O desenvolvimento de bioprodutos é necessário para reduzir a dependência de recursos fósseis e mitigar impactos ambientais. A diversificação e uso de matérias-primas renováveis, como a biomassa lignocelulósica e resíduos agroindustriais, ampliam as possibilidades de inovação tecnológica, promovendo a geração de novos produtos de alto valor agregado.
 

No setor florestal, entre os produtos obtidos a partir da conversão de madeira e/ou biomassa florestal, destacam-se a celulose, o papel, o carvão vegetal e os painéis de madeira. No entanto, coprodutos desses processos de conversão também podem ser utilizados na geração de produtos.
 

O processo kraft é destaque e amplamente utilizado para produção de celulose. Nesse processo temos como coproduto a lignina kraft, a qual apresenta grande potencial em aplicações de alto valor agregado. Com base no conceito de biorrefinaria, diversos estudos estão sendo realizados para desenvolver usos mais amplos para a lignina kraft. Em muitos casos, é necessário ajustar o processo de extração ou adicionar uma etapa ao processo para atender a um requisito específico. Quando o objetivo é melhorar a reatividade e a homogeneidade da lignina kraft para competir com derivados de petróleo, técnicas de despolimerização e modificação química devem ser adotadas. 

Entre os estudos que desenvolvemos com a lignina kraft, temos com destaque a sua modificação química para aumento da sua reatividade e homogeneidade, proporcionando excelentes resultados na sua aplicação em adesivos para colagem de madeira. 

Além disso, aplicações recentes de aditivação de biocompósitos têm gerado resultados promissores para sua aplicação em embalagens, com características de excelente proteção aos raios ultravioleta e antioxidantes. Através da lignina kraft também desenvolvemos lignossufonatos para aplicação no setor de construção civil e baterias sustentáveis. 

Além da lignina kraft, outros coprodutos gerados no processo kraft também apresentam potencial para diferentes aplicações. Entre eles destacam-se os lodos primários e biológicos provenientes do tratamento de efluentes da indústria, que são materiais predominantemente orgânicos, além dos resíduos inorgânicos como dregs e grits. 

O lodo primário caracteriza-se por possuir elevado teor de fibras, o que possibilita seu reaproveitamento na produção de papéis de menor exigência técnica, como papelão e materiais para embalagem. Esse material também pode ser incorporado em matrizes poliméricas para a produção de compósitos e biocompósitos. Outra alternativa consiste na sua conversão por processos termoquímicos para a produção de biochar, o qual, quando submetido à ativação química, pode atuar como material adsorvente aplicado no tratamento de água e efluentes, como observado em nossos estudos. 

Quando o lodo primário é misturado ao lodo biológico e a outros resíduos orgânicos gerados no processo kraft, como cascas, nós e palitos de madeira, esses materiais podem ser direcionados para processos de compostagem, gerando insumos orgânicos com potencial de aplicação no setor silvicultural. De forma complementar, os resíduos inorgânicos, como dregs e grits, também podem ser aproveitados, especialmente como materiais corretivos ou condicionadores de solo. 

De maneira semelhante ao que ocorre na indústria de celulose, os processos de conversão termoquímica da biomassa florestal também geram diferentes coprodutos com potencial de utilização. No processo de carbonização, destinado à produção de carvão vegetal, temos como coprodutos os gases não condensáveis e os gases condensáveis. Na pirólise lenta, são gerados aproximadamente 40% de gases condensáveis, sendo cerca de 15–35% de licor pirolenhoso e 5–12% de alcatrão, os quais podem ser convertidos, por diferentes rotas químicas, em combustíveis e produtos químicos de alta demanda industrial.
 

Atualmente, o uso mais comum do alcatrão é como óleo combustível em caldeiras para geração de calor, servindo como alternativa renovável aos combustíveis fósseis. No entanto, apresenta potencial para aplicação nas indústrias alimentícia, farmacêutica, de biocombustíveis e na geração de derivados químicos, devido à presença de diversos compostos, incluindo fenóis, alcoois, cetonas, aldeídos, ácidos, entre outros. 
 

Dentre os nossos estudos em desenvolvimento, destacamos os métodos de separação e purificação do alcatrão, estudos de estabilidade e caracterizações através de técnicas analíticas avançadas para direcionamento desse coproduto para diferentes aplicações de alto valor agregado. 

O líquido pirolenhoso, por sua vez, é um coproduto de caráter ácido, composto por aproximadamente 80% de água e por uma ampla diversidade de compostos químicos, entre os quais se destacam o ácido acético, o furfural e diferentes compostos fenólicos, como o guaiacol. 

Atualmente, o líquido pirolenhoso é comercializado principalmente para uso no setor agrícola, onde é empregado como bioinsumo, contribuindo para o desenvolvimento das plantas, melhoria das propriedades do solo e auxílio no controle de pragas e doenças. No entanto, sua composição química também indica potencial de aplicação em áreas como a cosmética e a farmacêutica. Em pesquisas desenvolvidas pelo nosso grupo, tem sido observado que esse material, independentemente da biomassa de origem, apresenta atividade antioxidante, anticancerígena e antimicrobiana. 

Além disso, o material demonstra capacidade de inibir a formação e promover a desarticulação de biofilmes formados por bactérias e fungos, estruturas frequentemente associadas a infecções persistentes devido à sua elevada resistência aos antimicrobianos convencionais. 
 

É importante destacar também que a taxa de aquecimento, a temperatura de pirólise, bem como o tempo e a temperatura de armazenamento são fatores que influenciam as características físicas, químicas e bioativas do líquido pirolenhoso, representando um dos principais desafios para sua utilização, em razão de sua elevada instabilidade composicional. Para além dos coprodutos gerados nos processos industriais, a própria cadeia de produção florestal também gera resíduos com potencial de valorização. 

Entre eles destaca-se a casca das árvores, material que atualmente é frequentemente deixado no campo durante a colheita ou direcionado para queima em caldeiras para geração de energia. No entanto, a casca pode servir de fonte de compostos químicos, especialmente compostos fenólicos, com destaque para os taninos. Em particular, os taninos condensáveis apresentam elevada reatividade química, o que favorece diferentes interações e amplia suas possibilidades de uso. Entre as aplicações já estabelecidas estão o curtimento de peles na indústria do couro e a produção de adesivos naturais para produtos de madeira.
 

Além disso, quando cationizados, os taninos podem atuar como coagulantes no tratamento de água e efluentes, como destacado em nossas pesquisas. Esses compostos também apresentam propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias e antimicrobianas, como constatado em estudos desenvolvidos pelo nosso grupo, o que reforça seu potencial para o desenvolvimento de produtos bioativos destinados ao tratamento de doenças. Vale destacar que, além de buscarmos novos usos para esses compostos, também investigamos a identificação de espécies vegetais que possam servir como fontes de taninos, bem como o desenvolvimento de métodos de extração mais eficientes e menos nocivos ao meio ambiente.
 

Nesse cenário de valorização de compostos naturais e desenvolvimento de novos materiais, a nanotecnologia também gera oportunidades no desenvolvimento de bioprodutos. Materiais em escala nanométrica possuem propriedades diferentes do seu material de origem, potencializando sua atuação em materiais renováveis. Nossos estudos já evidenciaram o uso de nanoceluloses nas indústrias farmacêutica e de papel, de nanoligninas em sensores, compósitos e adesivos, e de nanotaninos, que vêm sendo investigados principalmente por suas propriedades antioxidantes, antimicrobianas e pela possibilidade de aplicação em sistemas funcionais e materiais bioativos. Esses avanços representam perspectivas promissoras para o futuro dos materiais renováveis.

Entretanto, apesar do grande potencial de aplicação desses materiais, entendemos que ainda existem desafios para sua utilização em larga escala, especialmente relacionados ao nível tecnológico necessário para viabilizar processos mais eficientes de conversão e aproveitamento. Outro desafio refere-se à variabilidade de composição desses materiais, uma vez que, por se tratar majoritariamente de coprodutos ou resíduos, suas características podem variar conforme a matéria-prima e as condições de processamento. Ainda assim, pesquisas desenvolvidas por nós têm buscado compreender essas variações e identificar formas mais adequadas de utilização desses materiais, visando agregar valor, ampliar suas aplicações e contribuir para o desenvolvimento de novos produtos alinhados aos princípios da química verde, da economia circular e de sistemas produtivos mais sustentáveis.