Resíduos de cacto figueira-da-índia podem reforçar materiais de construção

Os estaleiros de construção raramente fazem pensar em cactos. Ainda assim, alguns engenheiros defendem que o material que sobra da agricultura da figueira-da-índia pode abrir caminho a uma forma mais limpa e mais económica de produzir materiais para a construção.

À primeira vista, a proposta parece improvável. No entanto, está ligada a um desafio bem real do sector.

Muitos materiais de construção actuais combinam leveza com grande durabilidade - e é precisamente por isso que se tornaram tão comuns.

O problema é que a sua produção exige, muitas vezes, quantidades elevadas de energia e, no fim do ciclo de vida, a reciclagem tende a ser complexa. Uma parte significativa desses resíduos pode permanecer no ambiente durante décadas.

De resíduos de cacto a material de construção

Para reduzir a poluição associada a estes produtos, investigadores têm vindo a estudar alternativas de origem vegetal capazes de desempenhar funções semelhantes. O foco mais recente recai sobre resíduos agrícolas da figueira-da-índia.

No interior das palmas (as partes achatadas do cacto) existe uma malha de fibras naturais com uma função essencial na própria planta. É essa rede que a ajuda a manter-se erecta e a resistir a ventos fortes em climas secos.

A equipa considera que essas mesmas estruturas podem, no futuro, servir de reforço em produtos para a construção.

O autor principal do estudo, Matt Hutchins, é especialista no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Bath.

“Dentro das palmas achatadas do cacto existe uma rede fibrosa que ocorre naturalmente. Estas fibras formam uma estrutura semelhante a um favo de mel, que ajuda a planta a suportar o seu próprio peso e a resistir à flexão com ventos fortes”, afirmou Hutchins.

“Estamos a explorar como extrair estas estruturas e mantê-las intactas, aproveitando as suas propriedades naturais para reforçar compósitos de base biológica.”

Porque é que os resíduos de cacto são importantes

As fibras naturais não são novidade na engenharia. Já foram testadas fibras de linho, cânhamo e outras plantas como alternativas a materiais sintéticos.

Ainda assim, cultivar essas espécies continua a implicar utilização de terras agrícolas, água, pesticidas e fertilizantes. Ao recorrer a material de cacto descartado, a lógica muda.

A figueira-da-índia, conhecida cientificamente como Opuntia ficus-indica, cresce rapidamente e adapta-se bem a ambientes quentes e secos, onde muitas culturas têm dificuldade.

Durante a produção alimentar - ou para evitar que a planta se alastre de forma demasiado agressiva - os agricultores podam ou removem grandes quantidades de material. Em regra, esse resíduo tem pouco ou nenhum valor.

Materiais sustentáveis para a construção

À medida que, em várias regiões do mundo, as condições climáticas se tornam mais quentes e secas, é também expectável que a figueira-da-índia se expanda para novas áreas.

Isso pode traduzir-se numa oferta ainda maior de resíduos vegetais por aproveitar.

“Embora os benefícios dos materiais sustentáveis, de base biológica, sejam bem conhecidos, a sua utilização na construção continua limitada”, disse o Dr. Fulvio Pinto, responsável pela colaboração internacional que sustenta o projecto.

“Esperamos que, ao incorporar plantas de origem regional ou com relevância cultural, consigamos não só reduzir o carbono incorporado nos materiais de construção, como também aumentar a adopção de materiais naturais em aplicações de engenharia civil.”

Extrair fibras resistentes de um cacto

Transformar resíduos de cacto em algo útil não se resume a abrir uma palma e misturá-la com plástico.

Antes de mais, os investigadores precisaram de definir como retirar as fibras sem destruir a estrutura em favo de mel que lhes confere resistência.

Para isso, a equipa comparou dois métodos de extracção. Um deles foi a maceração em água (water retting), um processo usado há séculos no linho.

O material vegetal permanece submerso durante várias semanas, enquanto o tecido mais macio se vai degradando lentamente, deixando as fibras.

Optimizar o processo de extracção

O segundo método recorreu a variações de pressão da água para remover muito mais depressa a parte macia. Com esta abordagem, o tempo de processamento diminuiu em cerca de 90%. Ainda assim, a rapidez não foi o único critério.

A maceração mais lenta em água originou fibras mais limpas e mais resistentes, com menos resíduos remanescentes - resíduos esses que podem fragilizar o material final.

Os investigadores observaram igualmente que palmas mais antigas funcionavam melhor do que as mais jovens, por terem fibras mais fortes e mais fáceis de separar.

Este ponto é relevante porque a resistência do compósito final depende, em grande medida, de as fibras se manterem o mais intactas possível ao longo do processamento.

Possíveis aplicações do dia a dia

Quando as fibras de cacto foram incorporadas em plásticos, os resultados surpreenderam a equipa. O compósito tornou-se mais rígido e mais resistente do que cada um dos componentes isoladamente, sobretudo em esforços de flexão e em impactos ligeiros.

Ainda assim, estes compósitos não rivalizam com a fibra de carbono em contextos de grande solicitação. Não foram concebidos para componentes aeronáuticos nem para suportes estruturais pesados.

Em contrapartida, podem enquadrar-se em muitos usos quotidianos, nos quais o baixo custo e o menor impacto ambiental são mais importantes do que uma resistência extrema.

Entre as aplicações possíveis estão painéis leves para paredes, revestimentos exteriores, peças interiores para automóveis e equipamento desportivo, como núcleos de pranchas de surf.

Um material com atractivo visual

Segundo os investigadores, o material destaca-se também pela aparência, uma vez que o padrão natural em favo de mel do cacto continua visível após o processamento.

“Para além da rigidez mecânica, estes compósitos são bastante agradáveis do ponto de vista estético, com a estrutura natural em favo de mel do cacto ainda visível no produto final”, afirmou Omar Elhawary, que está a estudar o desempenho do material à tracção e à flexão.

“O apelo visual desta investigação já captou a atenção do público; uma imagem do compósito reforçado com cacto foi exibida no exterior da estação de Bath Spa, em Novembro passado, no âmbito do concurso ‘Imagens da Investigação’ da Universidade, destacando a intersecção entre engenharia e arte sustentável.”

O impulso para uma construção mais verde

A construção é responsável por uma fatia significativa das emissões globais de carbono. Uma parte importante não vem apenas do funcionamento dos edifícios, mas também da produção dos materiais usados para os erguer - aquilo a que os engenheiros chamam carbono incorporado.

Este contexto tem levado cientistas, em todo o mundo, a procurar alternativas feitas a partir de recursos renováveis ou de resíduos.

Há equipas a testar isolamento baseado em fungos, estruturas de bambu, plásticos reciclados e fibras vegetais.

Os compósitos de cacto inserem-se nesse movimento mais amplo.

Próximas linhas de investigação

A equipa pretende continuar a avaliar de que forma as fibras de cacto aderem a polímeros usados na construção e como estes materiais se comportam quando são esticados ou flectidos sob carga.

Em paralelo, estão a ser explorados métodos de fabrico que, no futuro, possam ser escalados para níveis industriais.

Se a tecnologia resultar, é possível que edifícios do futuro incluam discretamente componentes feitos a partir de uma planta que muitos associam mais a desertos do que a laboratórios de engenharia.

O projecto integra um esforço de investigação mais alargado, ligado ao Centro de Design Regenerativo e Engenharia para um Mundo com Impacto Líquido Positivo e à Universidade de Catânia, na Sicília.

O estudo completo foi publicado na Revista de Fibras Naturais.