A nanotecnologia ainda pode ser muito útil para processos e na prática de uma mineração sustentável
Cenário atual da nanotecnologia na mineração
Ao analisarmos a contribuição atual da nanotecnologia na mineração, poucos são os exemplos de investimentos em pesquisas que focam na melhoria dos processos que envolvem a atividade minerária em si.
Talvez isso aconteça pelo fato de a mineração ser um setor da economia bem estabelecido, que valoriza a inovação incremental, buscando, na maioria das vezes, menor custo de processo, atendendo a seu status de commodity. Essa visão vai à contramão da mentalidade atual de investimentos em pesquisa e desenvolvimento. Neste caso, o processo de P&D precisaria gerar resultado efetivo, atingindo o objetivo final que, muitas vezes, está relacionado à otimizações e à redução dos custos dos processos.
Fato é que para que esse processo de inovação tenha sucesso, é preciso vencer desafios que vão desde mudanças de mindset na indústria da mineração até a otimização de gestão de P&D, passando pela necessidade de uma melhor relação indústria x universidade.
Dessa forma, muitas inovações relacionadas à nanotecnologia na mineração encontram-se ainda restritas às universidades, precisando de investimentos para se tornar uma realidade no mercado. Estas inovações possuem grande potencial e mostram que a indústria de mineração e a nanotecnologia podem trabalhar juntas.
Grafita e grafeno podem contribuir para o uso da nanotecnologia na mineração
O grafeno pode ser útil para tecnologias de estocagem de energia, contribuindo para atender ao propósito de uma mineração sustentável.
Quando analisamos o produto da mineração, já é possível perceber uma movimentação em áreas específicas, como é o caso da mineração de grafita. O Brasil tem a terceira maior reserva mundial de grafita, um mineral estratégico. Ele tem chamado atenção, por exemplo, por ser um dos insumos de maior volume a ser utilizado nos anodos das baterias de íons de lítio. Existe uma necessidade urgente para a mitigação da dependência das tecnologias relacionadas à produção de baterias de íons de lítio e supercapacitores, aos recursos naturais limitados.
A nanotecnologia, neste caso, viabiliza a agregação de valor ao mineral, através de sua conversão em um nanomaterial. Dessa forma, é possível a utilização de menor quantidade do material, agora otimizado, para solucionar problemas cada vez mais desafiadores, como baterias cada vez menores e mais potentes. Esta é uma possibilidade concreta de efetivação de economia circular. É importante que ela se faça presente na realidade do Brasil, contribuindo para a transformação do cenário atual.
A produção de grafeno, além de outros nanocarbonos possíveis de serem obtidos a partir do grafite natural, configura-se como insumo potencial para as tecnologias relacionadas à estocagem de energia (como baterias e supercapacitores), entre outras. Assim, atendem ao propósito da mineração sustentável, promovendo a utilização de menos matéria-prima para soluções otimizadas para a sociedade.
Para o futuro: possibilidades de contribuição da nanotecnologia na mineração
Apesar de não serem realidade, pesquisas diversas relacionadas à nanotecnologia na mineração são realizadas na universidade.
Um exemplo destas inovações é a utilização do grafeno no revestimento de barreira, em brocas que realizam perfuração de poços e também para furos de sonda. Esses processos de perfuração podem ser demorados, especialmente quando se trata de um furo profundo. As brocas estão sujeitas a muita abrasão mecânica, calor e, em alguns casos, aumento da pressão. O grafeno protege essas brocas porque oferece estabilidade contra impacto, temperatura e espécies químicas ativas.
Há mais benefícios no uso do grafeno. Utilizando-se pouca quantidade em massa deste nanomaterial, atinge-se o aumento da vida útil e a diminuição da frequência de substituição das brocas.
Um método para isolar o ouro de fontes brutas, permitindo a extração sem a utilização de produtos químicos tóxicos, como o cianeto, utilizados em processo padrão, também foi alvo de alguns estudos. Pesquisadores misturaram alfa-ciclodextrina derivada do amido e um sal de ouro dissolvido (KAuBr4), que formaram agulhas individuais compostas por milhares de feixes de fios supramoleculares nanométricos (com 1,3 nm de diâmetro). Em cada fio, o íon de ouro é mantido unido no meio de quatro átomos de bromo, enquanto o íon potássio é cercado por seis moléculas de água; esses íons são imprensados de maneira alternada pelos anéis de alfa-ciclodextrina. O processo de síntese das agulhas é relativamente rápido e poderia ser viável comercialmente.
Outra área com potencial é a de aditivos lubrificantes. Na mineração, a utilização de máquinas pesadas exige lubrificação efetiva e regular de suas peças para evitar seu desgaste e degradação. As nanopartículas têm sido testadas para melhorar propriedades lubrificantes. Devido ao seu tamanho, passam facilmente por sistemas de filtragem e penetram em pequenos espaços entre as partes mecânicas. Dessa forma, estes nanomateriais atuariam como “pequenos rolos”, quando as peças mecânicas passam sobre elas.
O que já é realidade
A nanofiltração e a nanoflotação são utilizadas na mineração para purificação e extração de lítio do petróleo pesado de água residuais. A nanofiltração é o processo de separação que utiliza membranas para separar soluções heterogêneas e solutos dissolvidos na água. Neste caso a membrana é uma barreira seletiva e apresenta poros de dimensão nanométrica. Já a nanoflotação é uma técnica de separação de misturas. Ela consiste na introdução de bolhas de ar (com diâmetros nanométricos) a uma suspensão heterogênea de partículas. Essas partículas aderem às nanobolhas e formam uma espuma que, após ser removida da mistura, permite a separação dos componentes. A mineradora MGX, no Canadá, conta com as tecnologias que, juntas, desempenham com superioridade a remoção de contaminantes provenientes dos campos de petróleo e gás em relação a outros processos.
Segundo a empresa, “a tecnologia permite um tratamento de água a temperaturas extremamente altas (até 700 °C) entre 10 e 30 vezes a eficiência dos sistemas de ultrafiltração existentes e oferece inúmeros benefícios ambientais, incluindo remoção de contaminantes, recuperação de minerais, demanda de energia reduzida, pegadas menores e menor capital custos”. Dessa forma, a empresa concentrou, com sucesso, o lítio das águas residuárias do campo de petróleo Sturgeon Lake.
O laboratório Gübelin Gem Lab, na Suíça, lançou um método que utiliza nanotecnologia para rastrear a origem de esmeraldas, chamado Emerald Parternity Test. Essa nova tecnologia utiliza nanopartículas (com diâmetro de cerca de 100 nm) combinadas com DNA. Este ‘combinado’ é aplicado diretamente nos cristais em estado bruto, ainda na mina. As nanopartículas resistem aos processos de mineração, corte e polimento, já que penetram as fissuras do mineral. Na joia final produzida, o nanomaterial é conservado e permite o “teste de paternidade” da esmeralda, possibilitando a confirmação de sua origem. Testes realizados na maior mina de esmeraldas do mundo, a Kagem, na Zâmbia, comprovaram a sua eficiência.
Outras inúmeras tecnologias vêm sendo desenvolvidas com o uso de nanomateriais, para redução do impacto ambiental na mineração, para remoção de metais pesados presentes no processo de drenagem ácida de minas e também na recuperação de até 100% de metais preciosos contidos em minério.
Perspectivas para o futuro
A nanotecnologia na mineração ainda pode ser muito mais útil. O investimento é parte fundamental do processo. A falta dele é, provavelmente, uma grande barreira para que as inovações saiam dos laboratórios das universidades e possam contribuir efetivamente com essa indústria.
No Brasil, apesar dos impactos negativos dos rompimentos de barragens recentemente, a previsão é de que o setor receba, entre 2020 e 2024, 18% a mais de investimento do que o esperado para o período anterior, de 2019 a 2023.
Um incentivo extra para investimentos por parte das mineradoras pode ser a informação da Harvard Business Review de que o investimento em inovação é responsável por 38% das receitas e 61% dos lucros das empresas. Há também a Lei do Bem 11.196/05, que cria concessão de incentivos fiscais às pessoas jurídicas que realizarem pesquisa e desenvolvimento de inovação tecnológica. Segundo o MCTIC, até 2018 foram investidos mais de R$ 149 milhões em nanotecnologia por meio da utilização da Lei do Bem.