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

Os estaleiros de obra raramente nos fazem pensar em plantas de cacto. Ainda assim, há engenheiros que defendem que o material sobrante da produção agrícola de cacto figueira-da-índia pode abrir caminho a uma forma mais limpa e mais barata de fabricar materiais de construção.

À primeira vista, a proposta parece estranha. No entanto, nasce de um desafio muito concreto na área da construção.

Muitos materiais modernos usados em edifícios são leves e resistentes - precisamente por isso se tornaram tão comuns.

O problema é que, para os produzir, é necessária muita energia e, no fim da sua vida útil, a reciclagem é frequentemente complexa. Além disso, uma parte significativa desses resíduos pode manter-se no ambiente durante décadas.

De resíduos de cacto a material de construção

Para reduzir este impacto, investigadores estão a avaliar alternativas de base vegetal capazes de cumprir algumas das mesmas funções com menos poluição. O foco mais recente recai sobre resíduos agrícolas do cacto figueira-da-índia.

No interior das palas do cacto existe uma rede de fibras naturais que, na própria planta, já tem um papel essencial. É essa malha que ajuda o cacto a manter-se direito e a resistir a ventos fortes em climas secos.

A equipa considera que essas estruturas poderão, no futuro, servir para reforçar novos produtos destinados à construção.

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

“Inside the flat cactus pads is a naturally occurring fiber network. These fibers form a honeycomb-like structure that helps the plant support its own weight and resists bending in strong winds,” disse Hutchins.

“We’re exploring how to extract these structures and keep them intact, borrowing their natural properties to reinforce bio-based composites.”

Porque é que os resíduos de cacto são importantes

O uso de fibras naturais em engenharia não é novidade. Já foram testadas alternativas a materiais sintéticos com base em linho, cânhamo e outras plantas.

A dificuldade é que o cultivo dessas espécies continua a exigir terra arável, água, pesticidas e fertilizantes. Quando se recorre a material de cacto descartado, o cenário muda.

O cacto figueira-da-índia, conhecido cientificamente como Opuntia ficus-indica, cresce rapidamente e desenvolve-se bem em zonas quentes e secas, onde muitas culturas têm dificuldades.

Durante a produção alimentar, ou para impedir que as plantas se espalhem de forma demasiado agressiva, os agricultores acabam por podar ou remover grandes volumes de material. Em regra, esse desperdício tem pouco valor.

Materiais sustentáveis para a construção

À medida que, em muitas regiões do mundo, as condições climáticas se tornam mais quentes e mais secas, prevê-se também que o cacto figueira-da-índia passe a existir em mais áreas.

Isso poderá traduzir-se numa oferta ainda maior de resíduos vegetais sem utilização.

“Although the benefits of sustainable, bio-based materials are well-known, their use in construction is still limited,” afirmou o Dr. Fulvio Pinto, que lidera a colaboração internacional por detrás do projecto.

“We hope that by incorporating regionally sourced or culturally significant plants, we can not only reduce embodied carbon in building materials but also increase the adoption of natural materials in civil applications.”

Extrair fibras resistentes de um cacto

Converter resíduos de cacto em algo verdadeiramente útil não passa por abrir uma pala e misturá-la directamente num plástico.

Antes de mais, foi necessário perceber como retirar as fibras sem destruir a estrutura natural em forma de favo de mel que lhes dá robustez.

A equipa avaliou duas abordagens de extracção. Uma delas foi a maceração em água (water retting), um processo usado há séculos no linho.

O material vegetal fica submerso durante várias semanas; com o tempo, os tecidos mais moles degradam-se gradualmente, deixando as fibras.

Optimizar o processo de extracção

A segunda técnica recorreu a variações de pressão da água para lavar e remover mais depressa o material macio. Com isso, o tempo de processamento diminuiu em cerca de 90%. Ainda assim, a rapidez não era o único critério.

No método mais lento de maceração em água, obtiveram-se fibras mais limpas e mais fortes, com menos resíduos que poderiam fragilizar o material final.

Os investigadores verificaram também que as palas mais antigas funcionavam melhor do que as mais jovens, porque as fibras eram mais resistentes e separavam-se com maior facilidade.

Isto é relevante, uma vez que a resistência do compósito final depende muito do grau de integridade com que essas fibras chegam ao fim do processamento.

Possíveis aplicações no dia a dia

Quando as fibras de cacto foram incorporadas em plásticos, os resultados surpreenderam a equipa. O material ficou mais rígido e mais resistente do que qualquer um dos componentes isoladamente, sobretudo em situações de flexão e em impactos ligeiros.

Ainda assim, estes compósitos não conseguem competir com a fibra de carbono em contextos de grande esforço. Não foram concebidos para peças de aeronáutica nem para suportes estruturais pesados.

Em contrapartida, podem encaixar bem em muitas utilizações correntes, nas quais o baixo custo e a redução do impacto ambiental pesam mais do que a resistência extrema.

Entre as aplicações possíveis contam-se painéis de parede leves, revestimentos, componentes interiores para automóveis e equipamento desportivo, como núcleos de pranchas de surf.

Um material com atractivo visual

Segundo os investigadores, o material também se destaca visualmente, porque o padrão natural em favo de mel do cacto permanece visível após o processamento.

“Beyond the mechanical stiffness, these composites are quite aesthetically pleasing, with the natural honeycomb structure of the cactus still visible in the final product,” disse Omar Elhawary, que está a estudar o desempenho do material à tracção e à flexão.

“The visual appeal of the research has already captured public attention; an image of the cactus-reinforced composite was showcased outside Bath Spa train station last November as part of the University’s ‘Images of Research’ competition, highlighting the intersection of engineering and sustainable art.”

O impulso para uma construção mais verde

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

Esta realidade tem levado cientistas de todo o mundo a procurar alternativas produzidas a partir de recursos renováveis ou de materiais residuais.

Há equipas a testar isolamento com base em cogumelos, estruturas de bambu, plásticos reciclados e fibras vegetais.

Os compósitos reforçados com cacto inserem-se neste movimento mais amplo.

Próximas linhas de investigação

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

Em paralelo, estão a explorar métodos de fabrico que, no futuro, possam funcionar à escala industrial.

Se a tecnologia se confirmar, é possível que alguns edifícios venham a integrar discretamente componentes produzidos a partir de uma planta mais associada ao deserto do que a laboratórios de engenharia.

O projecto integra um esforço de investigação mais abrangente ligado ao Centre for Regenerative Design & Engineering for a Net Positive World e à Universidade de Catânia, na Sicília.

O estudo completo foi publicado no Journal of Natural Fibers.