Cada pedaço de madeira esconde uma complexidade silenciosa – composta por três compostos naturais: a celulose proporciona resistência, a hemicelulose proporciona flexibilidade e a lignina atua como cola para a estrutura da madeira. Entre eles, a lignina, uma substância escura e teimosa que confere rigidez à madeira, há muito é vista como nada diferente dos resíduos industriais. No entanto, é hoje considerado um dos materiais orgânicos mais abundantes e promissores do planeta, servindo como uma potencial alternativa renovável à petroquímica. Na bétula e em outras madeiras nobres, a complexa rede de anéis aromáticos da lignina e as ligações intermoleculares com as hemiceluloses tornam-na muito forte e muito difícil de extrair. Compreender e controlar esta estrutura oculta poderá abrir a porta para um futuro onde os subprodutos das serrações e das fábricas de papel se tornarão a base para materiais sustentáveis, dos plásticos aos biocombustíveis. É dentro do potencial escondido na serradura de bétula comum que surgiu um novo método, revelando como a composição química da madeira pode ser cuidadosamente reescrita através de um simples tratamento alcalino.
A equipe de pesquisa foi liderada pela Dra. Galia Shulga do Instituto Nacional de Química da Madeira da Letônia e incluiu Brigita Neiberte, Valerija Kudrjavceva, Dr. fonte mais eficiente de lignina sodada, um biopolímero renovável e ecologicamente correto derivado da madeira, por meio de um simples tratamento químico. Sua pesquisa colaborativa foi publicada na revista Polymers, revisada por pares.
A equipe do Dr. Schulga estudou como a hidrólise alcalina (um processo que usa um álcali suave, como o hidróxido de sódio para quebrar parcialmente o material vegetal complexo) afeta a serragem de bétula antes da polpação de soda, um método usado na indústria de papel para separar a lignina da celulose sem o uso de enxofre. Ao otimizar esta etapa, eles descobriram que poderiam extrair mais lignina e celulose, consumindo menos produtos químicos e produzindo menos resíduos. “A hidrólise alcalina da serragem de bétula resulta na remoção significativa da hemicelulose e reduz sua resistência mecânica”, disse o Dr. Shulga, autor correspondente do estudo. Este pré-tratamento afrouxa efetivamente a estrutura da madeira, tornando a extração subsequente de lignina mais eficiente.
Seus experimentos mostraram que o tratamento da serragem de bétula com uma solução de hidróxido de sódio de baixa concentração a 90°C ohC por 5 horas a uma proporção de peso de serragem e água de 1:20, resultando em degradação significativa da hemicelulose, o polímero natural que une a celulose e a lignina na madeira, sem danificar a celulose (o material fibroso que confere resistência à madeira). O processo de polpação subsequente produziu significativamente mais produto em geral, com maior rendimento de lignina e polpa. Os autores observaram que esta abordagem não só aumentou os rendimentos, mas também produziu lignina com características químicas únicas. Shulga disse: “A redução no conteúdo de grupos ácidos e grupos metoxi na composição química da lignina sodada da serragem hidrolisada se deve ao domínio das reações de polimerização por condensação na formação de sua estrutura primária”.
Muitas vezes vista como um subproduto residual na indústria de celulose e papel, a lignina é cada vez mais reconhecida pelo seu potencial como uma alternativa sustentável aos polímeros à base de petróleo, oferecendo resistência e flexibilidade semelhantes, mas derivada de recursos renováveis. As aplicações vão desde biocompósitos, que combinam materiais vegetais com polímeros para criar materiais leves e fortes, até fibras de carbono e emulsificantes, que ajudam a misturar substâncias que normalmente não se misturam, como óleo e água. A análise do estudo mostrou que a lignina soda obtida da serragem hidrolisada exibe uma estrutura molecular mais concentrada, o que significa que suas moléculas são compactadas de forma mais compacta, o que se reflete em seu menor teor de grupos químicos reativos, mas em maiores propriedades hidrofóbicas ou repelentes à água. Essas propriedades melhoram seu desempenho como surfactante natural, tornando-o valioso em emulsificantes, dispersantes e estabilizantes.
Ao comparar amostras de lignina de serragem não tratada e tratada, a equipe observou diferenças significativas nos dados de espectroscopia ultravioleta e infravermelha (técnicas que usam luz para detectar ligações e estruturas químicas específicas). A lignina da serragem hidrolisada apresentou menor número de grupos hidroxila e metoxi livres, indicando uma estrutura molecular mais densa e interconectada. Acredita-se que esta mudança estrutural seja o resultado da polimerização por condensação, um processo químico no qual moléculas menores se unem para formar estruturas maiores e mais complexas durante o tratamento alcalino.
Dr. Shulga descobriu que em soluções aquosas, as partículas de lignina exibem um comportamento auto-organizado, o que significa que elas se organizam naturalmente em padrões estruturados. Esses arranjos incluem nanopartículas (partículas extremamente pequenas medidas em bilionésimos de metro) e estruturas coloidais (aglomerados ligeiramente maiores suspensos em um líquido). A lignina soda na serragem tratada produziu partículas coloidais maiores e exibiu maior atividade superficial na interface ar-água, implicando potencial uso industrial em formulações que requerem comportamento semelhante ao surfactante. “A lignina soda extraída da serragem hidrolisada tem maior atividade superficial na interface ar-água… principalmente devido ao menor teor de grupos ácidos em sua composição química, o que altera o equilíbrio hidrofílico-hidrofóbico de sua estrutura em direção à hidrofobicidade”, explicou o Dr.
A pesquisa do Dr. Shulga também apoia o conceito de complementaridade estrutural em agregados de lignina, um princípio que descreve como apenas certas formas moleculares e características de superfície se unem para formar superestruturas ordenadas. Uma compreensão mais profunda da organização da lignina em nanoescala poderia ter implicações para a concepção de nanomateriais de base biológica e materiais avançados para revestimentos, embalagens e até mesmo medicamentos em nível molecular. A equipe observou rearranjos de partículas quando a solução de lignina mudou de um ambiente alcalino para um ambiente ácido, sugerindo um processo de reorganização dinâmica que apoia este modelo.
Ao integrar essas descobertas, a equipe do Dr. Shulga lançou as bases para a conversão de resíduos lignocelulósicos – material vegetal composto de lignina, celulose e hemicelulose, como serragem – em materiais verdes de alto valor. Eles sugerem que esta lignina soda poderia ser projetada em um sistema de distribuição de medicamentos, onde as nanopartículas entregam os medicamentos diretamente aos locais-alvo, ou como um aditivo polimérico para melhorar os plásticos e melhorar o desempenho ambiental. Este trabalho contribui para o biorrefinamento sustentável, fornecendo uma maneira de utilizar eficientemente resíduos de madeira e, ao mesmo tempo, reduzir a poluição ambiental associada ao descarte de lignina.
Refletindo sobre as implicações mais amplas do trabalho, o Dr. Shulga enfatizou que pequenas alterações químicas podem abrir novas possibilidades para materiais renováveis, com a descoberta mostrando como algo tão comum como a serragem pode ser transformado num valioso recurso verde. A descoberta marca um passo importante no sentido de encarar o processamento da madeira como uma inovação de recursos e não como uma gestão de resíduos, provando que mesmo a serragem descartada pode ser o modelo para um futuro mais limpo e sustentável.
Referência do diário
Shulga, G., Neiberte, B., Kudrjavceva, V., Verovkins, A., Viksna, A., Vitolina, S., Brovkina, J., e Betkers, T. “Efeitos da hidrólise de serragem de bétula nas propriedades químicas, agregação e atividade de superfície da lignina soda extraída.” Polímeros, 2025. doi: https://doi.org/10.3390/polym17111455
