Inovação para a Agricultura

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PinusResina

Entidade líder do projeto: ASSOCIAÇÃO BLC3 - CAMPUS DE TECNOLOGIA E INOVAÇÃO
Responsável pelo projeto: João Nunes
Área do plano de ação: Resina
Parceiros:

AIFF- ASSOC. PARA A COMPETITIVIDADE DA INDÚSTRIA DA FILEIRA FLORESTAL; BTS ­ BIOTECHNOLOGY AND SENSING FOR FOOD SAFETY AND HEALTH, LDA; FACULDADE DE FARMACIA DA UNIVERSIDADE DE LISBOA; INSTITUTO DE TECNOLOGIA QUIMICA E BIOLOGICA; RESIPINUS-ASSOCIAÇÃO DE DESTILADORES E EXPLORADORES DE RESINA; VOZ DA NATUREZA LDA;


Prioridade do FEADER: P2A) melhoria do desempenho económico de todas as explorações agrícolas e facilitação da restruturação e modernização das explorações agrícolas, tendo em vista nomeadamente aumentar a participação no mercado e a orientação para esse mesmo mercado, assim como a diversificação agrícola;
Identificação do problema ou oportunidade que se propõe abordar:

A resina é um importante recurso do pinhal nacional, mas a falta de capacidade de inovação na sua transformação e diferenciação em outros mercados têm conduzido a oscilação significativa no mercado de exploração. A resina de goma (RG) é a forma sólida da oleoresina de pinho. A colheita de oleoresina inclui a realização de estrias na casca, expondo a interface entre o xilema secundário e o floema, e a sua coleta. A produção anual de RG é de 870.000 MT (2011), sendo produzido maioritariamente na China (76%), seguido do Brasil (8%), Indonésia (7%), India (3%) e da UE (2%). O défice na UE de RG é 162.600 MT e, durante os últimos 5 anos, o seu preço médio é de 2 USD/kg (Pinus pinaster produz 2kg de resina de óleo/árvore/época) (Figura 1). Os custos associados com a extração da RG na UE são elevados quando comparados com a Ásia, o que dificulta em termos competitivos a entrada da UE neste mercado.O preço global da RG deverá aumentar tendo em conta a procura. Prevê-se um aumento anual de 3-5%(preço máximo de 3,2USD/kg em abril de 2011), o que constituiu uma oportunidade para aumentar quer a competitividade da produção de RG na UE, quer a sustentabilidade dos pinhais existentes. Portugal apresenta uma área de 23% de P. pinaster que tem sido progressivamente substituída por outras ocupações de solo (ICNF, 2013). A exploração da resina permite igualmente criar postos de trabalho no território rural e diminui o risco de incêndios nestas áreas. A RG é usada para uma variedade de aplicações, desde borracha sintética até bactericidas e química fina.


Objetivos visados:

A iniciativa PinusResina tem como objetivo potenciar o desenvolvimento de novas cadeias de valor, competitivas e seguras, de valorização da resina originada em espaços florestais de pinheiro bravo e manso, tendo em consideração a proteção do ecossistema florestal e as indústrias derivadas, assim como, a sua competitividade.

Em particular, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos:

(O1) implementar novas metodologias para a transformação única eficiente dos constituintes facilmente acessíveis da RG combinando métodos biológicos e químicos, eficientes e sustentáveis (assegurar a máxima valorização integral da RG);

(O2) avaliar a toxicidade dos produtos derivados da RG para garantir que as novas cadeias de valor respondem aos princípios da química verde, suportando o desenvolvimento de indústrias ambientalmente responsáveis;

(O3) analisar a variabilidade da composição da resina (variedade, origem e idade da árvore/época do ano de extração) e a capacidade de aproveitamento de resíduos da exploração da resina para novos produtos;

(O4) avaliar a sustentabilidade das novas cadeias de valor e dos produtos derivados da RG, via biotransformação;

(O5) analisar comparativamente (benchmarking) a competitividade das tecnologias estabelecidas com as inovadoras cadeias de valor, considerando todo o ciclo de vida, incluindo a avaliação comparativa entre a RG derivada de pinheiro bravo e a do pinheiro manso, e entre as RG nacional e as concorrentes originárias de outros países;

(O6) desenvolver uma rede de cooperação entre os diferentes exploradores de resinas; e

(O7) assegurar ampla divulgação dos resultados da iniciativa a nível nacional e internacional, tendo em consideração a necessidade de promover a qualidade da resina portuguesa.


Sumário do plano de ação:

A iniciativa PinusResina pretende identificar/estabelecer novas cadeias de valor de transformação e valorização, competitiva e segura, da resina de Pinus em produtos de alto valor acrescentado, com a missão de aumentar a competitividade e a sustentabilidade da floresta de pinheiro bravo e manso em Portugal.A iniciativa PinusResina pretende identificar/estabelecer novas cadeias de valor de transformação e valorização, competitiva e segura, da resina de Pinus em produtos de alto valor acrescentado, com a missão de aumentar a competitividade e a sustentabilidade da floresta de pinheiro bravo e manso em Portugal.

A inovação e o aumento de conhecimento sobre um importante recurso da floresta portuguesa, suporta a sua exploração de forma diferenciada dos produtores dos mercados externos, aumentando a eficiência e a competitividade da gestão florestal.

 


Pontos de situação / Resultados:

O projeto PinusResina encontra-se, atualmente, em fase de execução.

No que respeita à Atividade 1 bio-transformação dos componentes da goma de resina (RG), procedeu-se ao isolamento e identificação de estirpes de fungos cultiváveis capazes de transformar os principais componentes da RG. Até à data, em resultado de um esforço contínuo para uma melhor caracterização da micobiota, no processo de isolamento obtiveram-se novas espécies, fazendo um total de cerca de 50 isolados fúngicos. Posteriormente dedicar-se-á alguma atenção a estes exemplares fúngicos visando a sua recuperação em meio de cultura suplementado com ácido abiético. Com base nas características morfológicas dos fungos isolados algumas estirpes já foram identificadas, tais como Mucor sp., Trichoderma sp., Penicillium sp., Scopulariopsis sp. e Aspergillus sp. Das colónias isoladas por transferência consecutiva para novo meio, aproximadamente 14 exemplares apresentam-se como bons candidatos para obtenção de colónias isoladas. Os isolados fúngicos obtidos na primeira ronda de isolamento já foram testados no screening de bio-transformação, sendo que a maioria dos exemplares tem a capacidade de tolerar e/ou transformar o ácido abiético originando derivados. Neste screening deu-se primazia a modificadores precoces capazes de transformar o ácido abiético num período até 7 dias de incubação, gerando maior quantidade de compostos polares que podem ser uma indicação de processos de hidroxilação. Com base no perfil químico dos derivados produzidos durante o teste de bio-transformação do ácido abiético, os organismos produtores foram agrupados de acordo com a semelhança de comportamento dos compostos na corrida de TLC. Formaram-se aproximadamente quatro grupos e de cada um foi selecionado um candidato para futuros ensaios. Atualmente, decorrem novos ensaios de bio-transformação com os restantes isolados.
A execução do scale-up do processo de bio-transformação será contemplada assim que se proceder à identificação do fungo mais eficiente, implementação da bio-transformação numa escala preparativa e identificação dos produtos maioritários de bio-transformação.

Relativamente à Atividade 2 esta está dependente da conclusão da identificação de estirpes de fungos capazes de transformar os principais componentes da RG e do desenvolvimento dos processos de bio-transformação com elevados rendimentos, sendo necessário a identificação do fungus mais eficiente, implementação da biotransformação numa escala preparativa e identificação dos produtos maioritários de biotransformação. Apesar de a execução destas tarefas já ter permitido a identificação das estirpes mais promissoras, é ainda necessário realizar várias etapas de estudo antes da respetiva implementação.

Quanto à Atividade 3 serão utilizados modelos matemáticos que podem ser utilizados para prever as propriedades físico-químicas, biológicas e de destino ambiental dos compostos, a partir do conhecimento da sua estrutura química, sendo estes, de acordo com a ECHA (European Chemicals Agency), modelos de relação estrutura/atividade (SAR) e de relação quantitativa estrutura/atividade (QSAR) - designados coletivamente como (Q)SAR. Esta tarefa encontra-se ainda a decorrer.

No que concerne à Atividade 4, as transformações propostas de valorização do Anel-A e da cadeia lateral baseiam-se na funcionalização posterior dos produtos de biotransformação, sendo previsível que ocorram envolvendo a oxidação de ligações C-H através da introdução de um grupo hidroxilo. Neste contexto, as modificações propostas serão desenvolvidas partindo dos produtos de biotransformação resultantes da execução da atividade 1. Assim, como alternativa de valorização da colofónia, explorou-se a possibilidade de transformar o componente principal da colofónia, ácido abiético no componente mais estável ácido desidroabiético em virtude da sua estrutura aromática. As metodologias principais descritas para esta transformação envolvem a utilização de dehidrogenação a temperaturas elevadas (> 140 °C) por longos períodos (> 5h) e na presença de catalisador de Pd/C pelo que limita a aplicação deste processo em termos industriais. Neste contexto, realizaram-se estudos de rastreio de diferentes catalisadores ácidos que possam promover a isomerização da ligação dupla presente no anel B para o anel C, uma vez que a dehidrogenação deverá ser facilitada pelo ganho energético de aromatização.
A colofónia é constituída por uma mistura de vários análogos do ácido abiético, neste contexto, a possibilidade de se conseguir transformar diversos isómeros do ácido abiético no ácido desidroabiético poderia permitir gerar valor acrescentado à colofónia portuguesa. Os resultados obtidos são extremamente encorajadores, uma vez que foi possível encontrar condições experimentais que permitem transformar o ácido abiético em ácido desidroter com conversões elevadas (80 %). Assim, iremos prosseguir os estudos através do aumento da escala de <500 mg para 15-20 g permitindo assim determinar o rendimento da reação e, simultaneamente também aferir sobre a reprodutibilidade da reação. Seguidamente, será estudada esta reação usando colofónia portuguesa como material de partida, assim como estudos de purificação que permitam um scale-up do processo.
No contexto da valorização dos resíduos gerados durante a exploração, foram recolhidas amostras de raspa de resina com o objetivo de determinar o respetivo Poder Calorífico Superior (PCS), para esse efeito recorreu-se a uma bomba calorimétrica automática adiabática (Parr Calorimeter Type 6200). As amostras analisadas, foram recolhidas de modo a garantir uma distribuição uniforme e representativa do território nacional. Estes ensaios foram levados a cabo, com o objetivo de avaliar o PCS das aparas de resina. Através dos ensaios realizados foi possível perceber que este subproduto apresenta um elevado potencial para a aplicação anteriormente mencionada, uma vez que o PCS médio obtido (36,26 MJ/kg) se assemelha às opções atualmente disponíveis no mercado para as bioacendalhas (cerca de 33 MJ/kg). Os próximos passos consistirão no molde e prensagem hidráulica das aparas de resina para transformar em bioacendalhas, e na eventual otimização da composição das mesmas, de modo a avaliar quais as opções que apresentam melhores desempenhos. Para além das recolhas de resina efetuadas, no decorrer do ano de 2018, foram também realizadas algumas recolhas durante o ano de 2019, de modo a obter alguns pontos de controlo, que permitissem perceber se existem variações significativas na composição da resina. Para além disso, toda a informação obtida no decorrer das recolhas efetuadas até à data, tais como, diâmetros dos pinheiros amostrados, tipo de vegetação do meio envolvente, curiosidades partilhadas pelos resineiros, etc. foi compilada num documento, seguidamente apresentado, de modo a reunir todos os dados necessários para potenciar um melhoramento da atividade da resinagem, nomeadamente num contexto de otimização das práticas silvícolas.
Tal como já foi anteriormente mencionado, em cada um dos pinhais amostrados, foram recolhidas amostras de 50 pinheiros, uniformemente distribuídos nas áreas de estudo. Ao nível laboratorial preparou-se, para cada um dos locais, uma amostra resultante da mistura de 10 g de resina de cada um dos pinheiros amostrados. De seguida, iniciou-se a fase de destilação das amostras obtidas, de forma a isolar as duas frações da resina, a colofónia e a terebentina. Com o intuito de replicar as condições de operação implementadas ao nível industrial, foram testados e otimizados diferentes procedimentos de destilação. Das destilações anteriormente referidas, foram quantificadas as percentagens de terebentina, colofónia, água e impurezas em cada uma das amostras. Esta quantificação permitirá estudar a variabilidade resultante das diferentes localizações selecionadas para recolha de amostras. Estes resultados contribuirão para os estudos de melhoramento da atividade de resinagem.

A Atividade 5 foi iniciada, na medida em que se manteve o contacto ativo com os stakeholders identificados até ao momento, nomeadamente resineiros, proprietários de pinhais e indústrias de primeira transformação de resina.

No que diz respeito à Atividade 6 tem-se mantido atualizada a página web, anteriormente criada, página essa na qual se tem partilhado as principais atividades desenvolvidas no decorrer do processo, tais como participação em seminários, saídas de campo efetuadas, tendo em vista a recolha de amostras de resina, entre outras. O acesso à página anteriormente mencionada pode ser feito através do seguinte link: www.pinusresina.blc3.pt. Para além da página web existe também uma página de Facebook, para divulgar todas as informações do projeto e simultaneamente chegar ao maior número de pessoas (https://www.facebook.com/pinusresina/). No contexto da tarefa de Valorização dos resíduos gerados durante a exploração, a equipa da BLC3 marcou presença na “27th European Biomass Conference and Exhibition”, que decorreu nos dias 27 a 30 de maio de 2019 em Lisboa, na qual foi apresentado um poster intitulado de “Evaluation of Higher Heating Value of Pine Resin Waste from Portugal for Energy Application”.

Em seguimento aos trabalhos desenvolvidos neste projeto, a BLC3 foi convidada a participar na Cimeira Agro Inovação 2019 – Workshops Regionais de Inovação na Agricultura, organizada pela Rede Rural Nacional no dia 23 de outubro de 2019, na qual foi apresentado um póster e foi feita uma palestra sobre o mesmo.Para além disso, a BLC3 apresentou o projeto PinusResina, nos Workshops sobre transferência de conhecimento, no contexto das Dinâmicas para a Inovação, mais concretamente na temática da Floresta, dinamizados pela ANI (Agência Nacional de Inovação), realizados no RAIZ (Forest and Paper Research Institute), no dia 29 de outubro de 2019.

No dia 20 de novembro de 2019 foram realizados na BLC3 os Workshops Sobre Transferência de Conhecimento, organizados pela ANI (Agência Nacional de Inovação), no contexto de “Dinâmicas para a Inovação”, com a temática “Água e Ambiente”, na qual foi feita a divulgação do projeto.

Quanto à tarefa “Grupos focais de divulgação”, no contexto de divulgação externa têm-se realizado todos os meses, na BLC3 “Open Days” onde são partilhadas informações úteis com potenciais parceiros. Para além disso, no contexto infantojuvenil têm-se também desenvolvido atividades lúdicas junto dos mais jovens, não só nas instalações da BLC3, como também nas escolas, atividades essas que se enquadram no âmbito do programa LAB-i-Duca (programa de literacia científica implementado na BLC3). As atividades desenvolvidas têm como objetivo explicar aos mais novos o valor da resina portuguesa, as suas aplicações e o seu potencial, assim como, o que se pretende obter com o projeto. Tem sido, também, promovida a divulgação interna do conhecimento adquirido, através da realização de reuniões entre todos os membros do consórcio.

Webinar - Verão com Ciência, 20 agosto 2020

Artigo "As potencialidades da resina de pinheiro manso no âmbito do projeto PinusResina", Revista Voz do Campo, edição de janeiro 2021.