Fibras de carbono a partir de polímeros visando aplicação em energia - Carvalho, Gustavo Sandro Mendes [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
As fibras de carbono têm emergido como materiais de alta performance com aplicações significativas em setores como energia, transporte e infraestrutura. Este estudo investigou a produção de fibras de carbono a partir de diferentes polímeros precursores, com destaque para poliacrilonitrila (PAN), lignina e piche mesofásico, analisando suas propriedades e potenciais aplicações. O trabalho também abordou o rayon, precursor histórico relevante, ressaltando sua importância no desenvolvimento inicial de fibras de carbono. A pesquisa também explorou as vantagens e limitações de cada precursor, considerando os desafios técnicos, econômicos e ambientais envolvidos na produção e uso dessas fibras. A poliacrilonitrila demonstrou ser o precursor mais eficaz para aplicações que exigem alta resistência mecânica e estabilidade térmica, como na indústria aeroespacial e em dispositivos estruturais avançados. No entanto, seus altos custos e impactos ambientais limitam sua acessibilidade para mercados emergentes. A lignina, como alternativa sustentável e de baixo custo, apresentou potencial em aplicações menos exigentes, como compósitos para construção civil e dispositivos de energia renovável, embora ainda enfrente desafios relacionados à uniformidade e pureza química. Já o piche mesofásico mostrou-se eficiente para aplicações que requerem alta condutividade térmica e elétrica, sendo ideal para dispositivos eletrônicos e de gerenciamento de calor, embora sua resistência mecânica inferior limite seu uso em contextos estruturais. Além disso, o estudo abordou o impacto das fibras de carbono na sustentabilidade, enfatizando o papel de precursores renováveis e práticas de economia circular na redução da pegada ambiental. A integração de fibras de carbono em sistemas de energia renovável, como turbinas eólicas e dispositivos de armazenamento de energia, demonstrou contribuir significativamente para a eficiência energética e a redução das emissões de carbono. Contudo, desafios como o custo elevado de produção e a necessidade de tecnologias de reciclagem ainda limitam sua aplicação em larga escala. Por fim, o trabalho destacou a importância de alinhar a escolha do precursor às demandas específicas de cada aplicação, buscando equilíbrio entre desempenho técnico, viabilidade econômica e sustentabilidade. Como recomendação, futuros estudos devem explorar precursores híbridos e tecnologias de purificação mais avançadas, além de ampliar a análise prática do desempenho das fibras em aplicações específicas. Esses avanços são essenciais para consolidar o papel das fibras de carbono como materiais estratégicos para o futuro da engenharia de energia e sustentabilidade global.

Carbon fibers have emerged as high-performance materials with significant applications in energy, transportation, and infrastructure sectors. This study investigated the production of carbon fibers from different polymer precursors, focusing on polyacrylonitrile (PAN), lignin, and mesophase pitch, analyzing their properties and potential applications. The work also addressed rayon as a relevant historical precursor, highlighting its importance in the early development of carbon fibers. The research also explored the advantages and limitations of each precursor, considering the technical, economic, and environmental challenges involved in the production and use of these fibers. Polyacrylonitrile proved to be the most effective precursor for applications requiring high mechanical strength and thermal stability, such as in aerospace and advanced structural devices. However, its high costs and environmental impacts limit its accessibility in emerging markets. Lignin, as a sustainable and low-cost alternative, showed potential in less demanding applications, such as composites for construction and renewable energy devices, although it still faces challenges related to uniformity and chemical purity. Meanwhile, mesophase pitch was efficient for applications requiring high thermal and electrical conductivity, making it ideal for electronic and heat management devices, although its lower mechanical strength limits its use in structural contexts. Moreover, the study addressed the impact of carbon fibers on sustainability, emphasizing the role of renewable precursors and circular economy practices in reducing environmental footprints. The integration of carbon fibers into renewable energy systems, such as wind turbines and energy storage devices, significantly contributed to energy efficiency and carbon emission reductions. However, challenges such as high production costs and the need for recycling technologies still limit their large-scale application. Finally, the study highlighted the importance of aligning precursor selection with the specific demands of each application, seeking a balance between technical performance, economic viability, and sustainability. Future research should explore hybrid precursors and more advanced purification technologies, as well as expand the practical analysis of fiber performance in specific applications. These advancements are crucial to solidify the role of carbon fibers as strategic materials for the future of energy engineering and global sustainability.
Carbon fibers from polymers for energy applications
Keywords: Engenharia; Fibras de carbono; Polímeros precursores; Sustentabilidade; Energia; Carbon fibers; Precursor polymers; Sustainability; Energy