Os riscos da falta de tecnologia de carbono
José Aparecido Miguel
Rio de Janeiro - O Brasil conhece muito pouco, quase nada mesmo, da tecnologia de carbono, constituinte, por exemplo, do diamante e da grafite e está presente nos populares lápis de escrever. O País é totalmente dependente da importação de grafites especiais, segundo o presidente da Associação Brasileira de Carbono (ABCarb), engenheiro químico Luiz Depine de Castro.
O mercado mundial de grafites especiais é estimado em US$ 2 bilhões anuais, mas aqui só se produz eletrodos de grafite, uma tecnologia menos sofisticada, que atende a indústria siderúrgica.
Somente quatro empresas no mundo produzem os eletrodos. "Se a multinacional que opera hoje no Brasil (Union Carbide, que faz parte da Dow Química, na Bahia) decidir suspender suas operações por razões diversas, como a atual crise, por exemplo, o País terá que conseguir importar esse material de um dos três outros fabricantes mundiais, frequentemente acusados de formarem um cartel, arcando no preço final do aço com o custo do transporte e da incerteza da importação dos eletrodos de grafite".
O carbono, principalmente sob a forma de grafite, fibras de carbono e nanotubos de carbono, é material imprescindível à área de energia. Depine considera que é preciso ter cuidado quando se afirma que o mundo abandonou a energia nuclear. "Em minha opinião, energia e tecnologia, além da educação, obviamente, são itens básicos para qualquer país ascender ou se manter entre os mais ricos e desenvolvidos do mundo. Todo o potencial hidroelétrico brasileiro, inventariado até o momento, se esgotaria em 2026 ou em 2036 se o PIB brasileiro crescesse 5,5% e 3,9% ao ano, respectivamente".
Na avaliação do presidente da ABCarb, em muito pouco tempo, quem não estiver produzindo, por exemplo, carros de linha com várias partes em fibra de carbono dificilmente conseguirá se manter no mercado. É outro risco que o país corre. "Se a crise não abrandar as restrições impostas pela Comunidade Europeia isso já começará a acontecer em 2010".
"A Comunidade Europeia estabeleceu, um peso limite de 800 quilos para os carros, a ser atingido até 2010, o que exige o emprego maciço da fibra", destaca Depine.
Todos os materiais de carbono estão progressivamente ocupando espaço dos materiais tradicionais. "Até a indústria da construção civil, no Brasil, já sentiu essa necessidade e, até o momento, tem sido a mais agressiva para utilizá-los", explica Depine.
O material usado na produção de quase tudo, de cadeiras até fuselagem de aviões e carros, tem desenvolvimento limitado no Brasil ao Centro Tecnológico do Exército, em Guaratiba, no Rio de Janeiro, onde estão os projetos apoiados pela Petrobras desde 2003. Os dois precursores das fibras são a poliacrilonitrila - que não se desenvolve em nenhum lugar do País e o mercado é dominado pelo Japão - e o piche. A fibra de carbono de piche, que está sendo desenvolvida na instalação do Exército, utiliza como matérias-primas o alcatrão da hulha, oriundo das siderúrgicas e o chamado "fundo do barril" de petróleo, resíduo que sobra das refinarias.
Para dar ideia da importância econômica do carbono, Depine destaca nesta entrevista exclusiva à Gazeta Mercantil e ao Jornal do Brasil que um quilo de fibra de carbono de piche, de propriedades médias, custaria algo em torno de US$ 40, aproximadamente o mesmo que um barril de petróleo de 200 quilos.
Gazeta Mercantil - Qual a importância estratégica do carbono para o Brasil?
O elemento carbono tem características únicas dentro da famosa tabela periódica, que todos nós conhecemos no estudo da Química, tanto no segundo grau como na universidade. Dada à sua possibilidade de se hibridizar de diferentes formas, o carbono pode produzir materiais com características completamente diferentes e até mesmo antagônicas, tais como materiais macios, duros, porosos, impermeáveis, entre outros. Com tais possibilidades, o leque de materiais especiais que se pode produzir a partir do elemento carbono permeia quase todos os campos e áreas de aplicação do conhecimento humano. Ele não é negligenciado no mundo e não pode ser no Brasil.
Gazeta Mercantil - O que o País desenvolve em fibra de carbono?
Primeiramente deve-se ressaltar que existem mais de 100 tipos diferentes de fibra de carbono e para cada aplicação deve-se selecionar a mais conveniente, de acordo com as suas propriedades.
Normalmente as fibras de carbono são classificadas pelas suas propriedades termomecânicas e pelos seus materiais precursores. Existem fibras de carbono de altíssima resistência à tração, com uma resistência específica (em peso) maior que
Gazeta Mercantil - O que o País já tem ?
O Brasil faz muito pouco. Não existe uma política de desenvolvimento dessa tecnologia no País. O único centro de pesquisa de materiais de carbono está localizado no Centro Tecnológico do Exército, em Guaratiba, e conta hoje com aproximadamente 40 pessoas, entre pesquisadores e técnicos, trabalhando em tempo integral para desenvolver essa tecnologia. Criado na década de 80 como grupo de pesquisa em carbono-grafite, foi durante décadas um esforço individual do Exército. Atualmente conta com o apoio financeiro da Petrobras em vários projetos, tendo se tornado Núcleo de Competência para o Desenvolvimento da Tecnologia do Carbono (NCDTC). Além do núcleo do Centro Tecnológico do Exército, alguns poucos pesquisadores isolados trabalham em universidades brasileiras tentando desenvolver materiais específicos de carbono, mas são realmente muito poucos.
Gazeta Mercantil - Quem detém a tecnologia de fibra de carbono?
Temos que separar as fibras de carbono, como mencionei anteriormente, pelos precursores, a matéria-prima que lhes deu origem. Os dois precursores mais utilizados atualmente são a poliacrilonitrila e o piche. A poliacrilonitrila é um polímero bastante conhecido e utilizado na indústria têxtil. Quando melhorada em suas características, a poliacrilonitrila pode ser usada para fabricar fibra de carbono. Essa tecnologia não é hoje desenvolvida em nenhum lugar no Brasil. A tecnologia da fibra de carbono de poliacrilonitrila de altíssima qualidade é dominada pela Ásia, particularmente pelo Japão, que supre 88% das necessidades mundiais. Os outros 12% são supridos por empresas norte-americanas. A Alemanha domina o mercado da fibra de carbono de poliacrilonitrila para outros tipos de aplicação.
Gazeta Mercantil - E no caso de piche?
A fibra de carbono de piche utiliza como matérias-primas o alcatrão da hulha, oriundo das siderúrgicas, e o chamado "fundo do barril" de petróleo, aquele resíduo que sobra das refinarias e que é normalmente misturado ao óleo combustível para ser queimado em caldeiras ou fornos. Essa tecnologia, portanto, além de agregar um enorme valor a esses resíduos, contribui para evitar a poluição do meio ambiente. Essa fibra de carbono é que está sendo desenvolvida no Centro Tecnológico do Exército, com o apoio da Petrobras. A tecnologia dessa fibra de carbono é dominada pelo Japão e pelos Estados Unidos. O primeiro supre aproximadamente 90% da demanda mundial enquanto o segundo atende 10% do mercado. Um quilo de fibra de carbono de piche, de propriedades médias, custaria algo em torno de US$ 40, aproximadamente o mesmo que um barril de petróleo de 200 quilos. Existem fibras de carbono de piche, de altíssima qualidade, que podem chegar a custar US$ 1.800 por quilo.
Gazeta Mercantil - Quais são a oferta e a demanda de fibra de carbono no mercado mundial? Para que setores industriais?
A oferta mundial de fibra de carbono estava (antes da crise) ao redor de 35 mil a 40 mil toneladas por ano e a demanda estava ligeiramente acima da oferta, razão pela qual os preços subiram tanto nos últimos anos. A previsão para 2010 era de que a demanda chegasse próximo de 50 mil toneladas por ano. A demanda de fibra de carbono cobre praticamente todos os setores industriais e é comum a separação em três grandes segmentos: indústria aeronáutica, indústria de material esportivo e outras áreas industriais. Da indústria aeronáutica e da indústria de material esportivo, era esperada uma estabilização na quantidade demandada ao redor de 10 mil toneladas por ano e 8 mil toneladas por ano, respectivamente, até pelo menos 2012.
Gazeta Mercantil - O que está ocorrendo na indústria automobilística?
O grande incremento na demanda era esperado (antes da crise) em outras indústrias, particularmente na automobilística. A Comunidade Europeia, por exemplo, estabeleceu um peso limite de 800 quilos para os carros, o que deveria ser atingido até 2010. Com esse limite há necessidade do emprego maciço de fibra de carbono, não só na carroceria, como no eixo cardã e em várias outras partes dos carros. No Brasil, é a indústria da construção civil que está demandando mais fortemente o uso de fibra de carbono principalmente para reforços estruturais. Existem empreiteiras, inclusive, executando reforços estruturais sem custo somente para se credenciarem na aplicação desse material. É quase um pagar para aprender.
Gazeta Mercantil - Qual a relação do carbono e da grafite - conhecida nos populares lápis escolares? Quais são suas mais importantes utilidades?
O elemento carbono é o constituinte de uma série de materiais, como o diamante e a grafite. O diamante é o material mais duro que se conhece e é capaz de riscar qualquer outro, enquanto a grafite é tão macia que nos permite escrever. São materiais com propriedades antagônicas, mas constituídos por átomos do mesmo elemento químico (carbono). A única diferença é que esses átomos estão ligados entre si de uma forma diferente. A grafite usada nos lápis escolares é predominantemente a grafite natural, ou seja, ela é extraída do solo e beneficiada, mas não tem a mesma pureza e a mesma perfeição estrutural que a grafite sintética produzida para a maioria das aplicações industriais. As grafites sintéticas têm hoje aplicações que vão da produção de aço aos reatores nucleares, passando pelas escovas para contato elétrico, resistências para fornos de alta temperatura, cadinhos para fabricação de materiais especiais, eletrodos para eletroerosão, trocadores de calor que demandam inércia química. No Brasil, opera a Nacional de Grafite, empresa privada que exporta matéria-prima principalmente para o Japão. A empresa beneficia grafite natural cristalino de jazidas existentes
Gazeta Mercantil - O Brasil também é dependente de importação da grafite? Qual é o valor do mercado mundial dos produtos da grafite?
O Brasil é totalmente dependente da importação de grafites especiais. Em território brasileiro só se produz eletrodos de grafite que são fabricados por uma multinacional americana localizada na Bahia. É uma grafite de tecnologia menos sofisticada e que atende a indústria siderúrgica. É difícil mensurar o mercado mundial, hoje em dia, principalmente nesse momento de tanta instabilidade, mas o mercado das grafites especiais (aquelas de tecnologia mais sofisticada) deve estar ao redor US$ 2 bilhões por ano.
Gazeta Mercantil - A indústria do aço brasileira depende de tecnologia do exterior para funcionar? Por quê?
Sim, para produzir aço é necessário fundir o ferro-gusa em um forno a arco elétrico e adicionar os materiais que produzirão as diferentes ligas de aço. Esse forno trabalha com os eletrodos de grafite que mencionei anteriormente e que no Brasil são produzidos por uma multinacional. Não se tem a tecnologia de fabricação de grafite no País. A única tentativa feita nesse sentido foi um esforço pioneiro do Centro Tecnológico Exército, já mencionado. Existem somente quatro empresas no mundo produzindo eletrodos de grafite e qualquer um que queira produzir aço em grande quantidade, com boa pureza e relativo baixo custo, tem que se submeter ao preço e às condições que elas impõem aos eletrodos. Se a multinacional que opera hoje no Brasil decidir suspender suas operações por razões diversas, como a atual crise, o País terá que conseguir importar esse material de um dos três outros fabricantes mundiais - freqüentemente acusados de formarem um cartel -, arcando no preço final do aço com o custo do transporte e da incerteza da importação dos eletrodos de grafite.
Gazeta Mercantil - Qual a relação da produção do carbono com a de energia?
O carbono se liga à área energética por meio de vários materiais para diferentes aplicações, que vão dos supercapacitores até os reatores nucleares, passando pelas baterias de celulares e notebooks, cabos de alta tensão, polímeros condutores células a combustível, entre outros. O carbono, principalmente sob a forma de grafite, fibras de carbono e nanotubos de carbono, é material imprescindível à área de energia.
Gazeta Mercantil - Qual a participação das fontes energéticas primárias no consumo mundial?
Em 2006, o petróleo tinha aproximadamente 35,8% de participação no consumo mundial de energia, o gás tinha 22,8%, carvão, 27,3%, hidroeletricidade, 6,18%, nuclear, 5,8% e outras 1,6%. Convém ressaltar que a atualização das curvas de Marchetti (Economia e Energia, nº 47. Dezembro 2004 - Janeiro 2005) mostrou que a energia nuclear e o carvão estão com participação acima do previsto pelo autor em 1984, compensando a participação inferior à prevista do gás natural. Portanto, deve-se ter cuidado quando se afirma que o mundo abandonou a energia nuclear. Essa afirmação não se sustenta pelos dados concretos. Na realidade, o carvão e a energia nuclear estão com uma participação acima do que era previsto em 1984.
Gazeta Mercantil - Por que o Brasil, com tantos recursos hídricos, deve continuar investindo em energia nuclear?
Em minha opinião, energia e tecnologia, além da educação, obviamente, são itens básicos para qualquer país ascender ou se manter entre os mais ricos e desenvolvidos do mundo. Dessa forma, o País não pode prescindir de qualquer fonte de geração de energia, principalmente a nuclear, que é uma das mais eficientes do mundo. Isso sem considerar que o Brasil detém uma das maiores jazidas de urânio no mundo. Seria, portanto, uma insensatez desprezar tal fonte de energia. É preciso ficar claro que não existe fonte de energia perfeita. Todas as fontes de energia, de alguma forma, interferem no meio ambiente, até mesmo as aparentemente inofensivas. Podemos citar como exemplo a energia eólica cujas pás dos moinhos matam milhares de insetos por dia, tanto é que elas têm que ser limpas constantemente para manter a sua eficiência.
Gazeta Mercantil - O potencial hídrico brasileiro tem limitação em médio prazo?
O potencial hídrico brasileiro é uma dádiva, mas não é infinito, e tem limitações em médio prazo, sim. Em dezembro de 2008 foi publicado o livro "A energia, a política internacional e o Brasil: conflitos e propostas no século XXI", organizado por José Alexandre Hage, no qual eu tive a oportunidade de escrever um capítulo sobre energia. Lá está mostrado que todo o potencial hidroelétrico brasileiro, inventariado até o momento, se esgotaria em 2026 ou em 2036 se o PIB brasileiro crescesse 5,5% e 3,9% ao ano, respectivamente. O País teria, portanto, somente 28 anos, no máximo, para conseguir uma outra fonte de energia primária confiável e perene, nesse curto espaço de tempo, para continuar crescendo.
Gazeta Mercantil - Qual a importância dos novos reatores? Como o Brasil acompanha esta evolução?
O mundo está hoje tratando de desenvolver os reatores nucleares de quarta geração. Certamente um dos mais promissores é o chamado "High Temperature Graphite Reactor" (HTGR) ou "Very High Temperature Graphite Reactor" (VHTGR). Esse reator tem origem em uma patente alemã de meados da década de 80. É uma concepção completamente diferente da maioria dos reatores nucleares que se conhece, principalmente aqueles de origem americana que se utilizam da água leve pressurizada como moderador. O HTGR está sendo desenvolvido, principalmente, na África do Sul, na China, na Rússia e no Japão. Trabalhos publicados no final de 2007 mostram que os Estados Unidos voltaram-se novamente para a energia nuclear e os reatores HTGR são o principal foco dos grandes laboratórios de pesquisa, como o Oak Ridge National Laboratory (ORNL). A grande vantagem desses reatores modernos, moderados a grafite, é que eles são intrinsecamente seguros, têm alta eficiência e a utilização do material resultante do decaimento radioativo para fins bélicos é extremamente difícil com a tecnologia atual.
Gazeta Mercantil - Como este tema é tratado no Brasil?
O Brasil, nas décadas de 70 e 80, investiu maciçamente na pesquisa da energia nuclear, principalmente na área de recursos humanos. Todo aluno de pós-graduação, de qualquer área, era incentivado a fazer cadeiras na área da engenharia nuclear e tinha um "upgrade" na sua bolsa de estudos. Em resumo, o País tinha massa crítica humana capaz de produzir, em curto espaço de tempo, tecnologia de ponta nessa área. De lá para cá, a energia nuclear foi demonizada e hoje tal pesquisa se restringe a um número bastante reduzido de instituições e ainda mais reduzido de alunos. Em termos de reatores HTGR, eu diria que não se faz praticamente nada, ou quase nada, em termos de pesquisa e muito menos em termo de desenvolvimento tecnológico no País.
Gazeta Mercantil - Qual a relevância do uso de espuma grafítica em reatores e em outras áreas?
A espuma grafítica tem sua origem em uma patente do final da década de 80, nos Estados Unidos, no Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Imediatamente foi verificada sua altíssima capacidade de transmissão de calor e de energia e as aplicações nessa área começaram a surgir no diaa-dia. Além de dissipadores de calor para equipamentos eletrônicos, esse material tem sido usado em trocadores de calor de veículos pesados, com uma redução significativa no consumo de combustível, em roupas protetoras de bombeiros, etc. Mais recentemente o ORNL iniciou a pesquisa desse material para utilização em reatores nucleares do tipo "one way", ou seja, a alta porosidade da espuma grafítica seria impregnada com urânio enriquecido a 20% e o reator funcionaria por 25 anos sem recarregamento. Esse reator seria usado nas viagens espaciais, mas com um pouco de imaginação alguém poderia até pensar em veículos terrestres que já saíssem das fábricas abastecidos por toda a sua vida útil e sem emitir gases nocivos ao meio ambiente.
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