Concreto do futuro? Resíduos industriais são transformados em material reciclável e resistente para uso na construção civil

Seguindo muitos princípios da Química Verde, pesquisadores produziram um composto forte e sustentável usando dois resíduos comuns que normalmente são pouco aproveitados: a lignina e o enxofre. Com relação à lignina, trata-se de uma substância responsável por conferir suporte estrutural às células vegetais, sendo encontrada principalmente em plantas lenhosas. Devido a sua abundância, muitos estudos visam entender como utilizá-la de maneira eficiente, especialmente pelo seu potencial na produção de materiais sustentáveis e na captura de carbono, já que quase 30% de todo o carbono orgânico da natureza está armazenado na lignina. Isso a torna uma aliada em projetos de redução das emissões de carbono e combate às mudanças climáticas.

Apesar disso, a lignina é quase sempre descartada durante o processamento de biomassa devido ao descarte de madeira, galhos e caules. Só a indústria papeleira, como exemplo, contribui com cerca de 600 mil toneladas anuais da substância como resíduo. Essa dificuldade em se aproveitar a lignina acontece por causa da sua estrutura química complexa, formada por moléculas que se combinam para compor três tipos de subunidades estruturais, porém cada planta tem uma combinação única dessas subunidades. Por exemplo, gramíneas como o capim possuem as três em grandes quantidades, enquanto em árvores de madeira dura, como o carvalho, predominam duas, e árvores de madeira mole, como o pinheiro, têm uma prevalente.

O enxofre, por sua vez, é um subproduto gerado em grande escala pela refinação de combustíveis fósseis, atingindo cerca de 70 milhões de toneladas por ano. Dado que a demanda por combustíveis fósseis ainda persiste, são importantes estratégias de manejo e aproveitamento desses resíduos industriais. Assim, há tempos pesquisadores buscam formas de combinar esses subprodutos (lignina e enxofre) para gerar materiais úteis. Uma das técnicas empregadas é chamada de vulcanização inversa, um processo que resulta na formação de compósitos resistentes, porém exige que a lignina seja previamente modificada com produtos químicos adicionais, o que torna o processo caro, com etapas mais complexas e menos sustentável.

Sendo assim, o diferencial desta pesquisa é que ela utiliza uma abordagem diferente para estabelecer ligações entre o enxofre e a lignina. Foi identificado pelos pesquisadores em investigações anteriores que a lignina tem outras partes reativas em sua estrutura que podem interagir com o enxofre quando expostos a altas temperaturas. Diante disso, neste estudo avaliaram a viabilidade de criar um compósito durável a partir do enxofre e do óleo de lignina, como alternativa à lignina inteira. Ao combiná-los, obtiveram um material homogêneo, o LOS90, com estabilidade térmica e alta resistência, características que o tornam uma opção  viável e sustentável ao concreto tradicional para aplicações estruturais que exigem materiais fortes e duráveis. O artigo completo, "Green and Atom Economical Route to High Compressive Strength Lignin Oil-Sulfur Composites", pode ser lido em: https://doi.org/10.1007/s10924-024-03287-5

Concrete of the future? Industrial waste transformed into recyclable and durable material for civil construction

Aligned with Green Chemistry principles, researchers have created a durable and sustainable composite by combining two often discarded waste materials: lignin and sulfur. Lignin is a substance that provides structural support to plant cells, mainly found in woody plants. Given its abundance, many studies have been exploring efficient ways to use it, especially for producing sustainable materials and capturing carbon. This is because nearly 30% of all organic carbon in nature is stored in the form of lignin, making it valuable in projects focused on reducing carbon emissions and combating climate change.

Despite its potential, lignin is often discarded during biomass processing, such as wood, branches, and stems. The paper industry alone contributes about 600,000 tons of this substance as waste annually. The main challenge in utilizing lignin is related to its complex chemical structure, which consists of molecules that combine to form three main structural subunits, but each plant has a unique combination of these subunits. For example, grasses contain large quantities of all three subunits, while hardwood trees like oak have two predominant subunits, and softwood trees like pine have one. 

Sulfur, on the other hand, is a byproduct generated in large quantities during the refining of fossil fuels, reaching about 70 million tons per year. Since the demand for fossil fuels persists, strategies for managing and utilizing these industrial wastes are crucial. Researchers have long been seeking ways to combine these byproducts to create useful materials. One of the techniques employed is called reverse vulcanization, a process that results in the formation of strong composites, but requires lignin to be chemically modified with additional reagents. This makes the process expensive, more complex and less sustainable.

The uniqueness of this research is its alternative strategy to linking sulfur and lignin. Previous studies identified that lignin has other reactive parts in its structure that can interact with sulfur when exposed to high temperatures. Based on these findings, the study explored the feasibility of creating a durable composite from sulfur and lignin oil, as an alternative to whole lignin. By combining them, the researchers obtained a homogeneous material, LOS90, with thermal stability and high resistance, characteristics that make it a viable and sustainable alternative to traditional concrete for structural applications that require strong and durable materials. The full article, "Green and Atom Economical Route to High Compressive Strength Lignin Oil-Sulfur Composites", can be read at: https://doi.org/10.1007/s10924-024-03287-5.

Texto por Milena Rossales Castro.