ESTUDO DA LIGNINA E SEU POTENCIAL COMO
BIOADITIVO PARA USO EM MISTURAS ASFALTICAS
Therezinha Maria da Silva Dias
Ben-Hur de Albuquerque e Silva
Marcelo de Miranda Reis
ESTUDO DA LIGNINA E SEU POTENCIAL COMO BIOADITIVO PARA USO
EM MISTURAS ASFALTICAS
Therezinha Maria da Silva Dias
Ben-Hur Albuquerque e Silva
Marcelo de Miranda Reis
Programa de Engenharia de Transportes – PGT
Instituto Militar de Engenharia - IME
RESUMO
Este estudo aborda o potencial da lignina como bioaditivo para uso em misturas asfalticas, analisando suas
propriedades físicas e mecânicas. A lignina é um polímero natural de baixo custo e subproduto da indústria de
papel e celulose, que gera toneladas desta, que são reprocessadas e transformadas em energia. Menos de 2%
desta produção é utilizada comercialmente. Segundo Furlan (2014), o governo brasileiro precisará investir R$72
bilhões até 2020 para tornar a infraestrutura adequada e diminuir os custos em logística em torno de R$15
bilhões ao ano no transporte de produtos agrícolas. O modal rodoviário é responsável por 67% nos transporte de
cargas no Brasil e demanda grandes quantidades de materiais para execução e conservação de suas rodovias.
Desta forma, é importante buscar materiais não convencionais que atendam as normas técnicas para uso em
misturas asfalticas, e a lignina pode contribuir para esta demanda e evitar os custos no reprocessamento desta.
1. INTRODUÇÃO
O Ministério dos Transportes (2014) divulgou que o Governo Federal tem investido em
Logística, com amplas concessões em aeroportos, rodovias, ferrovias, portos e energia, com o
objetivo de superar os gargalos no transporte de carga, buscando o aumento da produtividade
e competitividade da economia. O investimento do Governo Federal previsto para estas obras
de infraestrutura somam R$ 21,6 bilhões de reais entre 2011 a 2014.
Diante deste cenário de prosperidade e com a expansão dos projetos e das obras em
infraestrutura e conseqüentemente no setor rodoviário, aumenta também o mercado da
Indústria de Pavimentação Asfáltica e toda a cadeia deste segmento tende a se expandir.
Uma tendencia atual na engenharia rodoviária é a busca por novas tecnologias construtivas e
de conservação sustentáveis, duráveis e econômicas, adaptadas à realidade nacional. Neste
sentido, as pesquisas para uso de materiais não convencionais tem mostrado que o emprego de
resíduos ou subprodutos de outras atividades produtivas podem trazer ganhos no desempenho
estrutural, funcional, sendo possível, em alguns casos, uma diminuição do custo do
pavimento. Isto com a vantagem adicional dos benefícios para o meio ambiente. Desta forma,
materiais não convencionais tem sido empregados em vias de tráfego intenso e/ou pesado,
aeroportos ou pistas com tráfego menos intenso e bem mais leve. A lignina é um exemplo de
subproduto da indústria de papel e celulose. Segundo a BRACELPA (2014), em 2013 foram
produzidos 10,3 milhões de toneladas de papel e outros 10,30 milhões toneladas aproximada
de lignina. Uma parte desta produção de lignina é reprocessada e transformada em energia e
menos de 2% desta é utilizada comercialmente. O emprego da lignina como bioaditivo pode
trazer uma nova opção a ser incorporada as misturas asfalticas.
2. OBJETIVO E JUSTIFICATIVA
Este estudo tem como objetivo pesquisar o uso da lignina como material não convencional
para utilização como bioaditivo (bioantixidante) agregando propriedades físicas e mecânicas
as misturas asfálticas.
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Como resultado do crescimento populacional e de hábitos de consumo cada vez menos
sustentáveis, observa-se um aumento na exploração industrial dos recursos naturais e
consequente aumento da geração de resíduos e subprodutos neste processo de produção. Com
o aumento no rigor na ação dos órgãos de controle ambiental para cumprimento da legislação
em vigor, o descarte adequado destes resíduos ou subprodutos tem onerado as empresas e,
geralmente, comprometido a vida útil dos aterros sanitários brasileiros.
Segundo a ANTT (2014), as concessionárias rodoviárias, além de observar as questões
ambientais presentes nos contratos, devem também observar as orientações relativas ao
tratamento da questão ambiental contidas no Programa de Exploração da Rodovia (PER).
Levando em consideração, a crescente escassez de matéria prima para a execução de obras
rodoviárias e a rigidez dos órgão ambientais no licenciamento de novas atividades produtivas,
uma pesquisa do aproveitamento da lignina em misturas asfalticas pode mostrar novas
descobertas com ganhos econômicos e ambientais.
Desta forma o reuso de resíduos ou subprodutos de outros processos produtivos, além dos
ganhos econômicos, pode agregar sustentabilidade à rodovia e auxiliar na obtenção de novos
contratos pelas concessionárias em licitações públicas.
3. METODOLOGIA DA PESQUISA
Para atingir o objetivo proposto serão realizados estudos, conforme as etapas a seguir:
Etapa 1 – Revisão bibliográfica de estudos, artigos, publicações sobre utilização da lignina
em pavimentação asfáltica;
Etapa 2 – Pesquisa das atividades produtivas que geram como subproduto a lignina.
Etapa 3 – Realização de ensaios em laboratório com o objetivo de caracterizar a lignina e
definir o potencial de uso desta como bioaditivo. Será pesquisado o percental de lignina que
pode ser adicionado a uma mistura asfáltica a quente sem comprometer o desempenho do
pavimento. Adicionalmente, serão verificados possíveis ganhos em termos de vida útil do
pavimento asfáltico e de diminuição do uso de ligantes em misturas asfálticas a quente;
Etapa 4 – Denifido o potencial de uso, será desenvolvido uma análise de custo-benefício em
termos econômicos e ambientais da adoção da mistura asfáltica com lignina em substituição a
mistura convencional na expansão da malha rodoviária brasileira.
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Segundo Souto (2013), a lignina é um polímero natural aromático complexo (Figura 1),
responsável por cerca de 30% dos carbonos da biosfera. Tem sua origem na desidrogenação
dos alcoóis cumarílico (unidade p-hidroxifenila), coniferílico (unidade guaiacila) e sinapílico
(unidade siringila).
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Figura 1.Estrutura das unidades fenilpropanóides p-hirdroxifenil, guaiacila e siringila.
Fonte: Souto (2013)
Segundo Souto (2013), existem diferentes tipos de extração/recuperação da lignina. Nenhum
deles permite obtê-la em sua forma nativa, como no vegetal, pois há interferência entre o
procedimento de isolamento químico e a estrutura das ligninas in situ (protolignina), o
processo de extração mais comum é o Kraft, utilizado nas indústrias de polpação, papel e
celulose, correspondendo a cerca de 85% da lignina recuperada no mundo.É um material
termoplástico, componente de recursos renováveis, uma macromolécula fenólica, com
estrutura complexa, heterogênea, tridimensional presente em todos os vegetais e ocupa a
posição de segunda macromolécula orgânica mais abundante da natureza.
Segundo Silveira (2009) a lignina apresenta um papel importante no transporte de água,
nutrientes e metabolitos, sendo responsável pela resistência mecânica de vegetais. Segundo
Zhao (2010), a lignina é um dos principais componentes das paredes das células vegetais
secundárias. Entre as plantas superiores, a lignina é geralmente considerada restrita às
angiospermas. As angiospermas são as plantas de maior ocorrência em nosso planeta,
apresentando-se nos mais diversos tamanhos, formas e ambientes. Diferentemente das
gimnospermas, são dotadas de flores e frutos. Silveira (2009) descreve a lignina (Figura 2)
como um dos principais componentes dos tecidos de gimnospermas e angiospermas,
ocorrendo em vegetais e tecidos vasculares. A lignina também pode ser definida com um
polímero derivado de unidades fenilpropanóides, que tem sua origem na polimerização
desidrogenativa do álcool coniferílico.
Figura 2. IlustraçãoLignina
Fonte:Silveira (2009)
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Segundo Souto (2013) as indústrias de papel e celulose geram, durante o seu processo,
toneladas de lignina como subproduto, porém menos de 2% desta é utilizada comercialmente.
O asfalto de petróleo é um material de base importante como componente de ligação e a
impermeabilização de pavimentos de estradas. Sendo um produto orgânico final do petróleo,
o asfalto pode perder as propriedades reológicas desejadas com o tempo devido ao
endurecimento oxidativo ou envelhecimento, que muitas vezes leva a um aumento da
viscosidade, a separação dos componentes e perda de coesão e adesão. Uma prática comum
para aliviar o envelhecimento asfalto hoje é o uso de diferentes aditivos químicos ou
modificadores como antioxidantes. O estado atual do conhecimento na oxidação de asfalto e
avaliação antioxidante está focada no monitoramento da degradação das propriedades físicas
do asfalto (a viscosidade e ductilidade). Pan (2012) considerou a lignina como um bioantioxidante para misturas asfalticas. Williams (2008), verificou que a lignina usada como um
antioxidante em misturas asfalticas pode ajudar a retardar o envelhecimento oxidativo do
pavimento e retardar falhas decorrente do endurecimento do asfalto.
5. RESULTADOS ESPERADOS
Caracterizar a lignina derivada da industria de papel e celulose, definir o potencial de seu uso
como bioaditivo. Obter o percental de lignina que pode ser adicionado a uma mistura asfáltica
a quente sem comprometer o desempenho do pavimento. Obter os possíveis ganhos em
termos de vida útil do pavimento asfáltico, diminuição do uso de ligantes em misturas
asfálticas a quente e avaliar o potencial de uso da lignina, em termos econômicos e
ambientais, considerando sua adoção em misturas asfálticas em substituição a mistura
convencional, na expansão da malha rodoviária brasileira.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRACELPA (2014), Associação Brasileira de Celulose e Papel, disponível <www.bracelpa.org.br>, consultado
em 17 jul 2014.
CABUS, J. (2012) Meio Ambiente/Transportes Terrestres no âmbito de atuação da ANTT-Relatório de Pesquisa,
REVISTA ANTT, volume 4-nº 1 e 2 Maio/Novembro, Brasil.
FURLAN, F. (2014) O Celeiro pode render mais, Revista EXAME, edição 1067/ANO 48, Rio de Janeiro,
Brasil.
Ministério dos Transportes Terrestres (2014), disponível em:<www.transportes.gov.br>, consultado em
10
jul 2014.
PAN, T.; SUN, L.; YU, Q.(2012) An atomistic-based chemophysical environment for evaluating asphalt
oxidation and antioxidants, Journal of Molecular Modeling, Washington, Estados Unidos da América.
WILIANS, C.; R. (2008) Using Lignin as an Asphalt Antioxidant, <www.ctre.iastate.edu>, consultado em 12 jul
2014.
SOUTO, F.; CALADO, V.;PEREIRA, N. (2013) Fibras de Carbono a Partir de Lignina: Uma Revisão da
Literatura, Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Rio de Janeiro Brasil.
ZHAO, Q.(2010) Syringyl lignin biosynthesis is directly regulated by a secondary cell wall master switch,
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
SILVEIRA, M. A.L.; MILAGRES, A.M.F.(2009) Obtenção e Caracterização de Lignina de Madeiras, Iniciação
Cientifica FAPESP, disponível em <www.cobeqic2009.feq.ufu.br>, consultado em 02 jun 2014
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Therezinha Maria da Silva Dias ([email protected])
Ben-Hur Albuquerque e Silva ([email protected])
Marcelo Reis ([email protected])
Instituo Militar de Engenharia
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