Mecânica

Tribologia vai estudar revestimentos de diamante em reatores de biocombustíveis

CTBE/MCT - 05/10/2009

Esfera de cobalto de 30 mm de diâmetro, recoberta com filme DLC em um dos lados para testar a resistência do revestimento ao ambiente abrasivo e quimicamente agressivo encontrado na produção de petróleo.
[Imagem: Wikimedia]

O que é tribologia?

A tribologia passou a fazer parte das temáticas científicas abordadas pelo Centro de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), um instituto do Ministério da Ciência e Tecnologia, localizado em Campinas (SP).

Apesar do nome, a tribologia não tem nada a ver com tribos indígenas ou urbanas. Ela é um ramo da ciência que trata sobre questões ligadas à interação de dois ou mais materiais sólidos em movimento e contato mútuo - tribos em grego significa atrito.

Cabe à tribologia, por exemplo, estudar que tipo de influência o atrito entre as partes do pistão causa no rendimento e nas emissões de poluentes de um motor automotivo.

Desgaste de equipamentos industriais

No CTBE, o estudo do desgaste de equipamentos industriais causado pelo atrito está a cargo da química Lúcia Vieira Santos, integrante do grupo de plasmas do Centro. Cabe a ela ajudar no cumprimento de uma das principais missões do CTBE que é o desenvolvimento de uma tecnologia industrial de conversão da biomassa da cana (bagaço e palha) em etanol. Sua tarefa inicial será encontrar formas de ampliar a vida útil dos reatores que serão futuramente utilizados em processos de hidrólise do material lignocelulósico.

Isso significa que as usinas que forem produzir etanol a partir do bagaço da cana terão que lidar com uma série de substâncias corrosivas ou abrasivas. Conforme a rota tecnológica escolhida, ácidos fortíssimos (como o clorídrico) poderão ser despejados sobre equipamentos contendo biomassa, no intuito de desmanchar cuidadosamente a parede celular da cana.

Em um segundo momento, microrganismos devem agir sobre o bagaço da cana, na tentativa de disponibilizar mais açúcares para a fermentação em etanol. Estes e outros processos envolvendo altas temperaturas e agitação de biomassa podem desgastar o aço interno dos reatores, trazendo prejuízo às usinas.

Revestimentos protetores

Para impedir que isso ocorra o CTBE criou uma linha de pesquisa que estudará a aplicação de filmes protetores sobre os equipamentos usados para produzir etanol celulósico. Lúcia Santos, que é uma das responsáveis por esta linha de estudo, explica que revestimentos à base de diamante DLC (Diamond-Like Carbon) podem triplicar a vida útil dos reatores usados pela indústria de cana.

Isto porque estes filmes, como o próprio nome diz, têm características que se assemelham a de um diamante natural. Tais características vão da alta dureza à boa resistência mecânica, inércia química e baixo nível de atrito.

Filmes DLC são usados hoje em ligas metálicas e vidro. Companhias que fabricam óculos de sol aplicam tais materiais para prolongar o tempo de uso dos seus produtos, evitando arranhões às suas lentes. Por serem materiais biocompatíveis, filmes DLC também são aplicados em larga escala na indústria de próteses cirúrgicas.

Tribômetro

No caso dos reatores de cana, o primeiro passo dos pesquisadores do CTBE será identificar quais dentre os diversos tipos de filmes DLC existentes no mercado garantirão maior durabilidade aos equipamentos. Para isso, Lúcia e seus parceiros usarão um tribômetro.

"Por meio deste equipamento conseguiremos simular o desgaste por atrito que os processos ligados ao etanol de segunda geração (a partir do bagaço da cana) causarão nos reatores. Depois, aplicaremos vários tipos de filmes protetores sobre tal material e o colocaremos sobre as mesmas condições de teste. Com isso conseguiremos caracterizar os melhores recobrimentos", explica Lúcia.

A aplicação destes filmes compostos por gases ionizados ricos em carbono (como o metano) pode ocorrer de várias formas. Os experimentos realizados no CTBE farão isto por meio de plasma, uma forma especial de chama que deposita o gás diretamente sobre a superfície da liga de aço que se busca proteger.

Entretanto, é possível que a produção destes filmes não se dê em laboratório ligado ao MCT, mas em outras instituições nesta área de pesquisa. "Ainda não definimos se, uma vez caracterizados os melhores filmes, estes serão produzidos no próprio CTBE ou em instituições terceiras", informa Lúcia.