Nanotecnologia da madeira promete superar plásticos

Com informações da New Scientist - 28/08/2012

Esta é a celulose nanocristalina, que também atende por nanocristais de celulose ou por nanocelulose.
[Imagem: USDA/FPL]

Celulose nanocristalina

Imagine um material leve, transparente, oito vezes mais forte que o aço inoxidável e com um mercado estimado em US$600 bilhões em 2020.

Não, não estamos falando do grafeno, nem de ligas metálicas especiais e muito menos de compósitos da indústria aeroespacial.

A nova estrela do mundo dos materiais e da nanotecnologia tem, por assim dizer, uma origem simples: ela vem inteiramente da madeira.

É a celulose nanocristalina - ou, como preferem alguns, nanocristais de celulose, ou ainda nanocelulose.

O material é extraído por um processamento da polpa de madeira, resultando em cristais minúsculos - em grande quantidade, esses cristais de nanocelulose parecem-se com neve.

Fábricas de nanocelulose

A nanocelulose está provocando furor na indústria, não apenas por suas propriedades tentadoras, mas também porque é muito barata.

A empresa japonesa Pioneer anunciou que irá utilizar as nanofibras de celulose em sua próxima geração de telas flexíveis. A IBM também está usando a nanocelulose para fabricar componentes de computadores.

O governo do Canadá possui um programa consistente de pesquisas na área, com uma planta-piloto capaz de produzir uma tonelada de nanocelulose por dia, responsável por disseminar as técnicas para as indústrias do país.

No último mês de Julho, foi inaugurada a primeira fábrica de celulose nanocristalina dos EUA. Embora menor que a canadense, a iniciativa também é de um órgão governamental, o U.S. Forest Products Laboratory.

Exemplos de aplicações dos cristais de nanocelulose.
[Imagem: Moon et al./CSR/Wiley VCH]

Propriedades da celulose nanocristalina

Mas por que tanto entusiasmo com um material que pouco mais é do que uma madeira super-triturada?

Porque a nanocelulose é transparente e tem oito vezes a resistência à tração do aço inoxidável, graças ao entrelaçamento dos cristais, que têm o formato de agulhas.

Os cristais de nanocelulose conduzem eletricidade, embora, devidamente processados em larga escala, possam resultar em bons isolantes térmicos.

E, claro, sendo fruto unicamente do processamento da madeira, o material é muito barato.

"É uma versão natural e renovável dos nanotubos de carbono, a uma fração do preço," afirma Jeff Youngblood, da Universidade de Purdue, que chefia um dos grupos de pesquisa mais ativos na área.

Ele é um dos coordenadores científicos da fábrica norte-americana, que deverá produzir cristais e fibrilas de nanocelulose.

Fabricação de nanocelulose

A fabricação da celulose nanocristalina começa com uma "purificação" da madeira, removendo compostos como lignina e hemicelulose.

O resultado é moído para formar uma polpa, que é hidrolisada em ácido para remover impurezas, antes de ser separada e concentrada na forma de cristais.

Os cristais de nanocelulose formam uma pasta espessa, que pode ser aplicada a superfícies, na forma de um laminado, ou transformado em filamentos, formando as chamadas nanofibrilas.

As nanofibrilas são duras, densas e rígidas, e podem ser prensadas em diferentes formas e tamanhos. Quando liofilizado, o material é leve, absorvente e bom isolante térmico e acústico.

A nanocelulose vem inteiramente da madeira, mas não depende necessariamente do corte de árvores.
[Imagem: Jeff Youngblood/Purdue]

Como transformar lixo em ouro

"A beleza deste material é que ele é tão abundante que não temos nem que fabricá-lo," diz Youngblood. "Nós não precisamos sequer utilizar árvores inteiras; a nanocelulose tem apenas 2 nanômetros de comprimento. Se quiséssemos, poderíamos usar ramos e galhos, ou até mesmo serragem. Estamos transformando lixo em ouro."

As estimativas indicam que a nanocelulose, produzida industrialmente, poderá custar alguns dólares o quilograma.

Os nanotubos de carbono, por sua vez, com os quais os nanocristais de celulose são comparados, são cotados em miligramas - no atacado, pode-se comprá-los por US$250 o grama.

A expectativa é que a nanocelulose torne obsoletos grande parte dos plásticos, já que suas propriedades físicas permitem que ela substitua até mesmo os metais na construção de peças de automóveis.

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