Cada parte da árvore esconde uma complexidade silenciosa – construída a partir de três compostos naturais: celulose para resistência, hemicelulose para flexibilidade e lignina como cola para a estrutura da madeira. Entre eles, a lignina, substância escura e teimosa que confere rigidez à madeira, é considerada mais durável que os resíduos industriais. No entanto, é agora reconhecido como um dos materiais orgânicos mais abundantes e promissores da Terra como uma alternativa renovável aos produtos químicos à base de petróleo. Na bétula e em outras madeiras nobres, a complexa rede de anéis aromáticos da lignina e as ligações intermoleculares com a hemicelulose são incrivelmente fortes e tornam a extração incrivelmente difícil. Compreender e controlar esta estrutura oculta abre 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 deste potencial latente da serradura de bétula comum que surgiu uma nova abordagem, revelando como a química da madeira pode ser cuidadosamente reescrita através de um simples tratamento alcalino.
Dr. do Instituto Estatal de Química da Madeira da Letónia. Liderado por Kalia Shulka, Brigitta Neiberte, Valerija Kudrjavseva, Dr. A equipe de pesquisa do Instituto Estadual de Química da Madeira da Letônia, incluindo Julija Provkina e Dalrits Betkars, juntamente com Provkina e Dalrits Betkars da Universidade de Artes da Letônia. Um simples tratamento químico revelou como a serragem de bétula pode transformar abundantes resíduos de processamento de madeira em uma fonte altamente eficiente de lignina soda, um biopolímero derivado de madeira renovável e ecologicamente correto. Seu estudo conjunto foi publicado na revista Polymers, revisada por pares.
O grupo do Dr. Shulka usa uma base suave, como o hidróxido de sódio, para quebrar parcialmente materiais vegetais complexos, semelhante à forma como o refrigerante afeta a serragem de bétula antes da polpação, que é usada na indústria de papel para separar a lignina da celulose sem usar enxofre. “A hidrólise alcalina da serragem de bétula levou a uma remoção significativa da hemicelulose e diminuiu sua resistência mecânica”, disse o autor correspondente do estudo, Dr. Shulka. Este pré-tratamento afrouxou efetivamente a estrutura da madeira.
Seus experimentos demonstraram que o tratamento da serragem de bétula com uma solução de hidróxido de sódio de baixa concentração a 90 ohC por 5 horas e uma proporção de peso de serragem para água de 1:20 levaram à degradação significativa da hemicelulose, o polímero natural que une a celulose e a lignina na madeira, sem comprometer a celulose, o material fibroso que dá resistência à madeira. Um processo de polpação subsequente melhorou a produção de lignina e celulose, gerando rendimentos globais significativamente mais elevados. Os autores observaram que este método não só melhorou o rendimento, mas também resultou em lignina com um perfil químico único. Segundo Shulka, “a diminuição do teor de grupos ácidos e metoxil na composição química da lignina sodada da serragem hidrolisada foi explicada pelo predomínio das reações de policondensação na formação de sua estrutura primária”.
Muitas vezes considerada um resíduo 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, proporcionando a mesma resistência e flexibilidade, mas proveniente de fontes renováveis. Suas aplicações variam de biocompósitos que combinam materiais vegetais com polímeros para materiais leves e fortes, até fibras de carbono e emulsificantes que ajudam a misturar materiais normalmente imiscíveis, como óleo e água. A lignina sodada obtida da serragem hidrolisada exibiu uma estrutura molecular altamente condensada, ou seja, suas moléculas estão muito compactadas, o que se reflete em um baixo teor de grupos químicos reativos, mas uma alta hidrofobicidade ou repelência à água. Essas propriedades melhoram seu desempenho como surfactante natural, tornando-o valioso para uso em emulsificantes, dispersões e estabilizantes.
Comparando amostras de lignina de serragem não tratada e tratada, a equipe encontrou diferenças significativas nos dados de espectroscopia UV 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 metoxila livres, indicando uma estrutura molecular mais densa e interligada. Acredita-se que esta mudança estrutural seja o resultado da policondensação, um processo químico no qual pequenas moléculas se combinam para formar estruturas maiores e mais complexas durante o processamento alcalino.
Dr. Shulka descobriu que em soluções aquosas, as partículas de lignina exibem um comportamento auto-organizado, o que significa que elas se organizam em padrões naturalmente estruturados. Esses arranjos incluem nanopartículas, que são partículas muito pequenas medidas em bilionésimos de metro, e estruturas coloidais, aglomerados ligeiramente maiores suspensos em líquido. A lignina sodada da serragem tratada formou partículas coloidais maiores e apresentou melhor atividade superficial na interface ar-água, indicando potencial uso industrial em formulações que requerem comportamento semelhante ao surfactante. “A alta atividade superficial na interface ar-água da lignina soda extraída da serragem hidrolisada… foi atribuída principalmente ao baixo teor de grupos ácidos em sua composição química, alterando o equilíbrio hidrofílico-hidrofóbico de sua estrutura para hidrofobicidade”, explicou o Dr.
O estudo do Dr. Shulka também apóia o conceito de complementaridade estrutural na agregação de lignina, que descreve como formas moleculares específicas e características de superfície por si só formam superestruturas ordenadas. Esta visão sobre a estrutura em nanoescala da lignina pode ter implicações para o projeto de nanomateriais de base biológica, revestimentos, embalagens ou materiais avançados projetados em nível molecular para uso em medicina. À medida que as soluções de lignina transitavam de ambientes alcalinos para ácidos, a equipe observou rearranjos de partículas, sugerindo um processo de rearranjo dinâmico que apoia este modelo.
Ao integrar essas descobertas, o grupo do Dr. Shulka fornece a base para a conversão de resíduos lignocelulósicos, que se referem a materiais vegetais compostos de lignina, celulose e hemiceluloses, como serragem, em produtos verdes de alto valor. Essa lignina sodada pode ser projetada em sistemas de distribuição de medicamentos, onde as nanopartículas transportam os medicamentos diretamente para os locais-alvo ou atuam como aditivos poliméricos para fortalecer os plásticos e melhorar o desempenho ambiental. Este trabalho contribui para a biorremediação sustentável, fornecendo um caminho para a utilização eficiente de resíduos de madeira e, ao mesmo tempo, reduzindo a poluição ambiental associada ao descarte de lignina.
Refletindo sobre as implicações mais amplas do trabalho, o Dr. Shulka enfatizou que a descoberta demonstra como pequenas mudanças químicas podem abrir novas possibilidades para materiais renováveis, e 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 descoberta 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.
Nota de diário
Shulga, G., Neiberte, B., Kudrjavceva, V., Verovkins, A., Viksna, A., Vitolina, S., Brovkina, J., & Betkers, T. “Efeito da hidrólise da serragem de bétula nas antigas propriedades químicas e atividade da L surfdust”. Polímeros, 2025. DOI: https://doi.org/10.3390/polym17111455
