Feito a partir do minério de grafite, o grafeno é um material super flexível, resistente, impermeável e inovador. Apresenta uma estrutura com arranjo de átomos de carbono dispostos em formato hexagonal, com a espessura de apenas um átomo de carbono, o que lhe confere características excepcionais de leveza, transparência e resistência. “As ligações químicas carbono-carbono são as mais fortes encontradas na natureza. Por essas características, o grafeno tem múltiplas propriedades que o qualificam como um material de alto desempenho mecânico, elétrico e térmico”, explica o professor Flávio Plentz, do Departamento de Física da UFMG. Ele é um dos coordenadores do projeto MGgrafeno – iniciativa pioneira para desenvolvimento da tecnologia e implantação da primeira fábrica de grafeno no Brasil.
Produção de grafeno em MG
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 mil vezes maior do que o do grafite”, conta Plentz. 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%.
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, somado ao fato de a UFMG e o Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear/Comissão Nacional de Energia Nuclear (CDTN/CNEN) serem pioneiros e terem tradição consolidada em estudos e aplicações de nanocarbono, faz do estado o ambiente ideal para a pesquisa e instalação de uma planta de grafeno. E com o intuito de valorizar e agregar valor aos minerais do Estado, a Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais (Codemge) investe no projeto MGgrafeno.
“Um dos grandes desafios atuais é justamente reduzir o custo do grafeno e aumentar sua disponibilidade para que ele possa ser largamente utilizado”, conta Plentz, explicando que os objetivos do projeto 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.
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. Segundo Plentz, a qualidade do material produzido é no mínimo equivalente e, em muitos casos, superior à dos grafenos disponíveis no mercado mundial. A Fundep realiza a gestão-administrativo-financeira otimizada do projeto, conduzindo atividades desde as áreas financeira, compras, importações, gestão de pessoal, jurídica, prestação de contas, entre outras. “No MGgrafeno, a Fundação participou ativamente das discussões com a Codemig, CTIT, UFMG e CDTN, contribuindo para a construção de um modelo de contratação que contemplasse as exigências do órgão financiador e das procuradorias jurídicas e, ao mesmo tempo, atendesse às prerrogativas do novo Marco Legal de Ciência e Tecnologia”, diz a analista de projetos Marina Bicalho.
“Contamos com a Fundep para poder utilizar os incentivos estabelecidos na lei de inovação tecnológica. Esses incentivos estimulam a aplicação de recursos tanto de empresas públicas quanto privadas nesses projetos”, diz o prof. Flávio Plentz. Também estão à frente como pesquisadores principais do MGgrafeno os Prof. Daniel Elias e Prof. Luiz Gustavo Cançado, do Departamento de Física da UFMG, as doutoras Adelina Pinheiro Santos e Clascídia Furtado do CDTN, o professor Omar Parnaíba do Departamento de Ciência e Computação da UFMG e o Prof. Guilherme Frederico Lenz e Silva do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da USP
Planta piloto pioneira no Brasil
O MGgrafeno já opera 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. De acordo com o pesquisador, 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.”
Mais aplicações
Segundo Plentz, os principais campos de aplicação do Grafeno 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, de acordo com 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. Conforme os cientistas, 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 está formando mais de dez parcerias de desenvolvimento de aplicações com empresas nacionais e multinacionais, desde empresas de grande porte até startups”, diz Plentz. Indústrias e empresas são convidadas a fazerem parcerias para aproveitarem as oportunidades de desenvolvimento de produtos e processos à base de grafeno. Informações pelo e-mail: contato@mggrafeno.com.br.