Madeira Transparente Inovadora Oferece Substituto Sustentável ao Plástico

Um dos recursos renováveis e sustentáveis mais importantes é a madeira. Ela está presente ao nosso redor e possui qualidades incríveis. Este material durável e versátil é um isolante natural que não polui e é sustentável.

A madeira tem uma ampla variedade de usos, desde lenha, papel e construção até móveis, combustível, aromatizantes e fragrâncias. Ela tem sido crucial para a civilização humana e o desenvolvimento econômico por séculos. 

Agora, todos nós estamos familiarizados com a madeira, seus casos de uso e sua importância em nossas vidas. Mas a madeira pode até ser tornada transparente. Este material sólido, naturalmente presente nas árvores, pode ser transformado em madeira transparente ao substituir os componentes principais da madeira.

A madeira tem três componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina, e a remoção tanto da lignina quanto da hemicelulose torna a madeira transparente. 

A cor escura da lignina se deve aos cromóforos complexos. Enquanto isso, a celulose e a hemicelulose são incolores.

Quando esses componentes são removidos, resta uma rede porosa, semelhante a papel, de celulose. Um material incolor então preenche esses poros, restaurando certa rigidez. 

Essa fascinante transformação da madeira, que a torna transparente mantendo sua resistência, não é recente; foi descoberta décadas atrás, porém só recentemente ganhou destaque na pesquisa de materiais sustentáveis.

Madeira Transparente: Uma Revolução Científica

A transformação da madeira em um material transparente foi iniciada em 1992 pelo cientista alemão Siegfried Fink.

A ideia era observar os mecanismos internos das plantas lenhosas sem dissecá‑las. Assim, o botânico clareou os pigmentos e acabou criando madeira transparente.

Por mais de uma década após a descoberta de Fink, nenhuma pesquisa explorou essa área, até que Lars Berglund, cientista de materiais do KTH Royal Institute of Technology na Suécia, investigou a criação de uma alternativa ao plástico transparente.

Cinco anos depois de desenvolver a madeira transparente, os pesquisadores testaram com sucesso¹ uma alternativa ecológica em 2021. A alternativa foi o acrilato de limoneno, feito a partir de resíduos de casca de cítricos renováveis.

“Substituir os polímeros de base fóssil tem sido um dos desafios que enfrentamos ao produzir madeira transparente sustentável.”

– Berglund disse na época

O novo compósito ofereceu transmitância óptica de 90% em espessura de 1,2 mm e névoa extremamente baixa de 30%. Desenvolvido para uso estrutural, exibiu desempenho mecânico robusto, com elasticidade de 17 GPa (cerca de 2,5 Mpsi) e resistência de 174 MPa (25,2 ksi).

Por volta do mesmo período em que o KTH Royal Institute iniciou sua primeira incursão na madeira transparente, o professor Liang Bing Hu da University of Maryland (UMD) estava interessado em aproveitar a resistência da madeira. Eles descobriram que a madeira transparente, quando combinada com resina epóxi, era dez vezes mais resiliente que o vidro e três vezes mais forte que os plásticos transparentes.

Em 2019, pesquisadores da UMD desenvolveram² um material estrutural com resistência mecânica de 404,3 megapascais, mais de oito vezes a da madeira natural, por meio de delignificação completa e densificação da madeira. Segundo os pesquisadores, sua madeira de resfriamento pode gerar economia de energia entre 20% e 60%. 

Crescente Popularidade da Madeira Transparente na Pesquisa

Com avanços contínuos nos últimos anos, a madeira transparente deixou de ser apenas uma novidade científica. Ela finalmente está ganhando destaque à medida que os experimentos começam a dar frutos e mostrar potencial além dos laboratórios.

As propriedades ópticas, físicas e mecânicas da madeira transparente, em particular, estão gerando muito interesse. Por exemplo, a madeira transparente é muito forte e também leve.

Além disso, a madeira transparente também tem desempenho de isolamento muito superior ao vidro, o que traz enormes benefícios na arquitetura. No entanto, o vidro tem sido considerado mais ecológico por ser não tóxico e mais fácil de reciclar.

Ainda assim, a madeira transparente possui inúmeras vantagens ambientais, como qualquer outro material derivado de plantas. Para começar, ela é biodegradável. Também pode ser cultivada indefinidamente, e esse novo crescimento captura e sequestra CO₂, tornando‑a benéfica para o meio ambiente.

Estudo de avaliação do ciclo de vida da madeira transparente³ concluiu que, graças às suas propriedades renováveis e biodegradáveis, a madeira transparente tem potencial para substituir polímeros tradicionais à base de petróleo. Sua análise de fim de vida (EOL) mostrou impactos ecológicos significativamente reduzidos (107 vezes) em comparação ao polietileno.

O estudo ainda observou que a análise do berço‑até‑porta da madeira transparente indica que a delignificação usando sulfito de sódio, hidróxido de sódio e peróxido de hidrogênio, juntamente com infiltração de epóxi, gera os menores impactos ambientais. 

Quanto aos casos de uso, a madeira transparente pode ser empregada em luminárias, janelas inteligentes e até em smartphones. Também se espera que encontre aplicações no setor automotivo, com engenheiros trabalhando na integração de eletrônicos em madeira transparente sensível ao toque. 

Outras aplicações para essa madeira também estão em desenvolvimento, incluindo LEDs baseados em madeira e blindagem contra interferência eletromagnética (EMI) ao adicionar nanopartículas magnéticas. 

Mas, claro, a adoção ampla da madeira transparente ainda não foi alcançada devido à falta de uma técnica de fabricação em escala. Além disso, os pesquisadores estão trabalhando para melhorar a sustentabilidade da produção de madeira transparente.

Clique aqui para saber como a madeira maciça está abrindo caminho para arranha-céus de madeira.

Usando Materiais Naturais para Produzir Madeira Transparente e Resistente 

Pesquisadores realmente desenvolveram madeira semitransparente usando materiais naturais como claras de ovo e arroz, resultando em uma alternativa robusta e biodegradável aos plásticos.

Bharat Baruah, professor de química da Kennesaw State University (KSU), apresentou a pesquisa em uma reunião da American Chemical Society (ACS). A pesquisa visa criar madeira transparente (TW) com propriedades como condutividade elétrica, transparência óptica e flexibilidade.

Com essas propriedades, a madeira pode ser usada em dispositivos energeticamente eficientes e elétricos, que são partes indispensáveis de nossas vidas.

Para construir dispositivos como sensores, eletrônicos flexíveis e dispositivos de armazenamento de energia, precisamos de materiais baratos e prontamente disponíveis que sejam fáceis de fabricar. Tradicionalmente, os plásticos desempenhavam esse papel, mas esses materiais não biodegradáveis persistem no ambiente por centenas de anos e também são prejudiciais ao ecossistema.

“Nos dias de hoje, o plástico está em todo lugar, inclusive em nossos dispositivos que carregamos. E isso se torna um problema quando chegamos ao fim da vida útil desse dispositivo. Ele não é biodegradável. Então, eu perguntei: e se pudéssemos criar algo natural e biodegradável em vez disso?”

– Baruah

Com o objetivo de encontrar alternativas mais baratas, disponíveis e fáceis de fabricar em dispositivos eletrônicos, os pesquisadores naturalmente olharam para a madeira.

No estudo mais recente, os pesquisadores impregnam a madeira delignificada (DW) com um polímero biocompatível e biodegradável para criar madeira transparente (TW). Esses polímeros naturais adicionaram flexibilidade à madeira transparente.

Enquanto isso, a incorporação de nanofios de prata (AgNWs) nela introduziu condutividade elétrica à TW. A madeira modificada (MW), segundo os pesquisadores, “teria tremendo potencial em optoeletrônica, armazenamento de energia e dispositivos biomédicos.”

Esse material inovador pode potencialmente revolucionar indústrias ao fornecer um substituto ecológico para plásticos em produtos como telas de smartphones e janelas energeticamente eficientes. Dadas as suas propriedades promissoras, aplicações comerciais podem surgir nos próximos 3 a 5 anos.​

Clique aqui para saber como novos métodos químicos ajudam a converter borracha em resinas de alto valor.

Expandindo os Usos da Madeira Transparente ao Habilitar Condutividade 

Madeiras transparentes, embora já estejam em desenvolvimento há anos, ainda utilizam plástico, uma forma dele (epóxis), para reforçá‑las. Portanto, Baruah precisou encontrar materiais naturais para manter a madeira robusta e estável ao longo do tempo.

Financiado pela KSU e por um fabricante de filtragem de ar, Purafil, no estudo mais recente, Baruah usou madeira de balsa e removeu sua lignina e hemicelulose. A remoção foi feita usando uma câmara de vácuo e produtos químicos, incluindo alvejante diluído, hidróxido de sódio (uma forma de soda cáustica) e sulfito de sódio, que é um agente delignificante.

Agora, para recarregar os poros, a madeira foi imersa em uma mistura de clara de ovo e extrato de arroz. Um agente de cura chamado dietilenotriamina também foi usado para garantir que o material permanecesse translúcido.

Como esses reagentes foram usados em pequenas quantidades aqui, os pesquisadores afirmam que eles apresentam pouco risco ao meio ambiente. Alguns agentes de cura, especialmente os usados com resinas epóxi, podem representar ameaças ambientais devido à sua toxicidade, e quando descartados inadequadamente, têm potencial de poluição. No final, as lâminas semitransparentes flexíveis e duráveis foram tudo o que restou.

O próximo passo foi explorar aplicações potenciais para essa madeira engenheirada. Um dos casos de uso investigados foi a substituição de janelas de vidro.

Para isso, Baruah primeiro reformou uma casinha de pássaros em uma pequena casa isolada com uma janela. Agora, para testar sua eficiência energética, a casinha foi colocada sob uma lâmpada de calor com um termômetro interno. 

Ao usar a madeira transparente, a equipe constatou que a temperatura dentro da pequena casa ficou entre 5 a 6 °C (ou 9 a 11 °F) mais baixa do que quando o vidro foi usado. Isso sugere a usabilidade do novo material como alternativa energeticamente eficiente ao vidro em janelas.

A equipe então incluiu nanofios de prata em algumas amostras para expandir as aplicações potenciais da TW. A adição de nanofios de prata permitiu que a madeira, que é um mau condutor de eletricidade, conduzisse eletricidade. Essa propriedade torna a madeira modificada útil para revestimentos de células solares ou sensores vestíveis. 

Embora os nanofios de prata não possam ser decompostos por organismos vivos como bactérias, a equipe planeja conduzir mais experimentos usando materiais condutores como o grafeno para manter a total naturalidade de suas madeiras transparentes. 

O trabalho aqui ainda não terminou, pois mais pesquisas são necessárias para melhorar a transparência das madeiras. No entanto, a equipe está entusiasmada com sua conquista inicial, que é o uso de materiais naturais e econômicos. 

“Quero enviar uma mensagem aos meus estudantes de graduação de que vocês podem fazer pesquisas interessantes sem gastar milhares de dólares.” 

– Baruah

Nippon Paper Industries Co., Ltd.

Líder no desenvolvimento de materiais avançados à base de madeira, a Nippon Paper está explorando alternativas sustentáveis aos plásticos tradicionais. 

Um de seus produtos ecologicamente corretos inclui o Non‑Aluminum FUJIPAK, um cartucho de bebida que pode ser armazenado por um período prolongado à temperatura ambiente. Em vez de usar alumínio como camada de barreira, ele utiliza material de biomassa renovável, como papelão revestido com filme de barreira. Seguindo a mesma rota dos cartuchos de leite para coleta, sua taxa de reciclagem deve melhorar. Além disso, remover o alumínio facilita o processamento de polietileno após a recuperação da fibra de celulose.

O outro produto é o School POP®, um cartucho sem canudo que reduz plásticos de uso único no cotidiano. Segundo a Nippon, o produto pode ajudar a aumentar a conscientização ambiental desde cedo. Foi desenvolvido para leite escolar e contribui para a prevenção de perdas alimentares. 

SPOPS® é outro produto da Nippon que substitui o “reabastecimento” de shampoo por “substituição”. Segundo a empresa, o tempo de reabastecimento é reduzido em até 75% com o SPOPS®, que envolve remover a bomba, substituir o cartucho e inserir a bomba novamente. 

O uso de papel como material principal, por sua vez, reduz o uso de plástico em 25% a 40%, tornando‑o tanto “amigável ao usuário” quanto “amigável ao meio ambiente”. Apesar de ser um produto de papel, oferece alta funcionalidade, pois o SPOPS® pode lidar com diversos líquidos como álcool de alta concentração e surfactantes.

Há alguns meses, a Nippon anunciou a expansão de seu negócio SPOPS para o mercado sul‑coreano em parceria com a marca de lifestyle NOTRAC Inc. sob a marca “ECOJE”.

Depois há o material de embalagem ecológico chamado SHIELDPLUS® que usa uma “tecnologia de revestimento à base de água para fabricação de papel” para um material 100 % lenhoso, nanofibras de celulose (CNF) chamadas Cellenpia® que são criadas usando tecnologia que quebra a fibra de celulose a níveis extremamente pequenos (nano), MinerPa® com moldabilidade única de polpa e várias funções inorgânicas, papel selável por calor Lamina® que pode ser usado para embalagens sem laminação, e seu papel base de papelão multifuncional Waterproof Liner.

A Nippon também é fabricante de lignina que desenvolve produtos aproveitando suas excelentes propriedades. As propriedades de dispersão, aglomeração e quelatação dos produtos de lignina os tornam amplamente utilizáveis em campos industriais.

Além desses esforços sustentáveis, a Nippon Paper Industries, com sede no Japão, fabrica e vende produtos de papel através de diferentes segmentos, incluindo Papel e Polpa, Produtos Relacionados a Papel, Produtos de Madeira, Relacionados à Construção e outros.

No momento da escrita, as ações da empresa estão sendo negociadas a US$ 7,96, com um índice P/E de 3,75 e um índice Preço‑para‑Vendas de 0,10. Ela paga um dividend yield de 0,95%.

Para o terceiro trimestre do ano fiscal de 2025, a Nippon relatou um aumento de 1,3 % nas vendas líquidas, totalizando 886,3 bilhões de ienes (US$ 5,9 bilhões), apesar de observar uma queda na demanda por papel gráfico. Isso se deve ao crescimento nas vendas de papel doméstico, produtos de saúde e químicos. O lucro operacional também aumentou 9,2 % ano a ano, chegando a 11,1 bilhões de ienes (US$ 74,2 milhões) graças ao forte desempenho no Business de Energia. 

O volume de vendas domésticas de papel e papelão da Nippon diminuiu devido à demanda fraca, assim como os lucros, apesar do preço estável de combustíveis como carvão. Isso se deve ao aumento dos custos de mão‑de‑obra e logística.

A empresa também relatou o fortalecimento da competitividade de seus produtos de biomassa ao reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) na Usina de Ishinomaki. A redução significativa foi resultado do desligamento da caldeira a carvão e da instalação de uma caldeira de recuperação de licor negro de alta eficiência.

Conclusão

No mundo do armazenamento de energia e da eletrônica, há necessidade de materiais baratos e sustentáveis. O plástico, como todos sabemos, embora muito valioso por ser leve, moldável e um bom isolante, não é biodegradável e gera problemas ambientais e de saúde significativos.

Aqui, a madeira oferece uma solução natural, barata, sustentável e que fixa carbono. Pesquisadores a aprimoraram ainda mais ao fazer modificações. A madeira transparente resultante representa um grande passo rumo a materiais sustentáveis para eletrônica e armazenamento de energia. A pesquisa mais recente leva isso ainda mais longe ao usar materiais naturais como claras de ovo e extrato de arroz, demonstrando uma inovação de ponta que promete aplicação cotidiana sem sacrificar o meio ambiente. 

À medida que a pesquisa em torno da madeira transparente avança e vê implementação no mundo real, ela pode redefinir o futuro da eletrônica e do armazenamento de energia, tornando‑os high‑tech e ambientalmente responsáveis.

Estudos Referenciados:

1. Montanari, C., Ogawa, Y., Olsén, P., & Berglund, L. A. (2021). Alto desempenho, totalmente biobaseado e biocompósitos de madeira opticamente transparentes. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202100559

2. Li, T., Zhai, Y., He, S., Gan, W., Wei, Z., Heidarinejad, M., Dalgo, D., Mi, R., Zhao, X., Song, J., Dai, J., Chen, C., Aili, A., Vellore, A., Martini, A., Yang, R., Srebric, J., Yin, X., & Hu, L. (2019). Um material estrutural de resfriamento radiativo. Science, 364(6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101

3. Rai, R., Ranjan, R., & Dhar, P. (2022, 22 de julho). Avaliação do ciclo de vida da produção de madeira transparente usando tecnologias emergentes e estrutura de escala estratégica. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301