados em ácidos e álcoois orgânicos, que podem em seguida ser ainda processados ​​em vários produtos químicos e biopolímeros.

Não há pesquisa em curso sobre a separação da fração de hemicelulose da madeira antes do processo de cozimento kraft. A lignina é um polímero aromático e amorfo complexo que consiste de unidades de fenil-propano. No processo de produção de celulose, a lignina acaba no licor negro. Pode ser extraída por meio de precipitação e usada para a produção de colas à base de fenol e resinas, fibras de carbono e produtos químicos, tais como tolueno e benzeno.

A demanda de papel para jornais, revistas e livros está diminuindo por causa da digitalização, mas o consumo de materiais de embalagem para lojas online está aumentando. Além disso, existem outros produtos que podem ser produzidos a partir de celulose, tais como tecidos, nanocelulose ou materiais de construção.

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Figura 3. Uma fábrica de polpa tradicional pode ser convertida numa biorrefinaria com vários produtos incluindo calor e eletricidade, produtos químicos, fibras têxteis e biopolímeros.
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Figura 4: Potencial de valorização de resíduos agroindustriais de origem vegetal e animal para biorrefinarias.

Produtos de alto valor essenciais para biorrefinarias

A melhor parte da biomassa deve ser utilizada para produtos de alto valor, tais como produtos farmacêuticos ou química fina e o resto pode ser usado para produtos de menor valor e produção de energia. Com múltiplos produtos e processos, uma biorrefinaria pode ajustar sua produção de acordo com a demanda do mercado e dos preços. Por exemplo, os carros estão se tornando mais eficientes em consumo de combustível, assim, menos bioetanol é necessário para abastecer carros.

Existem, no entanto, outros produtos, tais como acetaldeído, butadieno, etileno e propileno, que podem ser produzidos a partir de bioetanol. O etileno pode ser polimerizado por exemplo em polietileno (PE), que é usado para a fabricação de garrafas de plástico. As fábricas de celulose não são as únicas a fornecerem biomassa para uma biorrefinaria. A indústria alimentar produz grandes quantidades de resíduos orgânicos, que são muitas vezes utilizados para a alimentação animal. No entanto, esses resíduos contem hidratos de carbono, gorduras e proteínas que podem ser utilizadas para os produtos de maior valor.

A tecnologia de amido é um outro exemplo, onde o processamento de amido pode ser utilizado para a produção de ácido e de álcool, o que pode ser processado em produtos químicos, combustíveis ou biopolímeros. O amido também pode ser convertido em produtos de valor mais elevado, tais como os amidos modificados, poliéster biodegradável, termoplásticos e aditivos alimentares. Os resíduos de plantas como trigo ou o amido de batatas é extraído e também pode ser usado para a produção de biogás.

Atualizar uma fábrica existente em uma biorrefinaria que utiliza biomassa tem várias vantagens. A eficiência dos materiais e a rentabilidade da fábrica pode ser melhorada através da produção de um novo produto a partir de um fluxo de resíduos que atualmente tem custos de eliminação. As biorrefinarias podem maximizar o valor da biomassa e minimizar a quantidade de resíduos não utilizados.

O Projeto Centro Bio é um campus tecnológico e de inovação em Portugal que visa ajudar as regiões rurais com baixa densidade populacional a tornarem-se menos dependentes da energia e das matérias-primas. O campus do Centro Bio colabora com investigadores e empresas para investigar e investir em novos produtos e tecnologias inovadores com base no modelo de atividade econômica de ciclo fechado, o que significa que os produtos podem ser reutilizados e reciclados, reduzindo assim a utilização de energia e matérias-primas.

O projeto, que representa um investimento público/privado de 9,2 milhões de euros, já ganhou três prêmios de excelência, impulsionou a criação de 24 subprojetos de I&D, assistiu à criação de quatro empresas derivadas e seis novas empresas, conseguindo também um investimento subsequente de 125 milhões de euros (seguido pelo Banco Europeu de Investimento).

Além disso, o projeto ajudou a criar a All – Associação Portuguesa de Bioeconomia e Economia Circular, promovendo a sua ligação à sociedade e às partes interessadas, bem como a criação de 38 projetos de empreendedorismo acadêmico, envolvendo 2.360 jovens. O Centro Bio é o vencedor do Prêmios RegioStars 2016 na categoria Crescimento Sustentável. Para saber mais acesse o ecen e a Embrapa.

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