Contudo, é uma área que ainda carece de estudos o que a torna mais desafiadora.

Quer conhecer mais a fundo essa área da engenharia química? Siga com a leitura!

A escala nano

A nanotecnologia é a ciência que visa a manipulação da matéria em escalas atômicas, com dimensões que variam de 1 a 100 nanômetros. A título de referência, é como se nós pegássemos um átomo de hidrogênio e multiplicamos por 100.

Essa ciência tem atuação desde a medicina até a engenharia de materiais, onde busca-se a construção de materiais de alta complexidade com um menor custo, mais eficiente e com pouca ou nenhuma geração de resíduos.

Já na engenharia química, a nanotecnologia é estudada durante o processo de fabricação, ou seja, a síntese de nanomateriais que serão aplicados desde a etapa reacional até os processos de separação.

E quais materiais e/ou aplicações? Temos, por exemplo, nanocatalisadores, aplicação na produção de cosméticos e medicamentos, aplicações medicinais, dentre outros

Vamos nos aprofundar nessas aplicações?!

A medicina e a nanotecnologia

Conhecemos a aplicação da nanotecnologia na medicina como nanomedicina. Essa ferramenta auxilia nos processos de tratamento do câncer, como também na formulação de vacinas.

Sendo assim, nós temos como missão, sintetizar nanopartículas com características bem específicas. Tais características são, por exemplo: maior tempo de liberação e circulação  dos fármacos no organismo, maior especificidade de células, viabilizar a absorção de fármacos pouco solúveis em água, dentre outros.

A síntese desses componentes seguem duas vias, a saber: bottom-up e top-down.

A mais utilizada é a top-down, cujo processo utiliza altas energias e pressão para redução dos tamanhos e tornando as partículas com tamanhos parecidos. Em contrapartida, as nanopartículas são sintetizadas com o tamanho final já especificado, não necessitando de um tratamento posterior.

Microfluídica

A ciência microfluídica tem por objetivo o manuseio e a manipulação de pequenas quantidades de fluido.

E qual sua importância?

Na área da engenharia química, vemos essa aplicação na produção de nanomateriais como em dispositivos para bioprocessos.

A característica destes processos é que temos a garantia que o processo irá ocorrer sempre em regime laminar.

Como resultado, temos uma maior reprodutibilidade e controle das concentrações do fluido durante todo o processo, redução de resíduos, maior seletividade, sofre menor efeito do transporte de calor e massa e, por fim, menos custo ao se tratar de investimentos.

Em termos de aplicação, podemos citar a avaliação da cinética de reações químicas em tempo real.

Polímeros

A indústria de polímeros é vasta e pode agregar o uso da nanotecnologia em diversas partes do processo, por isso, vamos despender esforços em conhecer a nanocelulose.

Primeiramente, temos que definir o que é a celulose.

Este biopolímero é obtido através de processos químicos no qual temos como matéria prima a madeira.

Industrialmente, são realizados tratamentos químicos, através da hidrólise ácida, e mecânicos, tais como fluidização e disco de refino, para a produção de nanocelulose.

Sendo assim, a partir das fibras da celulose, podemos obter três tipos de nanocelulose, quer dizer, podemos classificá-las em três tipos: nanofibrilada, microfibrilada e nanocristalina.

A nanocelulose pode ser empregada na fabricação de aviões, borrachas para indústria automobilística, melhorando a composição de outros materiais, lhe conferindo uma maior resistência, maior alongamento, melhoria na tensão de ruptura e menor peso. Características importantes nesta área!

Similarmente, a nanocelulose modifica composições de base aquosa, o que é muito desejado pela indústria de cosméticos. Essa característica, tixotrópica, garante uma melhor espalhabilidade de cremes e, ainda, é de baixa toxidade e é biodegradável.

Por último, serve como barreira contra umidade e gordura. Logo, podemos citar a fabricação de plásticos e filmes ao se tratar da produção de embalagens de alimentos e fármacos.

Grafenos

Esse nanomaterial é oriundo do carbono, assim como outras estruturas cristalinas, tais como grafite, diamante, fulereno e nanotubos de carbono.

Contudo, esse material é formado por apenas átomos de carbono que possuem configuração sp2 e possuem uma constituição em camadas bidimensionais.

Essa configuração faz com que o grafeno seja um bom condutor eletrônico, leve, rígido e impermeável e, por fim, possui aplicabilidade em sistemas ópticos, térmicos e catalíticos.

Essa aplicação da nanotecnologia é obtida através do tratamento químico e térmico. Um dos métodos é o método de Hummers que se baseia na oxidação do grafite. Uma outra forma de obtenção é através da redução.

A nanotecnologia no futuro

O estudo e aplicação da nanotecnologia no Brasil ainda é bem precário. As empresas, por sua vez, possuem certa insegurança na implementação dessa tecnologia, ainda mais pelo extenso processo burocrático de regularização no nosso país.

Outro fator que contribui, negativamente, é a redução dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento. O resultado disso, é a transferência de profissionais para outros países para desenvolvimento dessa nova tecnologia.

Contudo, estamos tendo avanço em várias áreas de aplicação como pode ser visto nos exemplos acima. 

Porém, não para por aí, temos aplicações em tintas e revestimentos, catalisadores, processamento de petróleo e gás, insumos para outros materiais nanotecnológicos.

Ainda, temos as áreas de nanotoxicologia e nanosegurança.

Em resumo…

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Está pronto? Então vamos!

Em primeiro lugar, você conhece o conceito de sustentabilidade?

Logo, você sabe que esse termo deriva-se do latim sustentare que significa sustentar, defender, favorecer, apoiar, conservar e/ou cuidar. E, atualmente, é rotulada como a sexta onda de inovação.

Ainda, está diretamente relacionado com o termo desenvolvimento sustentável.

Elo entre  o suprimento da demanda atual e a garantia das demandas futuras sem que haja um esgotamento dos recursos naturais.

Sei que estão pensando: “Meu deus quanta definição” . Primeiramente, só queria me certificar de seus conhecimentos.

Onde entra a Engenharia Química?

Ué? Vocês sabem que a engenharia química é a “engenharia da transformação”! Sendo assim, é nosso papel suprir essa demanda populacional. O que seria a sociedade sem remédios, roupas, produtos de higiene, combustíveis…? 

Todas essas necessidades passam por um processo ou tratamento químico para que possam ser utilizados.

Porém, para que se tenha produção, utiliza-se matéria prima, que em alguns casos são recursos naturais, água e energia. Não se esquecendo dos resíduos gerados pela indústria.

Todos esses fatores fazem com que nós da engenharia química busquemos agrupar o conceito de desenvolvimento sustentável com o aspecto econômico, o que entende-se por economia circular.

 Forma de pensamento alternativo que visa o desenvolvimento econômico mais sustentável que é regido por três princípios: Eliminação de resíduos e poluição desde o princípio, contínua utilização de  produtos e materiais e regeneração sistemas naturais”.

Já ouviram falar em “química verde”?

Este ramo da ciência tem a finalidade de buscar a inovação e desenvolvimento de processos para reduzir ou eliminar rejeitos industriais,  consumo de matéria prima das rotas de síntese, a energia gasta para realização do processo, periculosidade, que inclui risco para acidentes e ou geração de produtos tóxicos, e os custos com investimento e manutenção dos processos químicos.

Essa ciência tem por base 12 princípios que o regem (Assunto para outro post).

Podem questionar, “Na teoria tudo é possível, quero ver na prática!”

Vem comigo!

Biocombustível

A produção de biocombustíveis no Brasil teve seu início na década de 70 com a criação de Pró-alcool, programa que deu partida na produção de etanol a partir da cana de açúcar, e vem ganhando força com o passar dos anos com o incentivo do governo. 

Só para ilustrar, analisem a tabela abaixo a previsão de produção de gás natural divulgado pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis ANP.

Essa alternativa mais sustentável, não depende do petróleo para ser produzido, não polui o meio ambiente e ainda é renovável, sabe por quê?

A princípio, as matérias primas utilizadas para a produção de biocombustíveis é dependente da rota sintética. 

 Olhem alguns processos abaixo.

Basicamente certas commodities servem de matéria prima, por exemplo: a cana de açúcar, oleaginosas tais como amendoim, grãos como a soja, gordura animal, óleos de fritura, outros materiais graxos, cana de açúcar. 

Estudos mais recentes mostram a utilização de algas como matéria prima.

Lembram de algumas outras ações?

Temos a utilização de lodo do tratamento de água, composto majoritariamente por Si, Fe, Al, como catalisadores para o processo de esterificação. 

Ainda, temos a utilização do bagaço da cana, subproduto da produção de etanol.

Entretanto, a utilização desse tipo de matéria prima, a planta como um todo, requer um tratamento mais “agressivo” para que possa quebrar sua estrutura química.

Nossa! Só falando dos biocombustíveis já quase esgotei o assunto né? Mas, ainda tem mais!

Produção sustentável do Ácido adípico

Já ouviram falar? Não? É um composto químico que tem sua principal utilização na fabricação de polímeros, sendo mais específico o Nylon -6 que está presente em tapetes e em algumas partes do carro.

Na imagem abaixo, temos as rotas sintéticas deste composto, a forma clássica e a forma coolhar na sustentabilidade.

Façamos uma observação apenas nos subprodutos de cada processo. Notaram a diferença? Vamos lá!

Na metodologia sustentável temos a produção de água, por outro lado, no método clássico são gerados N2O e CO2, favorecendo a ocorrência do efeito estufa. 

Apesar de ambos possuírem parte na composição do gás estufa, o N2O possui 300 vezes mais força que o CO2. 

Além disso, em altas concentrações, provoca asfixia.  Os sintomas podem incluir, por exemplo, perda da mobilidade e/ou da consciência. A asfixia pode ocasionar rápida inconsciência inadvertida que a vítima pode não ser capaz de se proteger.

Produto farmacêutico sustentável

Primeiramente, já é um fato  aceito por toda comunidade científica a presença de produtos farmacêuticos em nosso ecossistema .

Por exemplo, o 2-[2-(2,6-dichloroanilino)phenyl]acetic acid. A saber que este é um composto não esteroidal responsável por inibir a síntese da prostaglandina. Em outras palavras, um anti inflamatório .

Se assustou com o nome? Eu entendo!

Não se preocupe pois esse produto é conhecido por nós. É o diclofenaco.

Sabemos que a função dos fármaco é tratar doenças, mas, a exposição a esse produto em quantidades inadequadas podem vir a causar sérios impactos negativos, tais como insuficiência renal ou até mesmo resultar no falecimento do indivíduo ou de espécies.

Entretanto, novas alternativas vêm sendo buscadas para tratar dessa problemática. Novas pesquisas vêm salientando a sustentabilidade com o desenvolvimento de drogas seguras, pensando no uso e no pós uso.

Em suma, no desenvolvimento de outros químicos com maior eficiência e eficácia, redução dos efeitos colaterais, alto grau de biodisponibilidade oral, biodegradabilidade, contemplando os quesitos de sustentabilidade.

Ainda, temos a tentativa de desenvolver biocompostos, produzidos utilizando biotecnologia e matéria-prima de fonte biológica, por exemplo, proteínas.

Sendo assim, hoje em dia temos como uma aplicação na forma de suplementos a saber: Chlorella e Spirulina que tem como matéria prima algas.

Por fim, tratando das conquistas da indústria farmacêutica, temos a ifosfamida utilizada no tratamento anticâncer.

Todavia, essa molécula possui muitos efeitos colaterais. Ao passo que, uma alternativa sustentável, foi sintetizar a molécula  de glufosfamida, uma modificação química a partir da ifosfamida.

Como resultado, obtem-se uma nova molécula mais biodegradável e, ainda, apresenta uma maior biodisponibilidade oral.

Outras aplicações no quesito sustentabilidade poderiam ter sido citadas, contudo, o assunto é muito extenso e não possui limitações para se desenvolver.

Em resumo, rolou química entre a sustentabilidade e a engenharia química?

Semana da sustentabilidade no Blog da Engenharia!

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