15 de fevereiro de 2025
Como o setor de embalagens pode reduzir de forma responsável sua pegada ecológica? A ciência dos materiais está repleta de ideias inovadoras.
Algumas das maiores descobertas científicas vieram do trabalho em equipe, e o setor de embalagens para alimentos e bebidas está repleto de oportunidades para inovação colaborativa. Ao integrar sustentabilidade, desenvolvimento de materiais e segurança alimentar, o setor deu grandes avanços na redução da pegada de carbono e melhoria da reciclabilidade das embalagens. Mas há muito espaço para mais inovações.
“Colaboramos com os principais cientistas e pesquisadores de diversas áreas para explorar as mais recentes tecnologias e novos materiais, para que possamos continuar a desenvolver nossas embalagens cartonadas em direção às embalagens de alimentos
mais sustentáveis do mundo1,” explica Joakim Tuvesson, vice-presidente de materiais e embalagens da Tetra Pak.
Aprendendo com o passado para inovar no futuro
O campo da ciência dos materiais deu saltos e avanços no último século. Nossa compreensão do uso potencial dos materiais está anos-luz à frente do que estava décadas atrás, e isso oferece um amplo campo de oportunidades para os pesquisadores.
“Basta pensar em Bill Hoyt, o atleta olímpico vencedor do ouro no salto com vara em 1896, que usou uma vara de madeira de nogueira para atingir uma altura de 3,30 metros”, diz o professor Rajni Hatti-Kaul, professor de biotecnologia da Universidade de Lund. “Embora isso tenha sido impressionante há 130 anos, não é nada em comparação com os atletas de hoje, que usam bastões de fibra de vidro e carbono para alcançar mais de 6 metros!”
“Quanto mais materiais renováveis e recicláveis forem utilizados em embalagens, menor será sua pegada ecológica.”
Mas os avanços na tecnologia de materiais não estão isentos de desvantagens. Em escala global, estamos enfrentando desafios ambientais urgentes associados aos materiais modernos, especialmente os plásticos derivados de fontes baseadas em combustíveis fósseis. Esses materiais, derivados de fontes fósseis, representam hoje cerca de 4% das emissões globais de gases de efeito estufa.
Não basta criar um novo material da noite para o dia
Felizmente, esse dilema inspirou uma geração de pesquisadores de materiais inovadores a procurar oportunidades em outros lugares. Além da prioridade indiscutível de manter os padrões de qualidade e higiene, duas propriedades são particularmente cruciais no contexto da embalagem: renovabilidade e reciclabilidade. Quanto mais materiais renováveis e recicláveis puderem ser usados em uma solução de embalagem, mais leve será a pegada ecológica que ela deixará.
Mas, para ter sucesso no desenvolvimento de soluções de embalagem mais sustentáveis sem comprometer a segurança de alimentos, é preciso ter comprometimento, já que o tempo de espera para o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias costuma ser de até 20 anos. O velcro, por exemplo, levou 10 anos para ser pesquisado e desenvolvido.
Uma mudança para materiais mais renováveis
A minimização da pegada de carbono da embalagem começa no início, com os materiais que a compõem e a forma como são obtidos. Além disso, o setor está no caminho certo para desenvolver alternativas aos materiais à base de combustíveis fósseis que afetam menos o meio ambiente.
“Estamos apenas começando a arranhar a superfície, mas há um potencial maravilhoso em polímeros à base de plantas, para citar um, que pode ser criado usando química verde e engenharia metabólica de microrganismos”, diz o professor Hatti-Kaul. “Esses métodos permitem a produção de blocos de construção que podem ser usados em plásticos e oferecem uma alternativa viável e muito poderosa aos materiais de origem fóssil.”
“Geralmente, há um tempo de espera de até 20 anos quando se trata de desenvolver novos materiais e tecnologias.”
A Tetra Pak já avançou nesse campo, usando polímeros à base de plantas para tampas e revestimento de materiais de embalagem, além de desenvolver uma barreira à base de papel como alternativa à camada de folha de alumínio usada nas tradicionais embalagens cartonadas assépticas. E o futuro parece promissor: a pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais estão abrindo caminho para uma mudança sistêmica na produção de polímeros e na reciclagem sustentável.
“Por meio de novas técnicas e processos de produção, os pesquisadores estão trabalhando arduamente para ajudar a reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis”, acrescenta a professora Hatti-Kaul. “Isso realmente minimizaria o impacto ambiental dos materiais de embalagem.”
Reunindo especialistas em materiais e construtores de modelos
Trabalhar para incorporar uma proporção maior de materiais renováveis e recicláveis nas embalagens é apenas uma peça de um quebra-cabeça altamente complexo. Esse quebra-cabeça também deve incluir uma atenção meticulosa à segurança de alimentos. É essencial reunir especialistas em materiais, experimentadores e modeladores para criar simulações precisas sobre o comportamento dos materiais em aplicações reais.
“Estamos apenas começando a arranhar a superfície, mas há um potencial maravilhoso em polímeros de base orgânica, que podem ser criados usando química verde e engenharia metabólica.”
“Veja, por exemplo, o que acontece com os polímeros durante a deformação: são as mudanças e interações na escala das cadeias de polímeros que levam ao comportamento geral do material”, diz o professor Stephen Hall, professor de mecânica dos sólidos da Universidade de Lund. “Compreender as propriedades dos materiais a partir de suas escalas microestruturais relevantes sob diferentes condições é essencial para soluções de embalagem confiáveis, pois são essas propriedades que afetam a capacidade da embalagem de proteger os alimentos em seu interior.”
A tecnologia de raios X nos ajuda a entender quando os materiais se decompõem
Questões críticas, como a compreensão da relação entre a penetração de água e a deformação em materiais de papel, que é necessária para o desenvolvimento de embalagens à base de papel que sejam duráveis e recicláveis, dependem do que o professor Hall chama de “caracterização do material”. Esse processo envolve a compreensão das propriedades dos materiais sob diferentes condições, para avaliar a adequação do material a aplicações específicas.
É nesse ponto que técnicas experimentais avançadas, como a tomografia de raios X e a dispersão de raios X, entram em ação. Essencialmente permitindo a formação de uma imagem da estrutura interna de um objeto ou material, desde o nível atômico até a escala do produto, essas são algumas das principais técnicas usadas pelos especialistas da Max IV, uma instalação de pesquisa sediada na Universidade de Lund.
“A primeira etapa desse processo é medir a estrutura dos materiais, como embalagem cartonada e plástico, nas escalas atômica, molecular e microestrutural usando essas técnicas de raios X”, explica o professor Hall. “Em seguida, submetemos o material, por exemplo, ao calor, à umidade ou a outras condições ambientais, para observar quando e como eles mudam, se deformam ou se decompõem.”
Análise de dados com inteligência artificial
A Tetra Pak colabora com a Universidade de Lund para aplicar na prática o conhecimento gerado em instituições de pesquisa de renome mundial.
Em um dos primeiros projetos dessa parceria, os pesquisadores usaram inteligência artificial para analisar dados de dispersão de raios X. Esses dados revelam como fibras de madeira e polímeros se comportam sob diferentes condições de carga e modificação de material.
“Usando técnicas de raios X, podemos realmente observar as moléculas do material de embalagem e ver quando elas se quebram, se dissolvem ou se deformam.”
Os cientistas usam essas informações para determinar a resiliência dos materiais, que é uma das características mais importantes no que diz respeito à segurança das embalagens de alimentos. Quando a física dos materiais for capturada com mais precisão, os criadores de modelos poderão usar essas informações para desenvolver modelos sobre o comportamento do material, o que é fundamental para a tomada de decisões informadas sobre o desenvolvimento de materiais para embalagens.
Pesquisa que pode oferecer benefícios muito além das embalagens
Colaborações como essa não têm apenas o potencial de mudar o setor de embalagens; as implicações podem se estender muito além dele. O desenvolvimento de materiais renováveis e recicláveis pode definir novos padrões em setores como bens de consumo e saúde.
“Queremos usar materiais que possam ser obtidos de recursos renováveis e facilmente reciclados no final de seu ciclo de vida, mas isso é apenas uma parte de nosso objetivo geral”, diz Joakim. “O desafio não é apenas criar embalagens sustentáveis, mas redefinir todo o ciclo de vida dos materiais de embalagem.”
“O desenvolvimento de materiais totalmente renováveis e recicláveis tem o potencial de estabelecer novos padrões em vários setores, desde bens de consumo até a área da saúde.”
O conhecimento obtido com esses estudos também poderia acelerar a transição para uma economia circular. Esses avanços poderiam criar um efeito cascata, remodelando as expectativas dos consumidores para exigir que as empresas melhorem a sustentabilidade de suas operações e produtos e, por fim, influenciando as políticas regulatórias para que se alinhem com o que é melhor para a saúde humana e para o planeta.
Se você quiser saber mais sobre a ciência do desenvolvimento de materiais de embalagem, leia nosso artigo sobre segurança de embalagens de alimentos. Veja como nossos especialistas garantem que embalagens mais sustentáveis mantenham a segurança dos alimentos.
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