ACV e nanotecnologia

O consumo dos recursos naturais não renováveis, como os combustíveis fósseis, as mudanças climáticas e a problemática ambiental vêm despertando um interesse cada vez maior no desenvolvimento de produtos e processos de produção sustentáveis. Por conta disso, a nanotecnologia está em ascensão nas indústrias, uma vez que os nanomateriais trazem consigo a promessa de proporcionarem o desenvolvimento de produtos capazes de equilibrarem a sustentabilidade e os interesses econômicos (SOM et al., 2009; HISCHIER et al., 2012; PATI et al., 2014).

Para que se possa proceder ao desenvolvimento de nanomateriaisem nível industrial, é necessário, ainda no estágio inicial do desenvolvimento, avaliar a viabilidade tecnológica, econômica e ambiental do processo produtivo. Uma ferramenta adequada é a ACV do produto, pois, através de uma abordagem quantitativa, possibilita uma análise dos impactos ambientais gerados por cada etapa de produção e do sistema de produto como um todo. A ACV considera desde a produção dos insumos para o processo produtivo, como produtos químicos e energia, até a disposição final do produto em estudo (GUINÉE et al., 2011). Além de possibilitar avaliar os impactos ambientais, a ACV torna evidente as possíveis vantagens e desvantagens do processo produtivo. Esse conhecimento permite o levantamento e implementação de alternativas viáveis para neutralização de fatores negativos ainda na fase de desenvolvimento dos nanoprodutos (HISCHIER et al., 2012). Alguns trabalhos sobre a ACV de nanomateriais, produzidos em escala laboratorial, estão disponíveis na literatura. Estudos ACV de nanomateriais produzidos em escala industrial ainda enfrentam dificuldades para que possam ser concretizado, tais como:

- O fato de não ser possível apenas dimensionar os dados obtidos em escala laboratorial para a escala industrial (PATI et al., 2014; FRISCHKNECHT et al., 2009), por exemplo, enquanto em escala de bancada os processos são realizados para a obtenção de um grama de produto final, na indústria pode-se produzir uma tonelada desse mesmo produto. Não se pode apenas modificar os valores de parâmetros como demanda energética e consumo de produtos químicos da produção de um grama de determinado produto para uma tonelada, pois na indústria obtêm-se maiores rendimentos de reação e aproveitamento energético, além de haver mudanças no processo produtivo,reciclagem de produtos químicos e reuso de água, por exemplo;

- Lacunas nos dados disponíveis (HETHERINGTON et al., 2014; HISCHIER et al., 2012; JOSHI et al., 2008; SOM et al., 2009);

- Dificuldades para a obtenção de dados de produção industrial, principalmente devido a não disponibilização pública, estratégia das empresas para manutenção do sigilo industrial (ECKELMAN et al., 2012; GAVANKAR et al., 2012; HETHERINGTON et al., 2014);

- Confiabilidade e robustez dos dados disponibilizados pelas indústrias, uma vez que não são de domínio público, não tendo, portanto uma comprovada transparência e uma verificabilidade independente, podendo trazer consigo alguma influência dos fornecedores desses dados, o que pode causar uma análise aquém da realidade dos impactos gerados (HETHERINGTON et al., 2014; JOSHI et al., 2008).

Dentre os estudos de ACV realizados em escala laboratorial, são destacados na Tabela 14 aqueles que buscaram produzir nanomateriais com diferentes fontes.

Tabela 14 - Estudos de ACV analisados de produção de nanomateriais

Referência Li et al., 2013

Nanomateriais objetos de estudos ACV

Produção de celulose microfibrilada a partir de polpa de madeira. Unidade funcional 10 g de celulose microfibrilada.

Principais processos avaliados Comparação entre os métodos TEMPO oxidação seguida de tratamento ultrassônico ou homogeneização; e esterificação cloroacética seguida de tratamento ultrassônico ou homogeneização. Também foi simulada uma adaptação para a escala industrial.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Métodos de avaliação Ecoindicator 99.

Categorias de impacto Demanda cumulativa de energia, aquecimento global e variadas categorias de impacto do Ecoindicator 99.

Processos que geraram menos impactos

O método TEMPO oxidação seguida de homogeneização apresentou as menores cargas ambientais, principalmente quanto ao consumo de energia e aquecimento global. Concluiu-se que, apesar da lacuna de dados e de pressupostos necessários para conversões para escala industrial, a ACV indica que o processo com melhor desempenho ambiental continuaria sendo aquele observado em escala laboratorial, no entanto, os valores absolutos de impacto ambienta gerado por categoria seriam modificados.

Referência ARVIDSSON et al., 2015.

Nanomateriais objetos de estudos ACV

Produção de celulose microfibrilada a partir de polpa de madeira. Unidade funcional 1 kg de celulose microfibrilada.

Principais processos avaliados Comparação entre os processos para produção nanofibrilas de celulose por rota enzimática, por carboximetilação, ambas antecedidas por pré-tratamentos, e uma rota de produção que não utiliza pré-tratamento.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Métodos de avaliação ReCiPe midpoint.

Processos que geraram menos impactos

A rota enzimática e produção sem adoção de pré-tratamento obtiveram o melhor desempenho ambiental em magnitudes similares.

Referência FIGUEIRÊDOet al., 2012.

Nanomateriais objetos de estudos ACV

O estudo analisa os impactos ambientais na produção de nanocristais a partir das fibras de algodão e das fibras de coco verde.

Unidade funcional 1 g de nanocristais de celulose.

Principais processos avaliados Comparação entre os processos para produção de nanocristais de celulose a partir das fibras de coco verde, que inclui pré-tratamento,seguido de hidrólise ácida, centrifugação e diálise; e a partir das fibras de algodão, as quais não necessitam de pré-tratamento, utilizando somente hidrólise ácida, centrifugação e diálise.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Métodos de avaliação ReCiPe midpoint.

Categorias de impacto Demanda energética, mudanças climáticas, depleção hídrica, eutrofização e toxicidade humana. Processos que geraram menos

impactos

A produção a partir das fibras de algodão obteve o melhor desempenho ambiental.

Referência PICCINOet al., 2015

Nanomateriais objetos de estudos ACV

O estudo avalia os impactos ambientais gerados pela produção de NFC (nanofibrilas de celulose) a partir de resíduos vegetais provenientes da alimentação.

Unidade funcional 1 g de nanofibrilas

Principais processos avaliados Comparação entre os processos para produção de nanofibrilas de celulose a partir de restos de vegetais provenientes da alimentação, e da produção de nanomaterias obtidos em trabalhos anteriores.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Categorias de impacto Demanda energética, mudanças climáticas, depleção hídrica, eutrofização e toxicidade humana. Processos que geraram menos

impactos

A produção a partir de restos de vegetais apresentou um melhor desempenho ambiental.

Referência PATI et al., 2014.

Nanomateriais objetos de estudos ACV

Obtenção de nanopartículas a partir de ouro. Unidade funcional 1 mg de nanopartículas de ouro.

Principais processos avaliados Comparação entre 13 métodos verdes, isto é, que usavam agentes redutores de origem natural, e três métodos convencionais, que utilizam sódio boro-hidratado, citrato e hidrazina.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Métodos de avaliação ReCiPe midpoint.

Categorias de impacto Potencial de mudança climática, potencial de depleção de metais, ecotoxicidade de água doce, uso da terra e pegada energética.

Processos que geraram menos impactos

Observou-se uma pegada energética elevada tanto para os métodos verdes quanto para os tradicionais, pois dependem da reação e do rendimento da síntese em si. Também concluiu que a ACV caracteriza-se como uma ferramenta eficaz para a análise de impactos e como diretriz para estudos posteriores.

Referência PRASAD et al., 2016.

Nanomateriais objetos de estudos ACV

Pré-tratamento utilizados na palha de milho. Unidade funcional 1 kg de açúcares fermentáveis.

Principais processos avaliados Comparação entre os pré-tratamentos mais comumente utilizados para conversão da biomassa lignocelulósica em biocombustíveis, sendo eles Cozimento em Água Quente, Polpação Organosolv, Diluição Ácida e Explosão a Vapor.

Escopo da ACV Berço ao portão.

Métodos de avaliação Utilizao software GaBi, mas não informa o modelo utilizado.

Processos que geraram menos impactos

Os processos que gerara menos impactos foram Cozimento em Água Quente e Explosão a Vapor, com maior rendimento e melhor desempenho para Cozimento em Água Quente.

Um desafio para a avalição ambiental de nanomateriais é a pouca informação disponível sobre a toxicidade dos novos nanomateriais. A toxidade desses materiais, tanto para os consumidores, quanto para os trabalhadores que manuseiam esses produtos nas indústrias, além dos efeitos no próprio meio ambiente não está bem definida. Por conta disso, as avaliações de toxicidade não são relacionadas diretamente aos efeitos dos nanomateriais em si.

Segundo SOM et al. (2009), ainda existe muitas incertezas quanto ao comportamento químico, interações biológicas e toxicológicas desses materiais. Assim, estudos ACV não possuem informações suficientes para classificar tais materiais com relação à toxicidade humana e ambiental, sendo necessário o desenvolvimento de conhecimento a respeito do assunto, o que não ocorrerá em curto prazo.