Lignina na célula

Lignina – Um biopolímero subestimado com diversas aplicações

Das 70 milhões de toneladas de lignina produzidas pelo processo de polpação, apenas 2% tem uso em alto valor agregado.

Devido a uma maior conscientização sobre os problemas socioambientais e econômicos associados à utilização desenfreada de materiais oriundos de matéria-prima petroquímica, um grande enfoque tem sido direcionado à identificação e utilização de recursos renováveis como substitutos. Diversos setores da indústria, não só de produtos feitos de polímeros, já buscam alternativas mais sustentáveis. Isso inclui toda a gama de processos, mas também abrange a obtenção de matérias primas mais interessantes, nesse sentido.

Como uma das formas mais acessíveis de carbono renovável, a biomassa lignocelulósica tem se apresentado e sido reconhecida como uma das matérias-primas mais promissoras para substituir fontes fósseis na obtenção de produtos de alto valor agregado. Dentre a diversa gama de produtos, temos como exemplo: combustíveis, químicos de plataforma, polímeros, entre outros.

A biomassa lignocelulósica possui três componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina, em proporções variáveis de acordo com a espécie de planta. Os dois primeiros são polissacarídeos com estruturas e funções distintas e compõem entre 50-85% da massa. A lignina, sendo responsável por cerca de 15-30% da biomassa, é um heteropolímero reticulado e amorfo.

Contém estrutura aromática com três monômeros fenilpropanoídicos (monolignóis) derivados do ácido cinâmico. Estes são conectados por ligações carbonos-carbono ou éter. As diferentes proporções de álcool cumarílico, coniferílico e sinapílico e das ligações produzidas entre eles determinam a estrutura final da macromolécula. Assim, existe uma enorme diversidade, o que torna a determinação da exata estrutura algo extremamente complicado. A figura apresenta os monômeros e uma estrutura parcial de lignina exemplificando os tipos de ligações possíveis dentro da estrutura.

Monômeros e Estrutura parcial de lignina

Figura: Monômeros e Estrutura parcial de lignina

 

Mais de 98% é queimado

A lignina é o segundo polímero natural mais abundante e é responsável por cerca de 30% da reserva de carbono na biosfera. Somado à isso, é uma das poucas, senão a única matéria-prima passível de escalonamento constituída de blocos de construção contendo unidades aromáticas, e mesmo assim, é altamente subutilizada. Estimativas apontam que dos 70 milhões de toneladas de lignina obtida nos processos de polpação, menos de 2% é isolada e utilizada em aplicações de alto valor agregado. Os outros 98% são queimados nas próprias usinas como combustível de baixo valor calórico.

Diversas possibilidades já foram estudadas para transformar as ligninas obtidas pelos processos industriais já existentes em produtos de valor agregado. Tentou-se a obtenção de lignosulfonatos para utilização como dispersantes e aditivos. Tentou-se também a obtenção de diversas moléculas pequenas como benzeno, xileno, cresol, fenol, vanilina, entre outros.

Além de monômeros capazes de serem introduzidos na síntese de diversas classes de polímeros como poliuretanas, poliésteres, poliamidas aromáticas e resinas epóxi e fenólicas. Entretanto, atualmente a grande maioria dos processos conhecidos demanda muita energia. Além disso, é necessário também reagentes e condições reacionais que não permitem a obtenção destas moléculas de maneira viável.

Observando estes pontos, a Afinko Soluções em Polímeros desenvolve atualmente projetos relacionados à possibilidade de utilização destas ligninas obtidas junto aos processos de polpação, sem a necessidade de transformação posterior, como parte integrante de biocompósitos poliméricos.

Isso permite o aproveitamento deste subproduto em uma aplicação mais nobre, e ao mesmo tempo incutindo diversos benefícios ao polímero como melhora em algumas propriedades mecânicas e térmicas, tornando-o mais ambientalmente amigável.

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Nossas referências e indicações:

Berstis, L.  Radical Nature of C-Lignin

Nonaka, H. – Selective conversion of hardwood lignin into syringyl methyl benzofuran using p-cresol

Shuai L. – Formaldehyde stabilization facilitates lignin monomer production during biomass depolymerization.

Upton B.M. and Kasko A.M – Strategies for the Conversion of Lignin to High-Value Polymeric Materials: Review and Perspective