Portal InstitucionalUFPEL

crescimento da demanda global por soluções sustentáveis, associado à necessidade de redução de impactos ambientais e aproveitamento eficiente de recursos naturais, tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias voltadas à valorização de resíduos agroindustriais e biomassas renováveis. Nesse contexto, o Brasil apresenta posição estratégica devido à elevada disponibilidade de resíduos lignocelulósicos provenientes das cadeias agrícola, florestal e agroindustrial, incluindo casca de arroz, resíduos madeireiros, fibras vegetais, lignina, hemiceluloses e diversos subprodutos atualmente subutilizados ou destinados a aplicações de baixo valor agregado.
Grande parte desses resíduos ainda é descartada inadequadamente ou utilizada de forma pouco eficiente, gerando impactos ambientais e perdas econômicas significativas. Ao mesmo tempo, esses materiais possuem elevado potencial para aplicação em processos de biorrefinaria sustentável, permitindo a obtenção de materiais funcionais, biosinsumos agrícolas, biocompósitos, adsorventes, sistemas de liberação controlada, revestimentos, biochar e diversas outras soluções tecnológicas alinhadas à economia circular e à bioeconomia.
Paralelamente, o avanço das ferramentas de Inteligência Artificial (IA) e Machine Learning (ML) tem promovido uma transformação significativa no desenvolvimento científico e tecnológico, especialmente em áreas relacionadas à ciência de materiais, otimização de processos e modelagem preditiva. A aplicação dessas tecnologias possibilita reduzir custos experimentais, acelerar etapas de desenvolvimento, otimizar formulações e estabelecer correlações complexas entre composição química, processamento e desempenho final dos materiais obtidos.

Nesse cenário, a integração entre biomassa renovável, ciência de materiais e inteligência artificial representa uma oportunidade estratégica para o desenvolvimento de soluções sustentáveis de alta performance voltadas ao setor agroindustrial. Além do potencial científico e tecnológico, a proposta contribui diretamente para o fortalecimento da bioeconomia regional e nacional, promovendo agregação de valor a resíduos abundantes, estímulo à inovação industrial, redução de emissões associadas ao descarte e substituição parcial de insumos fósseis por alternativas renováveis.
O projeto também possui relevância acadêmica e institucional ao promover a formação de recursos humanos qualificados em áreas estratégicas e multidisciplinares, integrando competências em engenharia de materiais, biotecnologia, nanotecnologia, sustentabilidade e ciência de dados. Adicionalmente, a proposta fortalece a interação entre universidade e setor produtivo, estimulando o desenvolvimento de tecnologias com potencial de proteção intelectual, transferência tecnológica e escalonamento industrial.
Dessa forma, a iniciativa alinha-se às políticas nacionais de inovação, sustentabilidade, transição ecológica e transformação digital da indústria, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias estratégicas capazes de posicionar o Brasil como referência na valorização inteligente de biomassas renováveis e na geração de materiais sustentáveis aplicados ao agro e à indústria.

O projeto será desenvolvido ao longo de 48 meses por meio de uma abordagem multidisciplinar e integrada, envolvendo atividades de prospecção, caracterização, processamento, desenvolvimento de materiais, validação tecnológica, modelagem computacional e aplicação de ferramentas de Inteligência Artificial (IA) e Machine Learning (ML). A metodologia será estruturada em etapas interdependentes, permitindo evolução contínua do nível de maturidade tecnológica das soluções desenvolvidas.

Inicialmente, será realizado o levantamento, seleção e caracterização de diferentes biomassas lignocelulósicas e resíduos agroindustriais com potencial de aplicação tecnológica, incluindo resíduos florestais, casca de arroz, biomassa vegetal residual, lignina, hemiceluloses, fibras vegetais e subprodutos agroindustriais. As matérias-primas serão submetidas a análises químicas, estruturais, térmicas e morfológicas visando determinar composição, variabilidade e potencial de valorização.

Na sequência, serão desenvolvidas e otimizadas diferentes rotas de processamento físico-químico, termoquímico, mecânico e biotecnológico para obtenção de materiais funcionais e biosinsumos sustentáveis. Entre as estratégias empregadas poderão ser utilizadas etapas de pré-tratamento, extração seletiva, hidrólise, desfibrilação, carbonização, ativação química, modificação superficial, síntese híbrida, secagem controlada e funcionalização química ou biológica dos materiais obtidos.

Os materiais produzidos poderão incluir nanocelulose, microfibrilas, lignina modificada, sílica de biomassa, biochar funcionalizado, materiais adsorventes, filmes biodegradáveis, revestimentos sustentáveis, biocompósitos, espumas lignocelulósicas, hidrogéis, sistemas de encapsulamento e biossoluções voltadas ao setor agroindustrial. Paralelamente, serão desenvolvidas formulações aplicadas ao agro, incluindo adjuvantes agrícolas, biosinsumos, condicionadores de solo, sistemas de liberação controlada e materiais com potencial para aumento de eficiência agronômica.

As amostras produzidas serão caracterizadas utilizando técnicas instrumentais e analíticas para avaliação de propriedades físico-químicas, estruturais, térmicas, mecânicas, morfológicas e funcionais. Entre as técnicas empregadas destacam-se FTIR, Raman, UV-Vis, DRX, MEV, DSC, análise granulométrica, análises térmicas, ensaios mecânicos, propriedades de barreira, estabilidade coloidal, adsorção, condutividade e avaliações de desempenho agronômico ou funcional, conforme a aplicação proposta.

Os dados experimentais obtidos ao longo do projeto serão organizados em uma base de dados integrada para aplicação de algoritmos de IA e ML. Técnicas de aprendizado supervisionado e não supervisionado serão utilizadas para identificar padrões, correlacionar parâmetros de processo e propriedades finais dos materiais, prever desempenho tecnológico e auxiliar na otimização das formulações e rotas de processamento. O projeto também prevê o desenvolvimento de modelos preditivos capazes de acelerar etapas de desenvolvimento e apoiar futuras aplicações industriais.

Ao longo da execução serão realizados estudos de escalonamento, reprodutibilidade e validação tecnológica em ambiente relevante, visando elevar o nível de maturidade tecnológica das soluções desenvolvidas. Dependendo da evolução dos resultados, poderão ser conduzidas etapas de produção piloto, validação de protótipos e testes aplicados junto a parceiros institucionais e industriais.

De forma complementar, o projeto envolverá atividades contínuas de formação de recursos humanos, integração entre universidade e setor produtivo, proteção intelectual e divulgação científica e tecnológica. Os resultados obtidos poderão gerar publicações científicas, depósitos de patentes, desenvolvimento de protótipos, transferência de tecnologia e consolidação de uma plataforma estratégica para valorização sustentável de biomassas lignocelulósicas utilizando inteligência artificial aplicada ao desenvolvimento de materiais avançados.

Indicadores

O acompanhamento do projeto será realizado por meio de indicadores técnicos, científicos, tecnológicos e de inovação, permitindo monitorar o avanço das atividades e o nível de maturidade tecnológica das soluções desenvolvidas.

Indicadores Científicos e Tecnológicos
Número de biomassas e resíduos caracterizados;
Número de rotas tecnológicas desenvolvidas e otimizadas;
Número de materiais sustentáveis e biosinsumos obtidos;
Número de formulações agrícolas desenvolvidas;
Número de testes laboratoriais e validações realizadas;
Número de modelos preditivos desenvolvidos utilizando IA e ML;
Construção de banco de dados experimental para materiais lignocelulósicos;
Número de protótipos ou produtos tecnológicos gerados;
Evolução do TRL (Technology Readiness Level) das tecnologias desenvolvidas.
Indicadores de Produção Científica e Formação
Publicações científicas em periódicos indexados;
Trabalhos apresentados em eventos científicos e tecnológicos;
Formação de recursos humanos (IC, mestrado, doutorado e pós-doutorado);
Trabalhos de conclusão, dissertações e teses vinculadas ao projeto;
Capacitação em IA aplicada à ciência de materiais e bioeconomia.
Indicadores de Inovação e Transferência Tecnológica
Depósitos de patentes e registros de propriedade intelectual;
Desenvolvimento de tecnologias com potencial de escalonamento industrial;
Parcerias institucionais e empresariais estabelecidas;
Transferência de tecnologia e prospecção de aplicações industriais;
Captação de recursos adicionais e consolidação de rede de pesquisa.

Metas
Meta 1 — Estruturação da Plataforma Tecnológica
Implantar uma base experimental integrada para desenvolvimento de materiais sustentáveis e biosinsumos;
Estruturar banco de dados experimental para aplicação de IA e ML;
Consolidar protocolos analíticos e metodológicos para caracterização de biomassas e materiais.
Meta 2 — Valorização de Biomassas e Resíduos
Caracterizar ao menos 10 diferentes tipos de biomassas lignocelulósicas e resíduos agroindustriais;
Desenvolver rotas sustentáveis de aproveitamento e conversão de resíduos;
Obter materiais bio-based com diferentes funcionalidades e aplicações.
Meta 3 — Desenvolvimento de Biosinsumos e Materiais Funcionais
Desenvolver ao menos 8 formulações ou materiais com potencial de aplicação agroindustrial;
Produzir biosinsumos, adjuvantes, materiais adsorventes, revestimentos ou biocompósitos sustentáveis;
Avaliar propriedades físico-químicas, estruturais e funcionais dos materiais desenvolvidos.
Meta 4 — Aplicação de Inteligência Artificial e Machine Learning
Desenvolver modelos preditivos correlacionando processamento, composição e desempenho dos materiais;
Aplicar algoritmos de IA para otimização de formulações e processos;
Criar plataforma de apoio à tomada de decisão para desenvolvimento acelerado de materiais sustentáveis.
Meta 5 — Consolidação Científica e Tecnológica
Publicar artigos científicos em periódicos de impacto;
Gerar depósitos de patentes e ativos tecnológicos;
Capacitar recursos humanos em áreas estratégicas;
Fortalecer parcerias com empresas e instituições de pesquisa.

Resultados Esperados
Desenvolvimento de uma plataforma integrada para valorização sustentável de biomassas lignocelulósicas;
Geração de novos materiais sustentáveis e biosinsumos aplicados ao setor agroindustrial;
Redução do impacto ambiental associado ao descarte de resíduos agroindustriais;
Agregação de valor a resíduos abundantes e subutilizados;
Desenvolvimento de tecnologias alinhadas à bioeconomia e economia circular;
Implementação de ferramentas de IA e ML aplicadas à ciência de materiais sustentáveis;
Consolidação de banco de dados experimental para modelagem preditiva;
Desenvolvimento de produtos e protótipos com potencial de escalonamento industrial;
Formação de recursos humanos altamente qualificados;
Ampliação da interação universidade–empresa;
Geração de propriedade intelectual e fortalecimento da inovação tecnológica;
Consolidação de competências institucionais em materiais avançados, bioeconomia e inteligência artificial aplicada;
Contribuição para políticas de sustentabilidade, transição ecológica e desenvolvimento tecnológico nacional.
Resultados Quantitativos Esperados (48 meses)
≥ 10 biomassas/resíduos caracterizados;
≥ 8 materiais ou biossoluções desenvolvidas;
≥ 4 modelos preditivos utilizando IA/ML;
≥ 15 publicações científicas;
≥ 5 depósitos de propriedade intelectual;
≥ 20 estudantes envolvidos;
≥ 3 parcerias empresariais consolidadas;
≥ 2 tecnologias com potencial de validação piloto ou escalonamento;
Evolução tecnológica esperada entre TRL 3 e TRL 6.