Produzir plástico e outros materiais poliméricos que não sejam derivados do petróleo é a meta do projeto Integrando as químicas de CO₂ e etanol para preparar poliuretanos bio-baseados, realizado no âmbito do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), que é patrocinado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) em parceria com a Shell. O estudo está sendo realizado por pesquisadores do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (IQSC-USP). “O Brasil é um grande produtor de etanol. Uma de nossas ideias é aproveitar o bagaço da cana-de-açúcar, que praticamente é jogado fora e usado como combustível para aquecer caldeiras, para criar moléculas orgânicas que vão derivar um plástico sustentável”, diz Antonio Carlos Bender Burtoloso, professor do IQSC-USP e coordenador do projeto.

O foco dos pesquisadores são os poliuretanos, materiais poliméricos versáteis muito utilizados pela indústria e encontrados em espumas, colas, adesivos de alto desempenho e rodas de skate, por exemplo. “A constituição química dos poliuretanos é simples. Em geral, ela resulta da combinação de apenas dois monômeros, que é como chamamos as moléculas menores: no caso, um isocianato e um poliol. Esses monômeros são como peças de um quebra-cabeça. Nas reações de polimerização, eles se juntam e formam moléculas longas e ramificadas. Estas, por sua vez, dão forma ao plástico ou de outro material polimérico”, explica o pesquisador.

De acordo com Burtoloso, o isocianato é um composto comumente utilizado nas reações de polimerização. No caso, a preparação industrial desse composto costuma ser feita, em geral, a partir da combinação de aminas e gás fosgênio. “Apesar de ser uma opção barata e com ótima performance nessa situação, o gás fosgênio é um produto extremamente tóxico que faz mal à saúde e ao meio ambiente”, diz o especialista. No momento, a equipe do projeto investiga formas de substituir o gás fosgênio pelo dióxido de carbono (CO₂) na estrutura química do isocianato. “Além de não ser tóxica, essa alternativa contribui para reduzir a concentração de gás carbônico na atmosfera, um dos grandes vilões do efeito estufa, ao transformar o CO₂ em um produto que poderá ser utilizado pela indústria”. 

Outros grupos de pesquisa no Brasil e no mundo vêm estudando maneiras de efetuar essa substituição. “Os resultados estão se mostrando promissores, mas cada equipe tem sua própria abordagem, que se difere a partir dos reagentes utilizados e nos métodos reacionais empregados no decorrer da pesquisa”, conta Burtoloso. Ao longo do projeto, o grupo já preparou, por exemplo, um tipo específico de amina. “Essa amina que sintetizamos é produzida a partir da biomassa da cana-de-açúcar em vez de ser originária do petróleo, como é o caso das aminas utilizadas geralmente pela indústria”, prossegue Burtoloso.

A atenção dos pesquisadores do RCGI também está voltada ao poliol, outro elemento chave na estrutura química dos poliuretanos. “Praticamente todos os polióis usados industrialmente na preparação de poliuretanos são derivados do petróleo, mas pretendemos prepará-los a partir do bagaço da cana”, prevê o especialista. “A celulose presente no bagaço é um polímero de açúcares que se quebram e dão origem a várias substâncias, sobretudo o ácido levulínico, após um tratamento em meio ácido. Por sua vez, o ácido levulínico pode ser transformado em uma outra molécula, a valerolactona. A partir dela vamos fazer uma série de polióis totalmente oriundos da biomassa. Inclusive, nossa equipe já construiu alguns deles de forma bastante eficiente.”

O projeto é desdobramento de outro estudo realizado entre 2018 e 2021, no IQSC-USP, também sob comando de Burtoloso. “Na época, conseguimos produzir um plástico com poliol totalmente originário do bagaço da cana, mas o isocianato era derivado do petróleo. Agora, queremos produzir outros polióis, bem como o isocianato tudo a partir de biomassa. Sem contar a ideia de substituir o gás fosgênio pelo CO₂. É um grande desafio”.

Apesar dos bons resultados obtidos até agora, o caminho até obter a produção industrial desse tipo de plástico é longo e extrapola as fronteiras da universidade, lembra o pesquisador. “É um processo que envolve tempo e várias etapas. Para começar, o protótipo do plástico desenvolvido em laboratório precisa ser avaliado por um engenheiro ou um químico de materiais, que vai checar fatores como a durabilidade e a flexibilidade do produto”, pontua o pesquisador. Além disso, o protótipo de plástico também precisa passar por uma avaliação de custo para aferir a competitividade do produto no mercado. Outro ponto a ser checado é a viabilidade da produção em larga escala do invento.

O desafio não intimida Burtoloso, especialista em síntese orgânica com pós-doutorado pelo Scripps Research Institute, centro de pesquisa localizado na Califórnia (EUA). “Nosso trabalho na síntese orgânica é construir moléculas. Trata-se de uma área da química que demanda bastante criatividade dos profissionais”, relata. De acordo com o pesquisador, a síntese orgânica é muito utilizada pela química medicinal, por exemplo. “Mais de 80% dos medicamentos que utilizamos são sintéticos. Em geral, esses fármacos são feitos a partir de moléculas inspiradas em substâncias naturais, mas que foram modificadas de forma a potencializar seus efeitos. O especialista em síntese orgânica pode tanto melhorar algo já existente como criar algo totalmente inédito. O céu é o limite”, finaliza Burtoloso.