Planta piloto de Grafeno em Minas Gerais impulsiona desenvolvimento industrial em nanotecnologia

O grafeno é um material formado por um arranjo de átomos de carbono em uma estrutura hexagonal na forma de favos de mel, com espessura de apenas um átomo de carbono. Mais especificamente, uma folha de grafeno isolada tem espessura de apenas 0,37 nm (1 nanometro = 0,0000000001 metros), sendo classificado como um nanomaterial. Devido à sua estrutura hexagonal planar, e ao fato das ligações químicas carbono-carbono serem as mais fortes encontradas na natureza, o grafeno tem inúmeras propriedades que o qualificam como material de alto desempenho mecânico, elétrico e térmico além de ser um material quimicamente inerte e extremamente impermeável.

O grafite, por sua vez, é formado pelo empilhamento dessas folhas de grafeno, justapostas de tal forma que ocorre uma forte interação entre elas. Há, portanto, uma associação íntima entre esses dois materiais, o que torna possível produzir o grafeno através da delaminação ou clivagem controlada do grafite.

A produção de grafeno a partir da grafita natural e o fomento ao desenvolvimento de suas aplicações, além de agregar enorme valor ao mineral, habilita a criação de uma nova cadeia de negócios em torno das suas aplicações. O valor atual de mercado do grama de grafeno chega a ser 1.000 vezes maior do que o do grafite e um dos grandes desafios atuais é justamente reduzir o custo do grafeno e aumentar sua disponibilidade para que ele possa ser largamente utilizado. De acordo com o estudo de mercado da DataM Intelligence 4Market Research, projeta-se que o mercado mundial de grafeno seja de R$ 1,1 bilhão até 2025, com crescimento médio anual de 32%.

Desde junho de 2016, a CODEMGE (Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais) investe em um projeto em parceria com a UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) e o CDTN (Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear), chamado MGgrafeno, cujos objetivos são o desenvolvimento de uma tecnologia para a produção de grafeno de alta qualidade e baixo custo, de forma reprodutível e escalável; e a demonstração de algumas aplicações chave usando o nanomaterial produzido. O projeto MGgrafeno nasce de uma diretriz da CODEMGE de valorizar e agregar valor aos minerais de Minas Gerais. O Brasil possui uma das maiores reservas mundiais de grafite e responde pela terceira maior produção do mineral atualmente, sendo que Minas Gerais lidera a produção brasileira, contribuindo com mais de 70% do grafite produzido.

A alta produção de grafite em Minas Gerais, somado ao fato da UFMG e do CDTN serem pioneiros e terem tradição consolidada em estudos e aplicações de nanocarbono, faz do estado, o ambiente ideal para o desenvolvimento da pesquisa e instalação de uma planta de grafeno.

Situado em Belo Horizonte, o projeto receberá R$ 21,3 milhões em investimentos até meados de 2019, com expectativa de renovação, dado os resultados expressivos que estão sendo obtidos. A qualidade do material produzido é no mínimo equivalente e, em muitos casos, superior à dos grafenos disponíveis no mercado mundial.

Atualmente, já operamos em uma planta piloto, sendo a primeira para produção de grafeno no Brasil. O processo gera dois nanomateriais: o grafeno e as nanoplacas de grafeno, com capacidade instalada de aproximadamente 35 kg/ano e 110 kg/ano, respectivamente. Além de já ter superado as metas do projeto em termos de produção, o processo desenvolvido é facilmente escalável, sendo prevista uma expansão considerável nos próximos três anos. O processo é baseado em água, 100% do resíduo produzido é reutilizado ou reciclado e 100% da água utilizada retorna ao processo. Isso torna a planta ecologicamente correta e sustentável e, até onde se pode afirmar, é a única no mundo com essas características.

Algumas Aplicações

Para que se compreenda a importância dessa planta piloto e dos resultados do MGgrafeno, é necessário conhecer as aplicações dos materiais produzidos. Os principais campos de aplicação são em eletrônica, geração e armazenamento de energia e compósitos, áreas onde o projeto MGgrafeno já desenvolveu e demonstrou a adequação do material produzido na planta piloto.

O método utilizado para a produção do grafeno em Minas Gerais é adequado para aplicações no setor eletrônico, como na confecção de sensores para o monitoramento de gases, metais, moléculas orgânicas e inorgânicas e biomoléculas. A elevada condutividade elétrica deste tipo de grafeno também permite sua aplicação em eletrônica impressa, na produção de dispositivos vestíveis (wearables), tecidos inteligentes e na confecção de eletrodos e filmes finos condutivos.

O setor de energia e armazenamento, segundo os estudos de mercado mais atuais, é onde se concentra o maior potencial econômico e tecnológico de aplicação do grafeno, uma vez que esse material apresenta elevada área superficial, boa estabilidade química e alta condutividade elétrica. Esses desenvolvimentos irão permitir um aumento significativo da capacidade de armazenamento de energia elétrica em baterias mais seguras, leves e compactas, cobrindo uma gama de utilizações que vai desde o setor de eletro-eletrônica até o de mobilidade em veículos elétricos.

Outra área de aplicação do grafeno é nos materiais compósitos, onde é incorporado a um material hospedeiro, como matrizes poliméricas, cerâmicas ou metálicas, modificando e melhorando suas propriedades. Nos polímeros, por exemplo, a incorporação do grafeno possibilita a obtenção de materiais muito mais resistentes mecanicamente, com a vantagem de poder introduzir, concomitantemente, outras propriedades, como impermeabilidade a gases e condutividade elétrica. Pode-se utilizá-lo para a fabricação de partes de aeronaves, veículos automotores e de materiais de construção civil, como cimento, refratários e tintas.

Um ponto essencial para o desenvolvimento de aplicações que de fato têm potencial para atingir o mercado e criar novos negócios é a formação de parcerias para pesquisas conjuntas com empresas. Com mais de dois anos de pesquisas e desenvolvimento, o MGgrafeno já formou, ou está em processo de formação, de mais de dez parcerias de desenvolvimento de aplicações com empresas nacionais e multinacionais, desde empresas de grande porte até startups.

O Projeto MGgrafeno

Tendo à frente como pesquisadores principais os doutores Adelina Pinheiro Santos, Clascídia Furtado do CDTN e os Prof. Daniel Elias, Prof. Flávio Plentz e Prof. Luiz Gustavo Cançado do Departamento de Física da UFMG, o projeto MGGrafeno integra uma equipe de mais de 51 profissionais, sendo 20 deles doutores em áreas relacionadas ao grafeno e áreas correlatas

Para mais informações, entrar em contato pelo endereço contato@mggrafeno.com.br.

Website: https://www.linkedin.com/company/mggrafeno