Startup busca nacionalizar a produção de material ultraleve tão resistente quanto o aço

Roseli Andrion | Pesquisa para Inovação – Imagine um material capaz de dar origem a estruturas tão resistentes quanto o aço, porém muito mais leves. Esse material já existe; seu nome é towpreg e ele é muito demandado por indústrias do setor aeroespacial, automotivo, agrícola e de infraestrutura no Brasil. Só tem um problema: todo esse material precisa ser importado, já que nenhuma empresa nacional domina a tecnologia necessária para a sua fabricação no país.

Essa é a realidade que a Forza Composites, uma startup paulista incubada no Parque Tecnológico de São José dos Campos (SP), se propõe a mudar, com ajuda da FAPESP. A empresa está desenvolvendo os primeiros protótipos de um towpreg nacional para utilização na fabricação de cilindros de armazenamento de gases, como o hidrogênio e o biometano, até 70% mais leves do que as versões tradicionais, feitas de aço. Na prática, estimam especialistas, isso permitiria reduzir o peso total do transporte dos cilindros em 20%, elevar em 50% a capacidade de carga por carreta e reduzir o custo logístico por metro cúbico de gás em até 45%.

Os pesquisadores da empresa já avançaram na prototipagem e nos testes de resistência e estão caminhando para a produção em escala semi-industrial. O projeto é apoiado pelo Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE), da FAPESP.

O towpreg é um revestimento que se assemelha a uma fita isolante industrial, mas na forma de um fio contínuo, enrolado como um novelo de lã. Ele tem uma “pegajosidade” semelhante à de uma fita adesiva, segundo a química Michelle Leali Costa Costa, coordenadora do projeto, referindo-se ao tack, propriedade técnica de aderência superficial do fio. Essa característica facilita o enrolamento em torno da estrutura que será reforçada. No entanto, para preservá-la até a aplicação, o material exige cuidados rigorosos: deve ser mantido a -18 °C durante todo o armazenamento e transporte.

Como a cadeia produtiva é inteiramente externa, o processo é arriscado. Ao chegar ao Brasil, o produto precisa passar pela alfândega; caso fique retido sem refrigeração adequada, o lote pode ser totalmente inutilizado. Além disso, um towpreg com validade de um ano que chegue ao comprador após três meses de trânsito e processos aduaneiros tem apenas nove meses de vida útil. “Dependendo da data de produção, chega com apenas três meses para o uso antes do vencimento”, lamenta Costa.

Combinação de propriedades

O towpreg consiste, essencialmente, em um feixe de filamentos de carbono ou vidro impregnado com uma resina polimérica — geralmente um epóxi de alta resistência. A resina protege as fibras contra o ambiente como uma cola estrutural que só endurece quando aquecida no processo de cura. Antes disso, o fio mantém a pegajosidade descrita por Costa: útil para modelar, mas que exige conservação rigorosa.

Após o processo de cura, o material resultante permite fabricar estruturas leves e resistentes, sobretudo em formatos tubulares, como os cilindros de armazenamento de gases. No projeto da startup, utiliza-se resina epóxi termorrígida, que endurece permanentemente sob calor, transformando-se em uma armadura leve e extremamente resistente.

Ao combinar-se com a resina, a fibra de carbono forma um compósito, material cujas propriedades superam as de seus componentes isolados. “A fibra contribui com a resistência à tração, enquanto a resina oferece amortecimento e distribuição de tensões”, explica Costa. Em termos de resistência mecânica, o material equivale ao aço, mas com densidade muito menor, garantindo o mesmo desempenho estrutural com uma fração do peso.

Os compósitos de fibras de carbono e de vidro estão em toda parte. Bicicletas de competição, varas de pesca, raquetes de tênis e tacos de golfe: tudo o que é descrito como sendo de fibra de carbono usa, na prática, seu compósito. “A fibra sozinha não se sustenta”, diz Costa. “Ela precisa da matriz polimérica para existir como produto”, complementa a pesquisadora.

Na aviação, por exemplo, o towpreg já é empregado na fuselagem de aeronaves modernas via colocação automatizada de fibras (AFP, na sigla em inglês). A técnica de enrolamento de filamento, utilizada pela empresa na produção de tanques, é essencial em vasos de pressão e componentes aeroespaciais.

Na aviação comercial, a utilização desses compósitos em cerca de 50% da estrutura do Boeing 787 Dreamliner permitiu uma redução de 20% no peso da aeronave, melhorando a eficiência energética e a resistência à corrosão. Em carros de Fórmula 1, onde 90% da carroceria utiliza esses materiais, o compósito oferece ainda mais segurança ao absorver impactos e dissipar energia.

Mais leveza e resistência

O primeiro segmento de mercado para aplicação do produto, vislumbrado pelos fundadores da Forza Composites, foi o de energia. Durante o desenvolvimento de palhetas para bombas de vácuo, também importadas, a equipe identificou uma transformação no setor energético, impulsionada pela alta demanda por vasos de pressão para biometano e hidrogênio verde.

Esses tanques exigem segurança máxima, pois o hidrogênio é uma molécula pequena e volátil, tornando qualquer falha no cilindro potencialmente catastrófica, como risco de explosão e de incêndio. Historicamente fabricados em metal — material pesado e suscetível à corrosão —, esses contêineres impõem custos elevados ao modal transporte rodoviário, predominante no Brasil.

A solução pode ser o cilindro tipo IV, como os que a Forza começou a produzir no Brasil, que combina um interior de polímero de alto desempenho com um exterior recoberto por camadas de towpreg. O resultado é um recipiente entre 60% e 70% mais leve e imune à corrosão, ideal para ambientes salinos, como as plataformas do pré-sal, usadas para exploração de petróleo em águas profundas..

A expectativa é que, com a produção local, o custo desse tipo de cilindro no Brasil caia até 40%, estima Costa. “Sem a produção interna, o produto importado torna-se caro demais para competir com os cilindros de aço, apesar de todas as vantagens técnicas”, compara.

Produto visado

O projeto desenvolvido pelos pesquisadores da startup com apoio do PIPE-FAPESP foca em três pilares: a formulação de uma resina epóxi estável (que dispense a necessidade de o material ser mantido refrigerado por pelo menos 90 dias, a otimização da impregnação das fibras em escala laboratorial e o desenvolvimento de um protótipo para produção em escala-piloto.

O desafio final será a certificação: para vasos de biometano, o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) segue normas europeias, enquanto para o hidrogênio ainda não há certificação nacional, sendo necessário recorrer a normas estrangeiras. “Uma bomba de pressão não pode ter vazamentos. O risco de explosão e asfixia em locais confinados exige rigor total”, conclui Costa.

Embora ainda em fase de produção pré-industrial, o projeto já atrai interesse de setores estratégicos. A Marinha do Brasil avalia o uso de towpregs para aplicações submarinas, e empresas de drones movidos a hidrogênio buscaram a startup em busca de contêineres leves e compactos.

No Mercosul, há sinalizações de interesse por parte de empresas argentinas. Contudo, a startup mantém seu foco prioritário no mercado interno, onde a agilidade da logística local se traduz em vantagem competitiva. Com potencial de aplicação que se estende de próteses ortopédicas a tubos para construção civil e componentes automotivos, a tecnologia nacional promete movimentar diversos setores que operam sob condições críticas de pressão e corrosão.