I
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Desenvolvimento de um material
compósito com resíduos de conchas
marinhas
.
Aplicação em vasos
biodegradáveis
.
Ana Carolina Coelho Rodrigues
Dissertação para obtenção do Grau de
Mestre em Design Industrial e de Produto.
Orientador Professor Doutor Fernando Jorge Lino Alves
Coorientador Professor Doutor Joaquim Eduardo Sousa Góis
Coorientador Professor Doutor Carlos Sousa Casimiro da Costa
I
© Ana Rodrigues, 2019
i
Atualmente, a quantidade de pessoas na terra e o crescimento da indústria estão a gerar grandes preocupações a nível ambiental. Tanto o nível de produção como o de consumo estão a fazer crescer as necessidades das pessoas de forma excessiva e ainda que de forma impercetível, está-se a danificar a nossa condição de vida e as das gerações vindouras.
A indústria alimentar origina os valores mais altos de desperdícios que, para além de serem menosprezados, têm uma rejeição inadequada.
No que concerne ao consumo de animais marinhos que possuem concha, como é o caso dos moluscos e dos artrópodes a rejeição das suas conchas não só está a prejudicar o ambiente como também se está a tornar uma ameaça para a saúde humana.
Segundo as várias organizações ambientais (FAO, WWF, Lpn, IBAMA), o mundo deve optar por uma nova linguagem que caminhe para um desenvolvimento sustentável, onde sejam incorporadas novas práticas e ou produtos ecológicos. Desta forma o design industrial pode atuar como agente integrador e persuasivo.
Este trabalho aborda esses mesmos conceitos e explora a possibilidade de reutilização e inserção da concha em materiais compósitos, neste caso biodegradáveis, constituído por partículas de concha de diferentes granulometrias ligadas por resina de Pinheiro Bravo e por um polímero biodegradável, Policaprolactona (PCL), que concedem ao material propriedades técnicas necessárias para a aplicação no campo da agricultura sustentável. Tendo em consideração estas caraterísticas foram produzidos vasos para testar a funcionalidade do produto como embalagem. Constatou-se que além de atender às necessidades deste setor este também se biodegrada, evidenciando a sua potencialidade para o design de múltiplas peças (embalagens) agrícolas.
De seguida foram também redesenhados produtos similares aos tabuleiros sementeira e foram-lhes aplicandos os conceitos de biónica, biomimética e biodesign. Os produtos foram produzidos por impressão 3D, pelo processo de FDM, apresentando-se como uma futura solução exequível em que a sustentabilidade seja um conceito integrante da sociedade.
Palavras-chave:
iii
Nowadays, a number of people on earth and the growth of industry are generating major environmental concerns. The level of production and consumption are increasing our needs excessively and although imperceptibly, our living conditions and those of future generations will be being suffend.
The food industry is the one that gives the highest values of waste that, in addition to being overlooked, have inadequate disposal.
As regards the consumption of sea shell animals such as mollusks and arthropods, the discard of their shells is not only harming the environment but is also becoming a threat to human health. According to the various environmental organizations (FAO, WWF, Lpn, IBAMA), the world must choose a new philosophy that will move towards sustainable development, where new green practices and products are incorporated. This is how industrial design can act as an integrative and persuasive agent.
This dissertation discusses these same concepts and explores the possibility of reuse and insert of the shell in composite materials, in this case biodegradable, consisting of shell particles of different particle size bonded by pine tree resin and a biodegradable polymer, Polycaprolactone (PCL), which give the material properties required for application in the field of sustainable agriculture. Taking into account these characteristics, pots were produced to test the functionality of the product as packaging and it was found that besides serving this sector the pot also biodegrades, showing its potential for the design of multiple agricultural pieces (packaging). Then similar products to the sowing trays were also redesigned, applying the concepts of bionics, biomimetics, and biodesign. The products were produced by 3D printing, through the FDM process, presenting as a feasible future solution for a future in which sustainability is an integral concept of society.
Keywords:
v
Em primeiro lugar gostaria de manifestar o meu mais sincero agradecimento ao professor Jorge Lino pela sua orientação, disponibilidade e exigência, bem como pelo interesse e incentivo prestados ao longo desta caminhada.
Ao professor Joaquim Góis pelo grande interesse demonstrado como coorientador deste trabalho e pela predisposição e ensinamentos.
Ao professor Carlos Casimiro pela orientação, disponibilidade, pelo encorajamento e por todo o auxílio prestado na a realização deste trabalho.
Gostaria ainda de apresentar os meus sentidos agradecimentos aos engenheiros mecânicos Eduardo Marques, Ricardo Carbas, Leonardo Santana, André Alves e a todos os técnicos da FBAUP e da FEUP por toda a disponibilidade, pelos conselhos e por toda a ajuda dispensada. Ao meu grande amigo Manuel, por todas as vezes que me deu uma palavra de ânimo, carinho e apoio. À Bárbara, colega e grande amiga, por toda a força, apoio e carinho. À Betânia porque, mesmo longe, foi incansável para comigo e à Betty por todos os conselhos, pela preciosa amizade e todo o carinho.
Por último com especial e grande carinho quero agradecer à minha maravilhosa família que mesmo longe, nunca deixaram de me dar uma palavra de ânimo, afeto e coragem.
Presto os meus mais sinceros agradecimentos a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para a concretização deste trabalho.
vii
Resumo i Abstract iii Agradecimentos v Índice vii Índice de Figuras xÍndice de Tabelas xxi
Lista de Acrónimos xxiii
Lista de Símbolos xxv 1. Introdução 3 1.1. Enquadramento: Problematização 3 1.2. Motivação 5 1.3. Objetivos e metas 6 1.4. Metodologia 7 1.5. Estrutura do documento 9 2. Conchas marinhas 15
2.1. Propriedades das conchas 17
2.1.1. Propriedades mecânicas do nácar 20
2.1.2. Quitina e Quitosana 22
2.2. Desperdício de conchas como oportunidade 23
2.2.1. Setor alimentar – problemática 23
2.2.2. Problema dos plásticos na agricultura. Embalagens 26 2.2.3. Valorização da atividade agrícola 27 2.2.3.1. Vantagens da concha na agricultura 29 2.3.1. Biomímetica, Biónica e Biodesign 29 2.3.2. Ecologia, sustentabilidade e desperdícios 31 2.3.3. Material compósito com conchas marinhas 33 2.3.3.1. Degradação e Biodegradabilidade 33 2.3.3.2. Resina de Pinheiro Bravo, PLA, PCL 36 2.4. Desenvolvimento de produtos baseados em conchas 39
xii
2.4.1.1. Embalagem biodegradável feita a partir de fungos 41 2.4.1.2. Embalagem biodegradável para cápsulas de café 43 2.4.1.3. Embalagem biodegradável feita a partir de um bioplástico 44 2.4.1.4. Embalagem biodegradável feita a partir de fibras de Conteira 45 2.4.1.5. Embalagem biodegradável feita a partir de resíduos de vinha 46 2.4.1.6. Embalagem biodegradável feita a partir de abóboras 47 2.4.1.7. Plásticos biodegradáveis para uso na agricultura 49
3. Caso de estudo 53 3.1. Introdução 53 3.2. Materiais e métodos 54 3.3. Ensaios de flexão 69 3.4. Discussão de resultados 72 3.5. Processo de fabrico 73 4. Proposta de aplicação 81 4.1. Conceito 81
4.2. Proposta: inserção no espaço 85
4.3. Análise e reflexão 92
4.4. Modelação 3D 93
4.5. Protótipos 94
5. Considerações finais 99
5.1. Conclusões 99
5.2. Limitações e sugestões futuras
100
Referências bibliográficas 103
Anexos 117
Anexo A.1 – Desenhos Técnicos 119
Anexo A.2 – Desenhos Técnicos 120
Anexo A.3 – Desenhos Técnicos 121
Anexo B – Ficha técnica de PLA 122
xi
Figura 1.1 – Estrutura metodológica do trabalho a realizar. 8
Figura 2.1 – Infografia de conchas de moluscos bivalves (Darwin, 1846). 15
Figura 2.2 – Infografia de conchas de moluscos gastrópodes (Darwin, 1846). 16
Figura 2.3 – Infografia de artrópodes, espécie caranguejos (Da Vinci, 2003). 16
Figura 2.4 – Camadas da concha (adaptado de Ishikawa, 2012). 18
Figura 2.5 – Concha (a) (adaptado de Sandra, 2012) e microescala das partículas do
nácar (b) (adaptado de Heinemann et al., 2011). 18
Figura 2.6 – Organização das partículas na horizontal (a) e forma geométrica – hexagonal –
das partículas (b) (adaptado de Heinemann et al., 2011). 19
Figura 2.7 – Concha bivalve: (a) prismas com diferentes níveis, (b) vista superior dos prismas,
(c) * etapas de crescimento periódicas - estrias de crescimento e (d) captura molecular da matriz
do perióstraco (adaptado de De Paula e Silveira, 2009). 19
Figura 2.8 – Camada da concha gastrópode: (a) prismas delgados, alongados e irregulares de
diferentes níveis, (b) superfície de camadas sobrepostas, (c) camada fraturada e
(d) sobreposição de lamelas (adaptado de De Paula e Silveira, 2009). 19
Figura 2.9 – Conchas de Artrópodes, espécie Santola e Sapateira: (a) camada Nácar, espécie
Santola, (b) camada perióstraco, espécie Santola, (c) camada Nácar, espécie Sapateira e (d)
camada perióstraco, espécie Sapateira. 20
Figura 2.10 – Figura 2.10 – Gráfico do Módulo de Young em função da Resistência específica
(adaptado de Heinemann et al., 2011). 21
Figura 2.11 – Gráfico do Módulo de Young e Tenacidade (adaptado de Heinemann et al.,
2011).21
Figura 2.12 – Tendências nas capturas dos moluscos e crustáceos (traduzido e adaptado de
FAO, 2018). 24
Figura 2.13 – Identificação de países europeus produtores de moluscos marinhos (traduzido e
adaptado de FAO ,2018). 24
Figura 2.14 – Vietname maior produtor de crustáceos (traduzido e adaptado de FAO, 2018).
25
Figura 2.15 – Esquema do desenvolvimento sustentável (adaptado de Almeida, Scacchetti e
Matté, 2016). 32
xix
Figura 2.17 – Distribuição de biopolímeros de fontes renováveis e não renováveis (Brito et al.,
2011). 37
Figura 2.18 – Quitosana e compressibilidade da quitosana. 40
Figura 2.19 – Embalagem Mycobond (Greensavers, 2019). 41
Figura 2.20 – Aspeto da embalagem Mycobond depois de esterilizada (Greensavers, 2019).42
Figura 2.21 – Utilização da embalagem Mycobond como adubo orgânico (Móveis de valor,
2019).42
Figura 2.22 – Embalagem feita com um bioplástico (Camargo, 2019). 43
Figura 2.23 – Rótulo posterior das embalagens de café Orfeu® (Camargo, 2019). 44
Figura 2.24 – Bioplástico elaborado por Margarita Talep. Palhinhas de várias cores (a) e
embalagem para donuts (b) (dezeen, 2019). 44
Figura 2.25 – Bioplástico elaborado por Margarita Talep (dezeen, 2019). 45
Figura 2.26 – Produtos produzidos com fibra de Conteira (Correio dos Açores, 2019). 46
Figura 2.27 – Material biodegradável conseguido a partir de resíduos de vinha (Spawnfoam,
2018). 46
Figura 2.28 – Placas feitas a partir de resíduos da vinha (Spawnfoam, 2018). 47
Figura 2.29 – Crescimento da abóbora, produto 1 (Morris, 2018). 48
Figura 2.30 – Etapa de secagem da abóbora, produto 2 (Morris, 2018). 48
Figura 2.31 – Acabamento dado aos produtos 1 e 2 (Morris, 2018). 48
Figura 2.32 – Produtos empilháveis (Morris, 2018). 49
Figura 2.33 – Filme plástico biodegradável (AGROTEC, 2017). 50
Figura 3.1 – (a) concha de ameijoa, (b) concha de ostra, (c) concha de caranguejo Sapateira e
(d) concha de caranguejo Santola. 54
Figura 3.2. – Organigrama geral com a sequência do trabalho experimental. 54
Figura 3.3 – Organigrama com a sequência de trabalho experimental. 55
Figura 3.4 – Processo de higienização da concha, etapa de lavagem 1) e secagem 2): (a) recolha
das conchas, (b) lavagem das conchas, (c) preparação para uma segunda lavagem, (d) fervura
xx
Binder, (b) martelo, (c) moinho de martelos, (d) peneiras de diferentes granulometrias do Crivo,
(e) Sistema de crivagem e (f) separação das granulometrias. 56
Figura 3.6 – Processo de transformação da concha, etapa de calcinação 3), moagem 4) e
separação 5): (a) escolha aleatória das conchas, (b) pesagem de cada concha, (c) apontamento dos resultados, (d) separação da matéria por espécie, (e) calcinação das conchas, (f) resultado obtido após a calcinação das amostras de conchas, (g) conchas resultantes da mudança de temperatura, (h) transporte das conchas para o laboratório de preparação de minerais,
(i) redução das dimensões da concha com martelo, (j) redução das proporções da concha, (k) perceção do funcionamento do moinho de martelos, (l) e (m) execução do processo, (n) matéria resultante, (o) separação das partículas pelo sistema de crivagem, (p) separação das
granulometrias, (q) granulometria mais grosseira, (r) granulometria mais fina, (s) separação das partículas por espécie e tamanho e (t) separação das partículas por espécie e tamanho. 57
Figura 3.7 – Fabrico de molde com borracha de silicone: (a) homogeneização da mistura e
vazamento dos componentes, (b) repouso da mistura por 24h e (c) molde finalizado. 60
Figura 3.8 – Etapas do processo de fabrico das amostras: (a) pesagem dos resíduos da concha,
(b) pesagem de resina de Pinheiro Bravo, (c) pesagem do agente ligante PCL ou PLA, (d) mistura
na panela, (e) vazamento no molde de silicone e (f) amostra obtida após cura. 61
Figura 3.9 – Equipamento utlizado para o processo de prensagem uniaxial a frio e para o
processo de sinterização: (a) disposição das ferramentas utilizadas durante o processo,
(b) preparação para a prensagem, (c) prensa manual, (d) compactação do material, (e)
resultados do processo de prensagem e (f) forno elétrico 65
Figura 3.10 – Resultados das amostras após processo de sinterização. 67
Figura 3.11 – Amostra com melhor resultado. 68
Figura 3.12 – Fabrico dos provetes: (a) pesagem da concha, (b) pesagem de resina de Pinheiro
Bravo, (c) pesagem do PCL, (d) mistura dos componentes, (e) vazamento no molde, (f) limpeza das sobras, (g) desmolde do provete, (h) provete obtido após cura e (i) provetes. 69
Figura 3.13 – Ensaios de flexão em 3 pontos: (a) máquina de flexão, (b) teste de flexão ao
provete de PCL, resina de Pinheiro Bravo e ameijoa fino, (c) provete resultante, (d) teste de flexão ao provete de PCL, resina de Pinheiro Bravo e caranguejo grosso, (e) provete resultante,
(f) teste de flexão ao provete de PCL e resina, (g) provete resultante, (h) teste de flexão ao
provete de PCL e (i) provete resultante. 71
Figura 3.14 – Ilustração da proposta de processo de fabrico para os vasos biodegradáveis:
(a) mistura dos componentes biodegradáveis, (b) aplicação do desmoldante no molde,
xxi
Figura 3.15 – Processo para determinar o volume das amostras: (a) materiais utilizados: balança
Kern, água destilada, proveta e amostras, (b) pesagem das amostras, (c) enchimento da proveta até um determinado valor (30 mL) e (d) verificação do valor da amostra. 74
Figura 3.16 – Molde utilizado para o fabrico dos protótipos. 75
Figura 3.17 – Processo de obtenção do protótipo: (a) pesagem dos resíduos, (b) pesagem de
resina de Pinheiro Bravo, (c) pesagem do PCL, (d) aplicação do desmoldante, (e) mistura dos componentes, (f) vazamento no molde de silicone, (g) fecho do molde, (h) amostra obtida após
cura e (i) amostra final. 75
Figura 4.1 – Estudo 1 das formas geométricas presentes nas flores. 82
Figura 4.2 – Estudo 2 das formas geométricas presentes nas flores. 82
Figura 4.3 – Estudo 3 das formas geométricas presentes nas flores. 83
Figura 4.4 – Forma hexagonal criada pelas abelhas na colmeia (Louque e Viscient 2019) 83
Figura 4.5 – Estudo 1 junção das formas geométricas. 83
Figura 4.6 – Estudo 2 junção das formas geométricas. 84
Figura 4.7 – Protótipos produzidos. 86
Figura 4.8 – Plantação do feijão verde de trepar no protótipo: (1) medição da primeira camada
de terra – 10mm, (2) inserção do protótipo e das sementes na terra, (3) medição da última camada de terra, (4) crescimento da planta 5 dias depois da plantação, (5) crescimento da planta 15 dias depois da plantação, (6) desenvolvimento das raízes da planta, (7) processo de degradação do protótipo e (8) crescimento da planta 22 semanas depois da plantação. 87
Figura 4.9 – Plantação do feijão verde de trepar sem protótipo: (1) inserção das sementes na
terra, (2) crescimento da planta 5 dias depois da plantação, (3) crescimento da planta 15 dias depois da plantação e (4) crescimento da planta 22 semanas depois da plantação. 89
Figura 4.10 – Plantação do protótipo sem sementes: (1) colocação da primeira camada de terra
– 10mm, (2) colocação do protótipo no centro do vaso exterior, (3) preenchimento do protótipo e do vaso exterior, (4) última camada de terra de 10mm, (5) rega do produto, (6) retirar da terra para pesagem do protótipo, (7) pesagem do protótipo, (8) aspeto degradado do protótipo,
xxii
4.12 – Renderização da Proposta 2. 93
4.13 – Renderização da Proposta 3. 93
4.14 – Proposta 1: inserção no espaço. 94
4.15 – Proposta 1: inserção no espaço (pormenor). 94
4.16 – Proposta 2: inserção no espaço. 95
4.17 – Proposta 2: inserção no espaço (pormenor). 95
4.18 – Proposta 3: inserção no espaço. 96
xxi
Tabela 1 – 7 Lotes calcinados. 57
Tabela 2 – Amostras e respetivas granulometrias utilizadas. 59
Tabela 3 – Primeira série de amostras e o respetivo resultado. 62
Tabela 4 – Conjunto de amostras feitas pelo processo de prensagem uniaxial a frio. 66
Tabela 5 – Valores médios dos parâmetros: tensão, deformação e Módulo de Young. 72
xxiii
CaCO3 – Carbonato de cálcio
CE – Comissão Europeia
DEM – Departamento de Engenharia de Minas
DEMM – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
FAO – Organização para a Alimentação e Agricultura
FBAUP – Faculdade de Belas Artes da Universidade do Porto
FDM – Fused Deposition Modeling
FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
LDPS – Laboratório de Desenvolvimento de Produto e Serviços
min – minutos
MIT – Massachusetts Institute of Technology PCL – Policaprolactona
PLA – Ácido Poliláctico UE – União Europeia
xxv
g – Gramas GPa – Gigapascal
g/cm3 – Grama por centímetro cúbico
h – Hora kg – Kilograma mL – Mililitro mm – Milímetros MPa – Megapascal % – Percentagem
xxvii
“Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se
transforma”
3
1.
Introdução
A seguinte dissertação tem como objetivo a investigação e o reaproveitamento dos resíduos sólidos. Neste caso foi utilizada a concha marinha como elemento alusivo a materiais alternativos ambientalmente equilibrados que junto com a adição de outros agentes ligantes originaram um material biodegradável. Fazendo uso deste material alternativo valorizaram-se as caraterísticas da biodegradabilidade, ação fertilizante por meio das propriedades das conchas, mostrando-se uma proposta inovadora para a materialização de artefactos, produtos agrícolas.
O objetivo desta pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de um maior número de propostas ecológicas que possam competir com as atualmente existem.
1.1. Enquadramento: Problematização
O Planeta Terra tem a capacidade de produzir recursos naturais para a sobrevivência do ser humano. Com a evolução e o surgimento de novas tecnologias o homem adquiriu um estilo de vida que foi requerendo um maior uso dos recursos (Moreira, 2018).
A indústria alimentar destaca-se como o negócio de bens de primeira necessidade. Subsequentemente, a pesca impõe-se como a atividade humana produtora de alimentos com mais rápido crescimento (FAO, 2018).
Os animais marinhos têm sido reconhecidos como a fonte proteica mais saudável de alimentos de origem animal. Os moluscos e crustáceos são o alimento mais procurado, pois são de fácil produção devido a sua agilidade reprodutora e de fácil ingestão (Oliveira, 2012).
Segundo a FAO (FAO, 2018), em 2016, o consumo de moluscos e crustáceos rondou, a nível mundial, os 25 milhões de toneladas. Esta produção tem vindo a aumentar desde 1950 quando se registaram um milhão de toneladas, atingindo os 16,1 milhões de toneladas em 2015, este valor ainda deverá aumentar com a produção oculta (que não é declarada). A Europa evidencia-se como o maior mercado de moluscos bivalves, pelo que evidencia-se supõe que o número de aquisição seja equivalente ao número de desperdícios sólidos pós-consumo.
Após consumo as conchas são vistas como restos sólidos inúteis. Normalmente, têm o mesmo destino que o lixo comum, pois ou são levadas a aterros onde provocam enfermidades e mau cheiro, ou são devolvidas ao mar sem nenhuma higienização, o que prejudica o ambiente e a saúde dos outros animais marinhos. A má gestão e planeamento do seu destino resulta num agravamento do impacto ambiental do planeta (Lima e Lopes 2016).
4
Para 2050 (União Europeia, 2019) prevê-se que a população aumente para 9 mil milhões de pessoas. A aquacultura apresenta-se como meio capaz de responder com maior rapidez a esta demanda através da produção controlada dos animais aquáticos (peixe e marisco). Esta previsão indica que os desperdícios sólidos continuarão a existir em quantidades cada vez maiores. As conchas são uma matéria natural que possui muitos atributos úteis para o homem. Tendo em conta isto é importante estudar a utilização e o reaproveitamento destes resíduos.
Assim sendo, este tema advém como um novo paradigma, uma nova linguagem com novos conceitos e valores que exigem uma definição real das prioridades, reorientando as limitações impostas a nível das tecnologias dos materiais, transformando os métodos convencionais mais simples.
É também importante lembrar a produção excessiva de embalagens plásticas no setor agrícola. Normalmente, as embalagens são descartadas após uma única utilização. Segundo um estudo da Agência Portuguesa do Ambiente1, 80% do lixo doméstico é composto por embalagens nem sempre recicladas, o que ajuda na superlotação de aterros.
Com a apresentação desta problemática, o design industrial anexa-se como disciplina que pode atender às preocupações mais profundas desde a conceção do produto, às várias fases do seu ciclo de vida reduzindo-as a uma “economia mais leve”. Entende-se, assim, a pertinência da abordagem desta temática dentro do Design Industrial e como este se enriquece, desenvolvendo competências interdisciplinares com temas relacionados com a biologia, a engenharia mecânica e com a posterior intervenção no design de produtos de valor acrescentado.
1 Agência Portuguesa do Ambiente (APA). 2019. Ideias para o seu dia a dia: Prevenir os Resíduos e Reduzir o
5
1.2. Motivação
O assunto que será abordado ao longo desta investigação teve como ponto de partida o Projeto We Won't Waste You. Este projeto foi apresentado no primeiro ano do mestrado na vertente de Design Industrial, na Faculdade de Engenharia e propunha reduzir o impacto ambiental produzido na cidade de Matosinhos, Porto, dando uma nova vida aos resíduos sólidos rejeitados pela indústria.
Portugal distingue-se por ser rodeado pelo mar, o que o torna convidativo no setor do turismo. Matosinhos, especificamente, carateriza-se por uma atividade gastronómica com destaque para os pratos tradicionais portugueses, maioritariamente à base de produtos marinhos como o marisco. Resultante deste consumo sobram as conchas.
Segundo o relatório Estratégia Turismo 20272, o turismo atingiu, em 2016, números recorde em Portugal. Consequentemente, o consumo alcançou, igualmente, elevados valores que originaram uma intensificação de desperdícios.
O século XXI distingue-se pela necessidade de cativar o consumidor através do design de produto para maior consumo. Por isso, com a quantidade de embalagens dos mais variados materiais, formas e cores consumidas, torna-se impossível reduzir a produção de lixo.
Ciente destas realidades, soma-se o interesse pessoal em aplicar os conceitos associados ao design industrial, conhecer e estudar as propriedades da concha, assim como conceber um produto alternativo que beneficie das caraterísticas do material base desenvolvido através das técnicas do design.
6
1.3. Objetivos e metas
Em contexto real, identifica-se a necessidade de reaproveitar os desperdícios sólidos provocados tanto pela indústria alimentar como pelos comércios locais, para evitar que terminem em aterros sanitários ou sejam devolvidos ao mar.
Assim sendo, assumindo os novos valores da sociedade, a importância das tecnologias, os relevantes desafios ambientais que enfrenta a sociedade do século XXI e a subsequente procura da indústria por materiais alternativos tenciona-se conceber um material compósito alternativo com aglutinantes biodegradáveis que participem na poupança dos recursos finitos da “Mãe Terra”. Isto é, ao criar um material biodegradável pretende-se que o mesmo responda a questões como a ecologia e a biodegradabilidade colaborando para o benefício da natureza. Após o desenvolvimento do material, pretende-se testar a funcionalidade do mesmo.
De seguida pretendem-se abordar processos e métodos de produção adequados para a criação de produtos exemplares de aplicação para a área da agricultura.
7
1.4. Metodologia
O presente trabalho fundamentou-se na metodologia de design o “Metaprojeto”, de Gui Bonsiepe (Bonsiepe, Kellner e Poessnecker, 1984), que serviu como guia para a organização e desenvolvimento do projeto.
Para começar, é sugerida uma análise extensa sobre a concha onde se reúnem uma série de tópicos relacionados e ao mesmo tempo alheios entre si, que propõe em simultâneo, uma análise individual que ajude a delinear e construir o percurso estratégico a seguir para a materialização do produto. Bonsiepe particulariza esta etapa como a mais importante no processo de design, pois contribui para o sucesso do projeto.
Ao começar a redigir o documento fez-se uma contextualização bibliográfica sobre as conchas, em primeiro lugar como parte de um ser vivo (as suas propriedades e componentes), em segundo lugar como resíduo sólido da alimentação e, por fim, sobre o impacto da sua rejeição. A este tema associaram-se os subtemas da aquacultura, agricultura, a valorização da atividade agrícola e as vantagens da aplicação da concha na referida área. Igualmente se anexaram os temas da ecologia, sustentabilidade, biodesign, biomimética, biónica, materiais compósitos e biodegradabilidade.
Após a exploração e definição dos pontos-chave do enquadramento teórico, sintetizaram-se as informações e passou-se ao estudo do mercado sobre as possíveis soluções relativamente ao reaproveitamento do desperdício.
Toda esta recolha de informação foi conseguida através de artigos científicos, dissertações de mestrado e doutoramento, conferências, páginas de Internet, páginas científicas, livros e profissionais da área.
Com este panorama geral sobre a concha marinha, prosseguiu-se com a execução do trabalho experimental em contexto real, reaproveitando os desperdícios da concha de um estabelecimento comercial da cidade do Porto.
Tendo em consideração as precauções necessárias para manter a concha num estado sólido útil, uma parte do tratamento de higienização foi feita em ambiente doméstico e outra parte foi feita com a ajuda do DEM (Departamento de Engenharia de Minas) da FEUP. Com a redução da concha a diferentes granulometrias e com a identificação do processo a seguir, fizeram-se diferentes amostras e provetes, aplicaram-se ensaios de flexão, no LDPS (Laboratório de Desenvolvimento de Produto e Serviços) do DEMM (Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais).
Após a definição do material, produziram-se amostras para comprovar a utilidade do mesmo e os efeitos vantajosos do produto em campo.
Para uma melhor compreensão da estruturação do trabalho em estudo, reuniram-se os pontos principais do tema em questão e construiu-se o diagrama linear da Figura1.1.
8
9
1.5. Estrutura do documento
O documento divide-se em 5 capítulos cada um deles subdivide-se em diferentes subcapítulos.
O capítulo 1 dispõe de informações introdutórias generalizadas sobre o tema e sobre conceitos
básicos que serão abordados ao longo do trabalho. Abordam-se também os objetivos a alcançar. assim como a metodologia utilizada na estrutura e planificação da dissertação.
O capítulo 2 apresenta um breve enquadramento sobre as caraterísticas mais importantes do
resíduo e o respetivo reaproveitamento em diversos produtos para diferentes áreas. Nesta análise também é estudado o resíduo como oportunidade no setor da agricultura e os atuais produtos agrícolas.
No capítulo 3 expõe-se todo o trabalho experimental tendo por base artigos sobre o tratamento
da concha, a urgência de inserção do tema sustentabilidade dos objetos que nos rodeiam e materiais compósitos biodegradáveis que atendam às necessidades atuais de materiais alternativos. É também apresentada uma conclusão sobre o comportamento elástico do material quando junto com outros ligantes a fim de descobrir as qualidades distintivas em comparação com os materiais já existentes. De igual forma é dada uma especial atenção às propriedades físicas alcançadas e a função do objeto.
Por fim, no final do capítulo é apresentado o processo de fabrico que será utilizado durante a fabricação dos protótipos.
O capítulo 4 trata da parte do projeto. Começa com a descrição fotográfica dos protótipos do
produto que serão usados para validar o objeto. De seguida, é explicado o conceito semântico dado ao produto, como também são mostrados os objetos pensados e projetados para a produção em massa e a sua respetiva renderização e introdução dos objetos no espaço. Por último, no capítulo 5 apresentam-se as devidas conclusões do trabalho juntamente com as dificuldades e limitações obtidas no decorrer do seu desenvolvimento e algumas sugestões para trabalhos futuros.
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Acumulação de conchas. Folha PE / Notícias.
Souza, Arthur. 2018.
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2. Conchas marinhas
A concha é um compósito biogénico (De Paula e Silveira, 2009), ou seja, é um composto produzido por organismo vivos aquáticos, nomeadamente, os moluscos e os crustáceos (Kükenthal et al., 1986). Nos moluscos a concha tanto pode ser um constituinte interno como externo, que nasce, se desenvolve e cresce com eles. Nos crustáceos, a concha é totalmente externa apresentando-se como um exoesqueleto, isto é, como uma carapaça dura na parte dorsal e elástica na região do abdómen. Também cresce com eles, mas de forma diferente. Em ambas as categorias destaca-se pela função que desempenha, pois assume-se como barreira protetora frente aos predadores e às condições ambientais prejudiciais, como a acidez da água (Kükenthal et al., 1986).
Os moluscos integram um grande filo animal de invertebrados. O termo molusco provém do latim “mollis” que significa “mole” e faz referência à caraterística mais relevante do animal: a presença de um corpo mole, porém bem desenvolvido e delimitado. No seu corpo são reconhecidas quatro partes: cabeça, pé, saco visceral e manto. Este último reconhece-se como a pele do animal e é portador de glândulas epidérmicas responsáveis pela criação da concha (Kükenthal et al., 1986).
A classe de origem Bivalve (Figura 2.1) é formada por duas peças que são unidas por um ligamento e assumem uma forma ovalada convexa simétrica. A categoria de origem Gastrópode (Figura 2.2) não comparte a simetria bilateral, pois a sua concha estrutura-se numa única peça que adquire a forma de um capuz em espiral assimétrico (Kükenthal et al., 1986). Estas classes são de interesse para esta dissertação.
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Figura 2.2 – Infografia de conchas de moluscos gastrópodes (Darwin, 1846).
Os Artrópodes pertencem a outra classe de filo de invertebrados. Esta categoria é caraterizada pela presença de patas articuladas, atributo que os favorece e distingue, pois permite-lhes uma locomoção eficiente. Esta espécie divide-se em várias classes: crustacea, insecta e arachnida. Os crustáceos ainda se subdividem em várias ordens, porém o interesse recai no género decápodes. Deste gênero são de interesse os caranguejos (Figura 2.3) (Kükenthal et al., 1986).
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Dentro do género dos caranguejos destacam-se os caranguejos eremitas, pelo seu grande exemplo ecológico, visto não serem possuidores de concha desde o seu nascimento. Por tal razão, têm um instinto natural para reaproveitar conchas abandonadas de moluscos mortos para a sua proteção. Os outros grupos, à medida que crescem, têm também uma necessidade de trocar de casa. Contudo, ao contrário dos mencionados anteriormente, optam por um processo de reutilização reunindo-se em determinados locais à beira mar para trocar as suas “casas” entre si (BBC Earth, 2015).
A concha corresponde entre 75% a 85% do peso vivo do animal (Mármol et al., 2011). Ela é capaz de assumir várias formas e cores (Ecured, 2013), sendo o ecossistema envolvente o principal fator que influencia tantas variações, uma vez que a concha funciona como a pele: absorve e regista qualquer alteração aquática (Kükenthal et al., 1986).
A nível material, a concha equipara-se às rochas sedimentares.
A formação da concha dá-se a partir de rochas preexistentes em contacto com agentes atmosféricos (Pinto et al., 2006), compondo-se de muitos minerais (Korte et al., 2017).
Há muito que o ser humano explora o comportamento das rochas, favorecendo-se das caraterísticas de dureza e duração que o impressionaram desde sempre. O mesmo acontece com a concha.
Devido aos tempos de formação e alteração serem superiores à escala temporal humana (Pinto et al., 2006), as investigações feitas pelo homem conseguem estimar não só o tempo de decomposição, como também os agentes influentes no processo. Tanto pode ser a água como a descontinuidade das próprias partículas ou efeitos químicos (Li et al., 2018).
Embora as conchas ainda não sejam dos resíduos mais perigosos, a sua distribuição de forma inadequada e em grandes quantidades provoca severos impactos ambientais (Silva et al., 2010), dado que perduram por milhões de anos (Pinto et al., 2006).
2.1. Propriedades das conchas
Na composição da concha destaca-se o carbonato de cálcio (CaCO3) na ordem dos 95 % (Yarra et al., 2016), podendo encontrar-se. em estado de aragonite ou de calcite. Segundo o conceituado Carter (De Paula e Silveira, 2009), ambos os minerais são de estrutura homogénea pelo que se deduz que sejam a evolução um do outro. Estes minerais costumam estar juntos, isto é, quando a aragonite existe, faz parte da camada interna e a calcite da camada externa (Computer português). Os restantes 5% da composição da concha correspondem à parte orgânica responsável pela formação da mesma (Kaplan, 1998).
O carbonato de cálcio é um sal inorgânico branco, com caraterísticas alcalinas, isto é, com caraterísticas básicas que aumentam o pH da água libertando-a de impurezas (Luo et al., 2013). O composto é abundante na natureza em diferentes formas e níveis de pureza (Porto Editora: “calcário”, 2019).
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Watabe define e detalha, através de uma rigorosa análise, um modelo generalista da microestrutura da concha dos moluscos (De Paula e Silveira, 2009), explicitando que, independentemente do aspeto externo, a estrutura morfológica é sempre a mesma (EcuRed, 2013).
A título de exemplo, examinaram-se as microestruturas das conchas de origem Bivalve e Gastrópode nos dois estados possíveis. Concluiu-se que ambas as estruturas se dividem em três camadas que surgem com o crescimento natural do animal: à medida que aumenta de tamanho, novo material é acrescentado (De Paula e Silveira, 2009).
A camada externa - perióstraco - (Figura 2.4), é insolúvel na água compondo-se por duas a quatro camadas sobrepostas de CaCO3 (De Paula e Silveira, 2009).
A camada intermediária – ostracum - (Figura 2.4), é composta por cristais em forma de prismas. A camada interna, denominada por madrepérola ou nácar, recebe o nome científico de hypostracum (Figura 2.4). É um composto rico em calcário que reveste o interior da concha. Em alguns seres esta camada interna não é de “madrepérola”, mas do tipo “porcelana” (Kükenthal et al.,1986).
Figura 2.4 – Camadas da concha (adaptado de Ishikawa, 2012).
Ainda acerca da componente ótica, o mesmo apresenta propriedades bastante singulares, dado que é um material que responde à luz, sendo iridiscente. Em 1917, Pfund realizou um estudo para descobrir a razão desta propriedade da camada (Figura 2.5 (a), onde conseguiu descobrir que o padrão colorido se devia à organização e à escala regular das partículas (Heinemann et al., 2011) (Figura 2.5 (b).
(a) (b)
Figura2.5–Concha(a)(adaptadodeSandra,2012)emicroescaladaspartículasdonácar(b)(adaptadodeHeinemannetal.,
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Morfologicamente, o nácar é composto por um agrupamento de partículas naturais “cerâmicas “ unidas por uma fina camada de “biopolímero” denominado quitina(Kükenthal et al., 1986). Estas partículas são matrizes orgânicas mineralizadas que se auto-organizam de forma controlada criando um modelo promissor estrutural mais resistente quando comparada com as cerâmicas processadas. Devido à sua organização, a sua estrutura, com uma superfície lisa, torna-se impermeável, assemelhando-se a um tijolo orgânico. Como podemos reconhecer na Figura 2.6 (a) estas partículas assumem formas poligonais hexagonais que se organizam na horizontal Figura 2.6 (b) (Heinemann et al., 2011).
(a) (b)
Figura 2.6 – Organização das partículas na horizontal (a) e forma geométrica – hexagonal - das partículas (b) (adaptado de Heinemann et al., 2011).
Há muito tempo que tais modelos estruturais são alvo de pesquisa e inspiração pois, no mundo microscópico, quanto mais ordenada é uma estrutura, mais forte ela costuma ser.
Compararam-se de forma microscópica a concha Bivalve (Figura 2.7) e a concha Gastrópode (Figura
2.8). Ambas diferenciam-se pela sua organização estrutural, sendo que a concha Bivalve
apresenta-se, exteriormente, mais lisa Figura 2.7 (b) e a Gastrópode mais rugosa Figura 2.8 (b) e (d) (De Paula e Silveira, 2009).
(a) (b) (c) (d)
Figura 2.7 – Concha bivalve: (a) prismas com diferentes níveis, (b) vista superior dos prismas, (c) * etapas de crescimento periódicas - estrias de crescimento e (d) captura molecular da matriz do perióstraco (adaptado de De Paula e Silveira, 2009).
(a) (b) (c) (d)
Figura 2.8 – Camada da concha gastrópode: (a) prismas delgados, alongados e irregulares de diferentes níveis, (b) superfície de camadas sobrepostas, (c) camada fraturada e (d) sobreposição de lamelas (adaptado de De Paula e Silveira, 2009).
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Relativamente aos crustáceos, a sua concha diferencia-se da dos moluscos, principalmente, pela composição, pois apresenta maior percentagem de quitina (Gbenebor et al., 2016). Segundo a descoberta dos cientistas Braconnot e Odier este fator característico torna a estrutura da concha dos crustáceos mais forte (Hamed et al., 2016).
A nível ótico a camada do nácar presente nas conchas dos artrópodes se mostra mais opaca como podemos observar na Figura 2.9 (a) e (c), o que subsequentemente provoca a ausência do brilho na camada exterior da mesma Figura 2.9 (b) e (d).
(a) (b) (c) (d)
Figura 2.9 – Conchas de Artrópodes, espécie Santola e Sapateira: (a) camada Nácar, espécie Santola, (b) camada
perióstraco, espécie Santola, (c) camada Nácar, espécie Sapateira e (d) camada perióstraco, espécie Sapateira.
2.1.1. Propriedades mecânicas do nácar
Meyers e seus colaboradores difundiram informação sobre as propriedades mecânicas da camada do nácar (camada interna), mais concretamente dos gastrópodes, que também se adequa aos bivalves e artrópodes (Heinemann et al., 2011). Dentro dos elementos que a compõem, destacam-se as proteínas e a quitina (Heinemann et al., 2011).
Através do primeiro gráfico Figura 2.10, a concha está classificada como um cerâmico natural que se destaca pela alta resistência à deformação plástica e à corrosão, é dos materiais mais duros e menos dúcteis, apesar de, neste caso, apenas estar a ser comparado com os materiais poliméricos. (Alves, Da Silva e Marques, 2013).
Outra propriedade muito importante é a tenacidade. Tendo em consideração as propriedades já mencionadas no gráfico anterior apresenta-se um novo gráfico (Figura 2.11) que mostra a Tenacidade do material em função da Rigidez.
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Figura 2.10 – Gráfico do Módulo de Young em função da Resistência específica (adaptado de Heinemann et al., 2011).
Figura 2.11 – Gráfico do Módulo de Young e Tenacidade (adaptado de Heinemann et al., 2011).
A partir daqui é possível definir a quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Assim sendo, classifica-se como frágil pois, perante uma colisão ou uma força aplicada em diferentes direções, há rutura do material. É igualmente considerado pouco resiliente (Alves, 2017), ou seja, com baixa resistência ao choque (Porto Editora: “resiliência”, 2018). Esta pouca resiliência deve-se à sua composição microestrutural uma vez que a existência de nanoporos leva ao enfraquecimento do material, se bem que, em simultâneo, o tempo de compactação das partículas permite-lhe boa
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condutividade elétrica e térmica. É de relevante importância mencionar que o facto de ser um material com boa condutividade térmica, não significa que tenha um bom comportamento quando sujeito a altas temperaturas, situação em que a sua rigidez tende a diminuir (Alves, 2017).
O processo de formação do nácar é um processo que está a ser investigado. Ele forma-se através da compactação de várias camadas que funcionam como barreiras protetoras impenetráveis às pressões profundas do oceano onde os moluscos proliferam e endurecem para evitar a destruição das suas conchas quando expostas à ação das ondas (Heinemann et al., 2011).
Também foram feitas experiências da reação do nácar quando exposto a temperaturas elevadas, sendo que, quando em contacto com o primeiro, se verificou um aumento da tenacidade e da ductilidade. Em contrapartida, quando esteve exposto ao fogo decompôs-se. Habitualmente, para a obtenção ou aproveitamento deste material, é imprescindível a sua passagem pelo fogo e, posteriormente, a sua moagem (Heinemann et al., 2011).
O estudo da formação desses endurecidos compósitos em nano escala, é importante dada a sua influência na formação de materiais biológicos e biomédicos e no design de materiais bioinspirados (materiais cerâmicos reforçados). Para tal, tenta-se imitar o processo de formação do nácar e explorar os princípios de design com ajuda do estudo do biomimetismo (Hamed, Özogul e Regenstein, 2016).
2.1.2. Quitina e Quitosana
Como tem sido descrito ao longo da análise da concha, a quitina é um dos componentes mais interessantes. Foi descoberta em 1811 pelo professor Henri Braconnot, em cogumelos. Mais tarde, em 1823, Odier encontrou a mesma substância no exoesqueleto de insetos e decidiu então atribuiu-lhe o nome de quitina. Esta terminologia adveio da palavra grega “chiton”, que significa túnica ou envelope (Hamed, Özogul e Regenstein, 2016). Desde então a quitina tem sido reconhecida como o segundo polissacarídeo mais abundante na terra (Synowiecki e Al-Khateeb, 2010).
A quitina integra-se na família dos polímeros naturais, destacando-se por ter propriedades biológicas benéficas como a biocompatibilidade, a biodegradabilidade e propriedades de cicatrização de feridas (Yen, Yang e Mau, 2009).
Desde sempre teve grande interesse na indústria de aplicações biomédicas (Yen, Yang e Mau, 2009) mas também é muito útil na área da agricultura (Prashanth e Tharanathan, 2007), já que se apresenta com insolubilidade em água (Mármol et al., 2011). Por exemplo, quando o invertebrado ainda é vivo esta peculiaridade ajuda-o na retenção da água para que não se desidrate (Hamed, Özogul e Regenstein, 2016).
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Em 1870 descobriu-se, a possibilidade de extração de outra substância derivada da quitina chamada quitosana (Hamed, Özogul e Regenstein, 2016). É, até ao momento, o único polissacarídeo amino natural conhecido (Mármol et al., 2011).
A quitosana apresenta melhores propriedades de solubilidade que o seu originador. É um agente antimicrobiano utilizado na indústria alimentícia (Yen, Yang e Mau, 2009), têxtil e em diferentes áreas de pesquisa (Prashanth e Tharanathan, 2007). Por outro lado, tem baixa estabilidade térmica, alta permeabilidade ao vapor de água e aos raios UV, assim como uma degradação rápida (Ahmed et al., 2017).
Para a aplicabilidade de qualquer método laboratorial que tenha como objetivo a obtenção de qualquer uma das substâncias é obrigatória a passagem pelo processo de lavagem e posterior secagem da concha. A finalidade deste percurso incide na eliminação dos resíduos externos para uma extração sem impurezas (Pinto, 2014).
2.2. Desperdício de conchas como oportunidade
2.2.1. Setor alimentar – problemática
Os animais invertebrados de interesse deste trabalho são portadores de significativas proteínas biológicas, nomeadamente, o ferro e gorduras saudáveis e benéficas para a saúde humana (Hosomi, Yoshida e Fukunaga, 2012). A aquisição de tais matérias proteicas, especificamente dos moluscos, deve-se à função que desempenham como filtradores da água e à sua alimentação específica baseada em partículas orgânicas unicelulares de várias origens. (Pan et al., 2011). No que diz respeito aos crustáceos, deve-se apenas à sua alimentação (Dos Santos).
Os moluscos e os crustáceos são um alimento muito cobiçado por todo o mundo devido à sua fácil ingestão e ao seu peculiar sabor (FAO, 2012). Este alimento é comercializado “como um produto alimentar de luxo” (Gibbens, 2018).
A indústria alimentar da UE destaca-se, desde 2008, como o principal agente responsável pela economia. Devido ao seu amplo volume de produção mundial, correspondendo-lhe uma quota de quase 50%, gera dois terços do emprego continental (Food Drink Europe, 2016). Este facto deve-se especialmente à sua localização geográfica, uma vez que é circundada pelos oceanos Atlântico e Ártico e por diferentes mares, o que facilita a sua conexão com os outros continentes (Carpeta pedagógica, 2012). Na raiz disto, sobressai o seu domínio na área da pesca, sendo considerado, segundo dados da FAO, o quinto maior mercado de todo o mundo (FAO, 2016).
Com a evolução do homem e das suas práticas (Thomas, 2015), a pesca converteu-se numa atividade industrial e comercial (Food Drink Europe, 2016), de que dependem muitos cidadãos europeus (FAO,
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2016). Esta notável conquista requereu uma renovada atenção para com a preservação do mundo azul (FAO, 2014), na medida em que tiveram de se adaptar novas técnicas para a intervenção humana conseguir prorrogar os recursos da Terra (FAO, 2016).
A prática da aquacultura chegou à Europa na década de 1960 (FAO, 2006) e na década de 2000 começou a haver uma maior procura por moluscos (Figura 2.12), conseguindo-se registar, em 2016, uma subida significativa nas espécies dos artrópodes e gastrópodes. A Europa não é o maior produtor mundial de qualquer uma destas espécies, mas destaca-se o facto de produzir o suficiente para o consumo interno deste continente (FAO, 2018).
Figura2.12–Tendências nas capturas de grupos de espécies de moluscos e crustáceos (traduzido e adaptado de FAO, 2018).
No que diz respeito à Europa ganham realce 3 países produtores de moluscos, situados ao sul da Europa: Espanha, França e Itália (Figura 2.13).
A nível mundial, a Espanha é considerada o segundo maior produtor de mexilhões de criação, mas também se dedica ao cultivo de ostras, ameijoas, vieiras e outros moluscos. A França sobressai na produção de ostras mas cultiva também, ainda que em menor quantidade, mexilhões e ameijoas. De igual forma, a Itália obtém notoriedade na produção de vieiras, mas também, cultiva a ameijoa e as ostras (FAO, 2018).
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Os crustáceos têm um menor volume de produção em relação a produção de moluscos. Ganha grande destaque o país de Vietname pertencente ao continente Asiático (Figura 2.14) (Nunes, 2013).
Figura 2.14 – Vietname maior produtor de crustáceos (traduzido e adaptado de FAO, 2018).
Os registos de valores tão altos de produção são possíveis graças aos diferentes métodos de reprodução de tais espécies. A reprodução do reino Mollusca e do reino Crustácea é, comummente, sexual, apesar de poderem existir espécies também hermafroditas. Neste último caso a fecundação é interna e no caso dos unissexuais ocorre uma fertilização externa (Vieira, 2009).
Durante a sua existência conseguiram alcançar uma elevada diversidade genética que lhes permitiu uma rápida adaptação e colonização de diversas áreas (Albuquerque, 2016). Desde então, a indústria alimentar encontrou aqui uma fonte segura, devido ao seu rápido crescimento (Helm e Bourne, 2004). Como ilustrado nos gráficos anteriores, existe uma ampla procura de invertebrados, onde se coloca a questão de o que será que é feito com a parte não comestível, ou seja, com a concha? Note-se que, a quantidade consumida destes invertebrados corresponde a mesma quantidade de conchas, mas estas representam a maior parte do peso total do animal.
Em alguns processos de preparação removem a concha e dão a conhecer qual é o seu fim, mas outra parte de moluscos é vendida com as cascas, o que dificulta a recuperação dos resíduos (Morris et al., 2016).
Um dos primeiros impactos que as sobras provocam são a nível visual quando a sua acumulação se faz no solo. Outra repercussão é a sua devolução a qualquer tipo de ambiente aquático (mar, rios, lagos, entre outros), prejudicando a regeneração do dito ambiente e criando transtorno nas outras espécies, inclusive nos seres humanos, pois quando as marés as devolvem à terra, vêm, muitas vezes, partidas o que resulta num objeto de corte perigoso quando, por exemplo, o homem desfruta da praia. Quando a opção é colocá-las em aterros, gera-se igualmente um incómodo sanitário quer pelos odores que libertam como pela atração de animais transmissores de doenças (Lima e Lopes, 2016).
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2.2.2. Problema dos plásticos na agricultura. Embalagens
Os polímeros sintéticos ou plásticos provêm de petroquímicos e requerem o equivalente a 3-4 % da energia para a sua produção.
Em 1940, teve início a produção em escala industrial de plásticos e, desde então, tem crescido a uma taxa de 10 % ao ano. Com a produção global a aumentar, constatou-se um elevado aumento de 1,3 milhões de toneladas em 1950, para 300 milhões de toneladas em 2014. Apesar dos montantes variarem segundo a jurisdição de cada país, o uso de plásticos em embalagens representa mais de 40 % da demanda, sendo grande parte produzidas para uma só utilização. Muitos destes plásticos terminam sendo descartados no meio ambiente ou em aterros porque sua reciclagem não gera lucro (Muise et al., 2016).
Os plásticos ou polímeros não biodegradáveis utilizados na agricultura são de baixo valor pós-consumo (Muise et al., 2016), de elevada resistência à degradação, podendo levar anos para se decompor (Brito et al., 2011). A quantidade global de resíduos agrícolas plásticos variam bastante na literatura, entre 2 e 6,5 milhões de toneladas por ano (Muise et al., 2016).
Os plásticos converteram-se numa parte integrante de muitos processos agrícolas, variando a sua aplicabilidade entre os filmes hortícolas, os pacotes para embrulho, o silo para forragem e o armazenamento de fertilizantes. A aplicação deste material permite um período de repouso do crescimento das forragens verdes, assim como uma conservação prolongada. Por isso, retirar/substituir este material é um desafio para os governos e pesquisadores de gestão de resíduos (Muise et al., 2016).
Na Europa existem programas de pesquisa administrados com a cooperação de vários governos e investigadores académicos. Esta área está ativa desde 1989, no entanto, recentemente foi reforçada pois, em 2012, ainda se registaram valores de 45,2 % de resíduos enviados para aterros (Muise et al., 2016).
A título ilustrativo de tal problema os maiores causadores de tal acumulação são as embalagens produzidas, sejam elas de proteção ou de transporte das mercadorias (Porto Editora: “embalagem”, 2019). Motivo pelo que as embalagens se tornaram essenciais à nossa vida diária.
O rejeito das embalagens afeta principalmente o oceano o que agrava o impacto ambiental, social e político e contribui para a diminuição das diferentes espécies e ecossistemas (Giovanelli, 2018). Perante tal problemática, a ONU Environment decidiu intervir, apresentando como principal solução a alteração dos materiais atualmente utilizados na produção de embalagens para outras alternativas sustentáveis. O presidente da ONU reconhece que tal mudança não é fácil, principalmente para áreas como a da medicina em que o plástico tem um papel fundamental. Contudo, a aceitação desta
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realidade, por parte das indústrias, incentivaria a sociedade a considerar a adoção destas abordagens alternativas para que a minimização dos resíduos seja alcançada (Giovanelli, 2018).
O principal interveniente é a ciência já que, através de ensaios laboratoriais, se podem descobrir e desenvolver soluções ecológicas e inovadoras a partir de fontes biodegradáveis, criando uma nova oportunidade de negócio (Giovanelli, 2018).
2.2.3. Valorização da atividade agrícola
A agricultura é uma atividade antropológica que tem acompanhado a evolução e o desenvolvimento do homem (Bakker e Nooteboom, 2017). Desde a sua origem identificou-se como uma atividade produtora de alimentos, com qualificação inclusa no setor primário e, sob o ponto de vista financeiro é um oportuno potencial económico (FAO, 2005). A prática agrícola contém em si uma vasta gama de domínios, (Conselho Europeu: Conselho da União Europeia, 2019) de múltiplos assuntos. Particularmente, o cultivo agrícola distinguir-se por ser de interesse para o desenvolvimento deste trabalho.
O cultivo agrícola consiste na exploração do solo para a manufatura de matérias-primas como as espécies vegetais destinadas à alimentação e a outras atividades (Porto Editora: “agricultura”, 2019). No entanto, tal processo tornou-se prejudicial para os ecossistemas terrestres, uma vez que a expansão das áreas destinadas ao cultivo acabou por substituir a variedade da cobertura das espécies vegetais. Também o uso excessivo de adubos, herbicidas e pesticidas acabou por poluir quimicamente os solos degenerando-o.
Muitas das consequências ambientais negativas presentes na agricultura (Llewellyn, 2018), sobrevieram da Revolução Industrial (Porto Editora: “antecedentes da Revolução Industrial”, 2019), com a alteração dos sistemas produtivos artesanais após a inclusão da máquina e dos novos processos industriais (Pereira 2018), modificando o modo de viver e a nova visão mercantil do homem (Porto Editora: “antecedentes da Revolução Industrial”, 2019).
Entre o século XVIII e o século XIX deu-se a revolução demográfica, o que influenciou os hábitos alimentares e suscitou o início de uma “Revolução Verde” (Muteia, 2018).
Até então, o papel da agricultura teria sido negligenciado (Loizou et al., 2019).
Apenas em 2008, se confirmou o início da crise económica mundial, que viera acompanhada da esperada crise ambiental. Particularmente, a Europa foi bastante afetada, sobretudo os países do Sul, em que a agricultura ainda desempenha o papel central na redução da pobreza (Departamento de Informação das Nações Unidas, 2008).
Num mundo em que a população continuará em crescimento, retomar a prática agrícola é inevitável. Não obstante, reassumi-la requer algum conhecimento sobre os fatores que com ela estão relacionados (FAO, 2019).
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Sem maior ou menor importância destacam-se três fatores naturais com bastante peso na classificação da área a cultivar: o clima, o solo e o relevo. Estes interligam-se entre si definindo as zonas mais ou menos propícias, consoante o tipo de produto a desenvolver (Departamento de Ciências do Ambiente: Universidade Técnica de Lisboa).
Ao longo do tempo têm-se registado várias alterações climáticas mundiais. Subsequentemente, o solo manifesta as maiores transformações nas suas superfícies.
A erosão é das principais preocupações agrícolas. As alterações originadas pela natureza, aliada ao cultivo inadequado dos alimentos, contribuem para a conversão das superfícies férteis, em superfícies inférteis (Porto Editora: “erosão do solo”, 2019).
A produção do solo leva milhões de anos a materializar-se já que são resultado da desagregação das rochas associada à erosão hídrica, à ação de seres vivos microscópicos e à dinâmica de elementos naturais como o vento e a água (Departamento de Ciências do Ambiente: Universidade Técnica de Lisboa).
O solo é um meio tão importante, que até o ecossistema marinho depende em grande parte dele. É a partir da matéria que é arrastada pelo vento até ao mar que os animais aquáticos constroem as suas conchas (Departamento de Ciências do Ambiente: Universidade Técnica de Lisboa).
Deste modo, ao tomar de volta a dita prática, a Comissão Europeia incorporou o conceito da agricultura biológica sustentável (European Commission) que, para além de responder às carências alimentares e sociais atuais e futuras, protege os serviços ecossistémicos, proporcionando uma vida saudável. O desenvolvimento da agricultura sustentável ganhou potência com a adaptação das tecnologias modernas (Ren et al., 2019).
A agricultura biológica sustentável, abrange desde os fertilizantes naturais, o aumento da biodiversidade, a compostagem e rotação de culturas até ao controlo de insetos/doenças (AGROTEC – Agricultura: Fruticultura, 2019).
Os fertilizantes biológicos resultam da compostagem dos resíduos orgânicos (Pereira, 2018), isto é, da degradação natural da matéria orgânica que, quando adicionada ao solo, proporciona-lhe os nutrientes que necessita para se manter saudável a si e às plantas (Ead.pt, 2014).
Este processo resultou como uma “estratégia tecnológica” que inseriu de forma económica e rentável a sustentabilidade na agricultura resolvendo em paralelo a questão do excesso do descarte de resíduos (Pergola et al., 2018).
O atual vice-presidente Jyrki Katainen da Comissão para o Emprego, Crescimento, Investimento e Competitividade afirma que “os fertilizantes resultantes de resíduos orgânicos têm o potencial de tornar a agricultura mais sustentável. Além de que consomem menos energia e não necessitam de recursos naturais como os fertilizantes tradicionais” (CONFAGRI: Agricultura, 2018).
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2.2.3.1. Vantagens da concha na agricultura
Ao longo do documento, têm sido descritos os componentes da concha. A sua composição de carbonato de cálcio é de particular interesse para a área da agricultura devido à sua fácil conversão em pó e consequente reutilização. Este componente (carbonato de cálcio) oferece elevados benefícios aos solos servindo para os desacidificar e como fonte de nutrientes para as plantas - adubo natural (Cimons, 2017).
Tendo como exemplo o norte de Espanha, mais precisamente a Galiza, onde se concentra a maior indústria de mexilhões da UE, as conchas costumam ser higienizadas e, posteriormente, reutilizadas para tratamento da área agrícola local.
Segundo Morris, esta intervenção ocorre desde há muito tempo, mas em pequena escala, uma vez que existem muitos obstáculos entre agricultores e engenheiros. O principal impedimento é a falta de intercâmbio de conhecimentos. As diferentes indústrias não comunicam entre si, mesmo que seja para o bem comum. Por exemplo, se os agricultores querem reaproveitar as sobras das conchas marinhas nos seus campos, precisam de estar em contacto com a indústria alimentar ou qualquer outra fonte que faça a eliminação das mesmas, uma vez que as conchas se equiparam a uma rocha sedimentar e são de difícil decomposição. O seu depósito em aterros sanitários tem como consequência muito negativa a contribuição para o aquecimento global (Cimons, 2017).
2.3.1. Biomímetica, Biónica e Biodesign
Ao longo da história e após milhões de anos, a Natureza tem-se manifestado como um modelo promissor de investigação e inspiração. Do estudo de simples manifestações da Natureza sobre a sua evolução, os seus diferentes ecossistemas e as suas diferentes formas de sobrevivência, entre outros, resultou um importante conhecimento que conduziu o Homem ao aperfeiçoamento de técnicas e métodos nos quais se baseia para solucionar, ao longo dos tempos, as mais variadas adversidades que se lhe apresentam em diferentes áreas (Arruda, 2018).
Os métodos mais utilizados na relação da natureza com as criações humanas são as chamadas Biotécnicas: Biónica, Biodesign e Biomimética, ao que se adjunta o método da Analogia, em que a Natureza é utilizada como fonte de inspiração a nível Morfológico, Funcional ou Simbólico. As ferramentas Biotécnicas são bases de estudo e de aplicação muito semelhantes, uma vez que tais termos derivaram da mesma palavra europeia Biotécnica que começou a ser citada desde 1877, no livro do Reverendo John George Wood, “Nature’s teaching’s: Human Invention Articipated by Nature”. A posteriori a palavra sofreu ajustes passando a relacionar-se com termo “Bionics” (Biónica), que significa “Bio” (vida) e “onics” de “tecnologics” (tecnologia), uma vez que passou a ser mais frequente o uso de soluções biológicas em diferentes áreas (Arruda, 2018).
