economia circular

O Brasil é responsável por 8% do consumo mundial de fertilizantes, sendo o potássio o principal nutriente aplicado nas lavouras. Cerca de 96% do potássio que o país consome é importado, segundo dados recentes do governo federal. Entretanto, é possível obter esse mineral a partir de resíduos da indústria sucroenergética, como a vinhaça.

“Em 150 metros cúbicos de vinhaça encontramos, em média, 340 quilos de potássio. Importamos esse insumo, sobretudo nitrato de potássio, enquanto jogamos fora uma imensa quantidade dele. Além do desperdício, é uma situação que nos deixa vulneráveis, até mesmo a conflitos, como, por exemplo, a guerra da Ucrânia, país que tradicionalmente nos fornece o fertilizante”, resume a química Roselena Faez, professora titular da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), campus de Araras.

Com seus orientandos do Programa de Pós-Graduação em Agricultura e Ambiente, Faez vem tentando encontrar meios de reutilizar o potássio e o nitrogênio da vinhaça, gerada em enormes quantidades pela indústria da cana. Para cada litro de etanol produzido são gerados de 12 a 18 litros de vinhaça.

Em um dos trabalhos, Faez e sua orientanda de mestrado Milena Maria Antonio usaram as cinzas resultantes da queima do bagaço da cana para retirar esses nutrientes da vinhaça. O estudo foi publicado no Journal of Environmental Management e contou com o apoio da FAPESP.

Cinzas

O bagaço da cana-de-açúcar é fonte de energia para a indústria, que queima o material. A cientista ressalta que essa combustão acontece em altos-fornos, sem parâmetros controlados, e gera basicamente dois resíduos: fuligem e cinzas. “O interessante das cinzas é que elas têm material carbonáceo, consistindo em uma parte de carbono e também sílica. Trata-se de um material poroso, que ajuda no processo de adsorção. Existem vários projetos para uso desse resíduo, principalmente como aditivo para material cerâmico, tijolo, asfalto. Mas utilizar as cinzas não modificadas para recuperar nutrientes da vinhaça é algo inédito.”

Ela explica que as cinzas, com um perfil heterogêneo, compreendem vários tipos de partículas, do ponto de vista estrutural. Podem ser irregulares, esféricas, tubulares fibrosas ou prismáticas. As tubulares fibrosas apresentam maior porção carbonácea, as angulosas irregulares têm grande proporção de sílica. “Além de grande porosidade, essas partículas têm grupos hidroxilas e grupos carbonilas com cargas negativas que interagem com as cargas positivas dos íons em que estamos interessados [de potássio e nitrogênio]. Assim, além das interações físicas proporcionadas pela porosidade [adsorção], há também interações químicas [absorção].”

De acordo com Faez, muitas pessoas trabalham para melhorar a capacidade de sorção (adsorção e/ou absorção) das cinzas com modificação superficial das partículas ricas em sílica. “É possível adicionar outros grupos químicos ali, mas esse trabalho adicional não era desejável. A intenção era pegar dois resíduos brutos e saber o que a gente conseguiria fazer com eles, num processo com o menor gasto energético possível e que gerasse dois produtos interessantes. Assim, usamos as cinzas após simples lavagem e secagem. Partimos do princípio de que, quanto menos processamento for necessário, mais fácil será convencer a indústria sucroalcooleira a inserir essa nova etapa no processo produtivo.”

Vinhaça

O rejeito representa um problema por demandar muito oxigênio para decompor a matéria orgânica, tanto quimicamente quanto bioquimicamente (com a ajuda de microrganismos). Muito rica em potássio (aproximadamente 4 mil partes por milhão a cada 100 mililitros), além de fósforo e nitrogênio, é comumente usada como fertilizante, sendo jogada diretamente no solo, às vezes diluída. “Colocada diretamente no campo, que é o que geralmente se faz, pode provocar acidificação e salinização do solo.”

As normativas existentes exigem que a vinhaça seja tratada antes de empregada para tal finalidade. No Estado de São Paulo, maior produtor brasileiro de cana-de-açúcar, a aplicação da vinhaça no solo agrícola foi regulamentada pela Norma Técnica P 4.231, editada pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) em 2005.

“Entre os cientistas, já existe muita gente pensando na vinhaça, sempre no sentido de diminuir sua demanda bioquímica. Entretanto, não encontramos nenhum trabalho com o objetivo de reutilizar seus nutrientes”, garante Faez.

Segundo ela, a vinhaça é a continuação do processo de destilação e contém muitos compostos que vão gerando ácidos orgânicos ao longo do caminho. “Assim, no processo de sorção, certamente também estamos retirando outros componentes da vinhaça.”

As cientistas conseguiram não somente recuperar os nutrientes desejados, mas melhorar a própria vinhaça. “Melhoramos a sua acidez, deixando-a com o pH neutro, próximo a 7, graças ao caráter alcalino das cinzas. Além disso, demonstramos com sucesso o potencial das cinzas como sorvente de nutrientes eficazes para o tratamento da vinhaça.”

Elas começaram identificando as condições ideais de sorção usando, para isso, uma solução que simulava a vinhaça. As cinzas, mergulhadas no líquido, foram deixadas em uma mesa de agitação. Chegaram à proporção de 2,5 gramas (g) de cinzas e 6 horas (h) de tempo de contato entre as cinzas e o líquido.

Após a identificação das condições ideais de sorção, dois testes foram realizados com a vinhaça in natura. Primeiro, 2,5 g de cinzas e 100 mL de vinhaça foram misturados em condições predeterminadas por 6 e 24 horas. O segundo teste foi um processo de três etapas que totalizou 72 horas, com as cinzas sendo substituídas a cada etapa.

“No primeiro, usamos a menor quantidade possível de cinzas no tempo mais curto possível para avaliar a concentração dos íons de interesse. E vimos que, se deixássemos as mesmas cinzas na vinhaça por um período longo, como 24 horas, o processo não se mostrava eficiente. Então, fizemos um segundo teste, de 72 horas, em bateladas, trocando as cinzas a cada 24 horas.”

As cinzas ricas em potássio e nitrogênio resultantes do processo podem ser usadas como fertilizante, enquanto da vinhaça foi retirado seu caráter ácido, o que deve reduzir o impacto negativo para o solo. “Outra aluna está começando a avaliar o uso da vinhaça tratada no solo e seu efeito em comparação à não tratada”, adianta Faez.

Segundo a cientista, a ideia de sustentabilidade deu início a um processo revolucionário, no qual os ciclos produtivos não podem mais ficar abertos, devendo se fechar sem deixar pegadas. “Mas isso é histórico: a história da química é assim. Hoje, nosso grande problema é minimizar o uso de recursos minerais. E os fertilizantes que usamos são obtidos por mineração. Além disso, o uso excessivo desses compostos tem impacto. Não podemos perder mais nada, não existe mais resíduo. Aliás, essa palavra é imprópria. Resíduo é oportunidade e não problema.”

O artigo Unlocking Agronutrient Resources: Sorption Strategies for sugar-energy industry waste pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301479724006200?via%3Dihub.

Matéria – Karina Ninni | Agência FAPESP
Imagem – As cinzas foram mergulhadas em um líquido que simula a vinhaça para a avaliação da metodologia (foto: Milena Maria Antonio)

Processo inovador desenvolvido por cientistas da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) utiliza mel de abelhas sem ferrão para extrair com mais eficiência das cascas das amêndoas de cacau teobromina e cafeína – dois compostos que podem ser aplicados em produtos alimentícios e cosméticos.

Essas cascas são particularmente ricas em teobromina e cafeína, no entanto, os métodos convencionais de extração frequentemente envolvem o uso de solventes que podem ser prejudiciais à saúde e ao ambiente, além de serem, geralmente, complexos e demorados.

A invenção foi liderada por Felipe Sanchez Bragagnolo, que tem como hobby a criação de abelhas sem ferrão (Melipona quadrifasciata ou mandaçaia), prática conhecida como meliponicultura. O trabalho, que faz parte do projeto de pós-doutorado de Bragagnolo, contou com a colaboração de Monique Martins Strieder e Leonardo Mendes de Souza Mesquita, com a supervisão de Maurício Ariel Rostagno. O grupo recebe apoio da FAPESP em suas pesquisas (projetos 19/13496-0 e 18/14582-5).

Abelha da espécie Melipona quadrifasciata, popularmente conhecida como mandaçaia (foto: Rich Hoyer)

“A inovação proposta oferece um método de extração assistida por ultrassom de alta intensidade e utiliza mel de mandaçaia como solvente natural. Essa abordagem não apenas elimina o uso de solventes orgânicos prejudiciais, mas também simplifica o processo de extração, reduzindo o tempo necessário e tornando-o mais sustentável”, explica Rostagno, agrônomo formado pela Universidade Federal de Lavras (UFLA) e inventor de 17 patentes. Rostagno também é mestre em ciência de alimentos pela UFLA, mestre em vitivinicultura e doutor em química pela Universidade de Cádiz (Espanha).

Resíduos valiosos

Os resíduos agrícolas têm sido cada vez mais reconhecidos como fontes valiosas de compostos de interesse. A teobromina, estimulante do sistema nervoso central, é o principal composto presente no cacau, com ação semelhante (embora mais suave) à da cafeína.

“Tradicionalmente esses resíduos são descartados ou subutilizados. Ao extrair esses compostos não só reduzimos o volume de resíduos agrícolas, mas também promovemos a economia circular e mitigamos o impacto ambiental do desperdício”, diz Rostagno, que é professor associado na Faculdade de Ciências Aplicadas (FCA-Unicamp), no campus Limeira. Ele atua na área de tecnologia, composição e análise de alimentos, no Laboratório Multidisciplinar em Alimentos e Saúde (LabMAS).

Um dos princípios da chamada química verde é eliminar solventes tóxicos e contaminantes de processos e produtos. “Apesar de o uso de solventes como metanol, acetona e hexano ser permitido, ainda ficam resíduos no alimento que podem ser prejudiciais à saúde e devem ser evitados. Não só tendo em vista o consumidor, mas também o pessoal técnico responsável pelo processo de extração, sujeito à exposição por contato ou vapores”, explica Rostagno.

O mel de abelhas sem ferrão, além de ser um solvente natural, apresenta uma série de benefícios à saúde, como propriedades antibacterianas, antioxidantes e nutritivas. Assim, segundo o inventor, sua utilização como solvente não apenas torna o processo mais sustentável, mas também enriquece o produto final com um potencial único de utilização em uma variedade de produtos. “Pode ser incorporado em formulações cosméticas, aproveitando suas propriedades para promover a saúde da pele e do cabelo”, exemplifica o pesquisador. Também pode ser utilizado como ingrediente em produtos nutracêuticos, fornecendo um impulso natural de energia.

Ao utilizar a técnica de extração assistida por ultrassom em conjunto com o mel de abelhas sem ferrão, a eficiência do processo é amplificada, resultando em extrações mais rápidas e com maior rendimento de teobromina e cafeína. “Além disso, o extrato final não requer secagem, simplificando ainda mais o processo.”

Há ainda um ganho de marketing, segundo o pesquisador, visto que, além da eficiência e da sustentabilidade na extração de compostos valiosos, há uma valorização da biodiversidade local, já que o mel da abelha mandaçaia é utilizado. “Isso contribui para a diferenciação e autenticidade dos produtos”, diz Rostagno.

O depósito da patente no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI) foi realizado em março (nº BR 10 2004 005638 8).

Matéria – Ricardo Muniz | Agência FAPESP
Imagem – As cascas das amêndoas de cacau são ricas em teobromina e cafeína (foto: Wilfredor/Wikimedia Commons)