Por que é tão difícil fabricar cortiça artificial

Usamos cortiça há séculos, para tudo, desde rolhas de garrafas de vinho até na construção civil para isolamento térmico e acústico, em pisos e revestimentos e até na indústria aeroespacial da NASA para proteger foguetes contra o calor extremo. É um material despretensioso que muitas vezes não valorizamos como deveríamos. Mas, se analisarmos tudo o que ela é capaz de fazer, veremos que não é exagero chamá-la de um milagre da física. A cortiça é impermeável, resistente ao fogo, isolante, mecanicamente resistente e de degradação lenta. E vem das árvores!

Assobiador, o maior, mais velho e produtivo sobreiro do mundo.

Sendo um material tão incrível e versátil, não é de admirar que tenhamos tentado criar nossa própria versão para produzi-la em massa; no entanto, ainda não conseguimos replicar a fórmula secreta da mãe-natureza para a cortiça. Deciframos sua composição, mas criar uma cópia é um desafio à parte. E o curioso é que já sabemos qual é o "ingrediente secreto".

Na verdade, a cortiça pode ser encontrada em praticamente qualquer árvore. Ela forma uma camada fina logo abaixo da casca. Mas um tipo específico de árvore, o sobreiro (Quercus suber), possui uma camada de cortiça particularmente espessa, chegando a vários centímetros, sendo essa a espécie que fornece quase toda a cortiça que utilizamos.

Para a colheita, basta remover a casca externa e cortar a camada de cortiça que fica por baixo. Pode parecer que isso mataria a árvore, mas ela lida surpreendentemente bem com o processo, regenerando a cortiça a cada 9 anos.

A árvore só alcança sua maturidade para a primeira retirada da cortiça entre 25 e 30 anos, quando é chamada de "cortiça virgem", "secundeira" na segunda e "amadia" na terceira extração, sempre com intervalos de 9 anos entre as coletas. Apenas a partir da terceira extração a cortiça alcança um nível de excelência para a fabricação de rolhas.

As árvores produzem cortiça, antes de tudo, para se protegerem das intempéries; é exatamente por isso que ela possui essa lista incrível de propriedades extraordinárias.

Assim, quando os humanos descobriram esse material natural fantástico, logo começaram a utilizá-lo, por exemplo, em solas de sapatos ou bóias para redes de pesca.

Já no século VII, as pessoas usavam cortiça para vedar garrafas de vinho, pois ela era flexível o suficiente para se ajustar à garrafa, mas rígida o bastante para garantir uma vedação hermética.

A cortiça impede a entrada de ar e líquidos, evitando o crescimento de microrganismos indesejados no vinho e permitindo que ele seja armazenado por mais tempo sem estragar! É muito melhor aproveitar a bebida sem o risco de botulismo.

A cortiça também serve como isolante em paredes e tetos, sendo eficiente tanto para reter o calor quanto para bloquear ruídos. Ela já foi usada até mesmo em aviões e naves espaciais! Nesses casos, ela reduz vibrações e isola foguetes ou motores, evitando que o calor excessivo atinja outras partes da aeronave. Todas essas propriedades incríveis são possíveis graças à estrutura celular da cortiça.

Em 1665, Robert Hooke a examinou pela primeira vez. Ele cortou um pedaço de cortiça, colocou-o sob um microscópio e viu aquelas células. Mas essa não foi apenas a primeira vez que alguém viu células de cortiça; foi a primeira vez que a humanidade viu "uma" célula.

Foi por meio das células de cortiça que descobrimos as células!!! O que, imagino eu, levou a alguns dos avanços mais importantes de toda a biologia. Mas, o mais importante: isso nos ensinou um pouco sobre a cortiça.

As células da cortiça são densamente compactadas, quase sem espaços vazios. Cada célula tem cerca de 14 mícrons de largura por 35 mícrons de altura, aproximadamente um quarto do tamanho de um fio de cabelo humano.

As paredes dessas células compactas são revestidas de ácidos graxos e ceras, o que confere à cortiça suas propriedades de impermeabilidade e resistência ao fogo. Sua estrutura e composição química também a tornam impermeável, o que significa que gases e líquidos não passam facilmente por ela, uma característica útil para rolhas de vinho!

As células em si são preenchidas principalmente por ar, representando cerca de 85% a 90% do volume da cortiça, o que cria um material de densidade muito baixa que flutua facilmente. E, como o ar é um excelente isolante, a cortiça também o é.

Agora, se observássemos a camada de cortiça de uma árvore de frente e déssemos um zoom nessa visão radial, veríamos que as células estão dispostas em uma estrutura semelhante a um favo de mel, mas com um toque de desordem. Muitas das células são hexágonos, aquele formato clássico de favo de mel, mas também aparecem pentágonos e heptágonos.

Todas as células de cortiça têm entre quatro e nove lados, sendo que ter de 5 a 7 lados é o mais comum. Além disso, não há um padrão na disposição dessas diferentes formas, o que cria uma estrutura celular amorfa.

Por outro lado, se mudássemos o ângulo de visão e observássemos as células de lado, em perfil, veríamos uma estrutura celular diferente, com camadas horizontais distintas, quase como uma parede de tijolos.

No entanto, as paredes celulares não são retas; elas são onduladas ou corrugadas. A combinação da corrugação com a estrutura amorfa semelhante a um favo de mel cria respostas únicas à compressão.

Normalmente, quando se comprime um material em uma direção, ele se expande lateralmente em outra, como acontece ao apertar uma bola antiestresse. Mas, se você comprime a cortiça na direção radial, pressionando diretamente as faces do favo de mel, as paredes celulares onduladas agem como uma sanfona, colapsando sem se expandir para fora.

É possível quantificar o quanto um material se expande lateralmente ao ser comprimido utilizando um valor chamado "coeficiente de Poisson".

Por exemplo, a argila apresenta um coeficiente de Poisson positivo elevado, próximo ao valor máximo, porque se expande bastante para cima e para baixo quando comprimida no centro.

Por outro lado, a cortiça quase não se deforma lateralmente quando comprimida na direção radial, resultando em um coeficiente de Poisson praticamente nulo.

Assim, a cortiça demonstra uma resiliência extraordinária a grandes forças de compressão nessa direção. Devido à estrutura celular assimétrica da cortiça, seu coeficiente de Poisson varia quando ela é comprimida em outras direções. Ainda assim, ela permanece um material resistente e com propriedades isolantes nessas direções.

Ter um coeficiente de Poisson próximo de zero é algo fascinante e útil, mas encontrar essa propriedade na natureza é raro; praticamente apenas a cortiça a possui.

Cientistas têm tentado produzir materiais desse tipo, obtendo apenas sucesso parcial. Por exemplo, em 2015, uma equipe de pesquisadores publicou um estudo sobre um novo material esponjoso amorfo feito de folhas de grafeno.

Em nanoescala, o grafeno é bastante organizado: consiste em uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura perfeita de favo de mel. Então, para adicionar aquele toque característico de caos, as folhas de grafeno são amassadas aleatoriamente. Elas se unem quimicamente para formar uma esponja de átomos de carbono com uma estrutura de malha celular amorfa.

Cada "célula" da malha tem dimensões na ordem de dezenas de micrômetros, tamanho semelhante ao das células da cortiça, conferindo à esponja um coeficiente de Poisson próximo de zero. Porém, diferentemente da cortiça, a esponja de grafeno apresenta a mesma estrutura em toda a sua extensão, o que lhe permite alcançar um coeficiente de Poisson próximo de zero em todas as dimensões, e não apenas na direção radial.

Isso parece muito promissor como alternativa à cortiça! No entanto, é difícil produzir grandes quantidades de grafeno de forma barata e consistente; por isso, a esponja de grafeno está, infelizmente, fora de cogitação para uso comercial em larga escala, pelo menos por enquanto.

Mas escritores de ficção cyberpunk podem aproveitar aquela ideia da rolha de vinho de grafeno. Ao longo dos anos, pesquisadores também tentaram identificar por que certas estruturas em formato de favo de mel conseguem atingir esse coeficiente de Poisson igual a zero.

Para tornar os cálculos e a análise viáveis, eles examinaram apenas padrões perfeitos de favo de mel, compostos por um conjunto repetitivo de células poligonais. O que descobriram foi que polígonos côncavos com vértices invertidos podem gerar coeficientes extremamente baixos.

Isso significa que, teoricamente, podemos projetar um material com baixo coeficiente de Poisson a partir de qualquer substância, desde que consigamos construir uma estrutura com a geometria adequada.

Contudo, esses métodos ainda estão em fase de pesquisa e não estão prontos para a produção em massa. Além disso, já se tentou produzir rolhas sintéticas utilizando plástico. Para isso, geralmente injeta-se o plástico em um molde ou ele é extrudado e cortado em pedaços. A etapa fundamental consiste em injetar dióxido de carbono no plástico para criar uma espuma, imitando a estrutura aerada da cortiça natural.

No entanto, a rolha sintética não possui a mesma resistência mecânica ou resiliência que a original. Isso ocorre porque a estrutura celular da cortiça, com seu padrão amorfo de paredes sinuosas e irregulares, é verdadeiramente única. Nossas espumas plásticas ainda são apenas uma aproximação daquela dose perfeita de caos que a natureza conferiu à cortiça.

Portanto, por enquanto, continuamos dependendo das árvores para obter cortiça. O que é, de certa forma, algo belo! Apesar de tudo o que a humanidade aprendeu, nem sempre conseguimos superar a engenharia da natureza.

Um enorme sobreiro chamado Assobiador, localizado na aldeia portuguesa de Águas de Moura, é o maior, mais velho e produtivo do mundo. Plantado em 1783, foi descortiçado mais de vinte vezes, e em cada extração dá quase tanta cortiça como um sobreiro normal em toda sua vida, em torno de 100.000 rolhas.

O principal produtor de cortiça é Portugal, que produz mais da metade do material utilizado no mundo, devido à quantidade de sobreiros existentes no Alentejo. No entanto, devido aos altos custos e ao eventual surgimento do tricloroanisol (TCA), um fungo que empresta um aroma de mofo aos vinhos, nas rolhas, nos últimos anos o mundo viu a introdução das rolhas sintéticas, em particular em vinhos do Novo Mundo.

1. - Como a maior empresa de cortiça do mundo produz 22 milhões de rolhas ao dia - Link
2. - O sobreiro mais produtivo do mundo: uma colheita dá 100.000 rolhas - Link
3. - Por que o Brasil nunca cobrou indenização pelo colonialismo português? - Link