Neste conteúdo abordaremos:
A indústria de papel e celulose é uma das mais importantes da nossa economia. Porém, os processos produtivos desse setor possuem desafios que podem ser contornados por meio de inovações. Nesse conteúdo abordaremos os seguintes tópicos:
- Resumo do processo Kraft;
- Principais desafios do ramo de papel e celulose;
- Soluções e inovações para a indústria de papel e celulose.
Resumo do processo Kraft
Fabricação da celulose
O processo Kraft constitui-se por uma sequência de operações. Elas se iniciam com o descascamento e picagem da madeira o que gera cavacos, ou seja, pequenos pedaços de madeira que serão a matéria-prima do processo. A seguir, leva-se os cavacos para a etapa de cozimento em um digestor. Eles são expostos a altas temperaturas e produtos químicos, como o licor branco, que é constituído, majoritariamente, por soda cáustica e compostos com enxofre. Isso ocorre a fim de se dissolver materiais que não são de interesse do processo, como a lignina.
Ao fim desta etapa, obtém-se a celulose marrom, que ainda possui alguns resíduos de lignina. Além disso, obtém-se também o licor negro, constituído por compostos orgânicos advindos da madeira e inorgânicos, que são os resquícios do licor branco utilizado.
Transfere-se, então, a celulose marrom para a etapa de depuração, onde pequenos pedaços de madeira que não foram devidamente tratados no processo anterior serão removidos. Nesta etapa, ocorre a filtração das substâncias solúveis, ou seja, o licor negro, que serão separadas das fibras de celulose. Por fim, para se obter a polpa utilizada na fabricação de papel, ocorre o branqueamento da celulose marrom. Isso ocorre por meio da utilização de compostos com cloro que retirarão a lignina, que confere uma coloração indesejada ao produto, presente na celulose.
Recuperação de materiais
Ademais, ligadas às fábricas de papel e celulose, estão plantas industriais para tratar o licor negro proveniente do cozimento. Primeiramente, insere-se este material em evaporadores para a retirada de água. Consequentemente, ocorre aumento da concentração de compostos orgânicos que serão incinerados para a geração de energia.
Em contrapartida, os materiais inorgânicos ainda apresentam muitos dos compostos que compõem o licor branco e que podem ser reaproveitados, como o carbonato e sulfeto de sódio. No entanto, ainda é necessário que esta parte inorgânica, que chama-se licor verde, seja caustificada. Para isso, adiciona-se cal a fim de restaurar a soda cáustica e obter novamente o licor branco que será reutilizado no processo.
No Brasil, o Processo Kraft é o mais utilizado para a fabricação da celulose, contudo existem algumas desvantagens e desafios que a indústria de papel e celulose deve contornar.
Principais desafios do ramo de papel e celulose
Alto custo de instalação
A indústria de papel e celulose, apesar de muito comum, apresenta-se como altamente intensiva, no que se diz respeito a energia e ao capital. Assim, ela demanda por vezes altos investimentos tanto para instalação, quanto para posterior manutenção.
Dentro disso, é possível destacar que tais aspectos estão diretamente relacionados ao tipo de processo central que se usa na produção de papel. As fábricas que utilizam o processo Kraft, por exemplo, geralmente possuem o maior uso de combustível, o qual baseia-se primordialmente em biomassa. Enquanto isso, em fábricas de caráter mecânico, um moinho acaba por usar grandes quantidades de eletricidade. Assim, uma fábrica de papel que utiliza polpa importada e/ou papel sem tinta, caracteriza-se pelo menor consumo de energia em comparação às supracitadas.
Dessa forma, tais métodos divergem também no que se diz respeito ao uso de matéria-prima, posto que o rendimento de celulose em processos químicos é cerca de metade comparado à produção de processos mecânicos.
Dados econômicos
Transpondo essas informações para dados numéricos concretos, temos que uma fábrica de celulose química de grande porte, com produção anual de aproximadamente 1,4 milhões de toneladas, apresentaria em média um custo de investimento de 2,5 bilhões de dólares se construído do zero (investimento “greenfield”). Isso significa um custo específico de cerca de 1500-2000 USD/(tonelada/ano), sendo que as diferenças de custo assentam-se nas condições específicas do local e a matéria-prima utilizada. Desse valor, grande parte refere-se justamente aos altos gastos energéticos, os quais podem chegar a representar um terço do capital.
A partir disso, conclui-se que um investimento “do zero” necessitaria de 50% de capital próprio para sobreviver ao ciclo do mercado. Na prática, isso implica que apenas alguns dos principais produtores de papel e celulose do mundo têm recursos e interesse comercial para realizar um projeto nessa escala. Por tal motivo, a construção de novas fábricas greenfield não é muito comum. Em particular nos países ocidentais, os quais costumam, em função de aumentar a eficiência e a competitividade, investir em moinhos e plantas já existentes. Em grandes países produtores de celulose, a exemplo da Finlândia, Canadá, Suécia e EUA, inagurou-se apenas 100 novas fábricas última década. Tal acontecimento tem ganhado mais espaço em países, cujo mercado de papel e celulose é existente, porém não tão extenso. Exemplos são: Uruguai, Brasil, China e Chile.
Efluentes industriais
Em diversas etapas do processo Kraft há formação de resíduos ou efluentes sólidos, líquidos ou gasosos que podem ser danosos ao meio ambiente ou à população que vive no entorno da fábrica. Como alguns exemplos, é possível citar a presença de substâncias com mau odor e de possíveis materiais contaminantes no decorrer do processo.
Em primeiro lugar, o licor branco contitui-se por uma solução que possui em sua composição compostos com enxofre, portanto, nas etapas de cozimento da madeira e recuperação do licor negro pela evaporação, há a liberação de gases como o dióxido de enxofre e sulfeto de hidrogênio que podem contaminar e liberar um mau odor nos arredores da fábrica, causando malefícios ao entorno dessas indústrias.
Outro efluente potencialmente danoso ao meio ambiente é o gerado no branqueamento da polpa que utiliza compostos clorados, capazes de gerar muitos problemas de saúde se descartados de forma incorreta.
Corrosão e incrustação
Na indústria de papel e celulose, devido à presença de soda cáustica na composição do licor branco, há uma intensa ação de corrosão nas tubulações, demandando assim cuidados extremos para que esse problema não afete a produção. Além disso, na etapa de caustificação, gera-se o subproduto de carbonato de cálcio. Ele pode impregnar-se em tubulações e tanques e gerar incrustações que afetam diretamente vários fatores operacionais.
Soluções e inovações na área de papel e celulose
Nanocelulose
Compreende-se a nanocelulose por partículas minúsculas que chegam a ter a espessura até dez mil vezes menor do que um fio de cabelo, mas que possuem propriedades incrivelmente atrativas. Assim, considera-se ela como a unidade de biomassa mais resistente, produzida a partir de biomassa de madeira e outras fontes de baixo custo, como resíduos florestais e agrícolas, bambu e gramíneas.
Em função de sua alta performance e versatilidade, e combinação única de propriedades físicas, químicas e biológicas, como elevada resistência mecânica, leveza, alta área superficial, biodegradabilidade, biocompatibilidade; utiliza-se amplamente esse material nas mais diversas indústrias: de papel, têxtil, construção civil, alimentícia, biomédica, farmacêutica, cosméticos, automotiva, aeroespacial, eletrônica, entre outras.
Dentro desse contexto, uma das recentes invenções envolvendo essa matéria prima assenta-se na substituição do filme plástico em embalagens alimentícias pela chamada “celulose transparente”, ou seja, uma espécie de celulose regenerada – ou recristalizada criada pelo Centro de Pesquisas Técnicas (VTT), na Finlândia. Assim, essa nova forma, além de indistinguível da original por parte do consumidor, pode resistir à umidade, ao mesmo tempo que desaparece, da natureza, tão completamente quanto uma folha de papel, por ser de base biológica e biodegradável.
Aplicações
Facilita-se, com isso, um dos aspectos centrais da contemporaneidade: a reciclagem de materiais à base de petróleo. Visto que a construção de uma cadeia de reciclagem para estes, mostra-se de alto grau de complexidade e permeada por desafios.
Dessa forma a nanocelulose, como já supracitado, pode ser usada para inúmeros fins. Um destes, recentemente descoberto pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), foi o desenvolvimento de uma borracha verde eletrocondutora. Obtida em temperatura ambiente, a partir da mistura de materiais biocompatíveis, tais quais látex, grafeno e celulose, essa borracha apresentaria uma redução ou ausência do uso de reagentes orgânicos, além de não se fazer necessária a etapa de vulcanização, que por sua vez, ao ser um processo à base de enxofre e outros produtos químicos, é agressivo ao meio ambiente.
Assim, dentro do processo de criação dessa borracha, com o intuito de aumentar a resistência mecânica do grafite, foi feita a combinação com o látex e a celulose, extraída da semente da tanchagem (ou tansagem), planta de origem europeia, mas largamente encontrada no Brasil e conhecida por seu uso terapêutico. A concentração ideal determinada nas pesquisas resultou na mudança de propriedades físicas, químicas e térmicas específicas da borracha e, consequentemente, na interação com o grafite, reforçando o material. Ademais, também se deu a inovadora mistura dos compostos supracitados, a partir de reações simples, com a possibilidade do uso de água no lugar de solventes orgânicos.
Assim, esse novo material poderia substituir metais em áreas como a química e a biomedicina. Uma das aplicações seria o revestimento de sensores e eletrodos para exames e tratamentos médicos. Outra seria na produção de dispositivos vestíveis, como roupas de mergulho, luvas e equipamentos aquecidos.
Como a Propeq pode te ajudar?
Nesse conteúdo falou-se do uso do processo Kraft para obtenção da celulose. Você possui e quer otimizar esse tipo de processo na sua indústria? Ou, como citado no artigo, precisa de uma proteção à corrosão na sua planta industrial? Ou até iniciar um novo processo de fabricação de celulose por outra rota e ainda contar com uma análise de viabilidade técnica e econômica? A Propeq pode te oferecer essas soluções! Clique no botão abaixo e entre em contato conosco.
