Extração sustentável de fibra de banana e compostagem com projetos de máquinas replicáveis

As bananas são a segunda fruta mais produzida no mundo, cultivadas em regiões tropicais e subtropicais entre 40°N e 40°S. No Nepal, a variedade mais comum usada na produção da Sparśa é a Musa paradisiaca (grupo AAB), conhecida localmente como Malbhog. Uma bananeira leva de 9 a 12 meses para amadurecer e forma folhas continuamente a partir de seu núcleo. Essas bainhas de folhas sobrepostas formam o pseudocaule, que cresce até o início da floração. Após a frutificação e a colheita, o pseudocaule é cortado na base porque cada caule produz bananas apenas uma vez. O corte do caule também estimula o crescimento do próximo pseudocaule da mesma planta. Durante seu ciclo de vida, uma bananeira pode gerar cerca de 25 pseudocaules, cada um crescendo em velocidades diferentes e colhido em momentos diferentes.

Esse ciclo agrícola produz grandes quantidades de resíduos. Cada cacho de bananas colhido corresponde a um pseudocaule que pesa cerca de 30 a 40 kg. Os agricultores geralmente queimam esses caules ou os deixam apodrecer no campo. A queima requer querosene ou outros aceleradores porque os caules são muito úmidos, o que gera emissões de gases de efeito estufa e fumaça espessa. Deixar os caules em decomposição leva meses e ocupa um espaço considerável nas terras agrícolas.

Os principais distritos de cultivo de banana do Nepal são Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali e Nawalparasi. Em todo o país, o cultivo de banana cobre cerca de 21.413 hectares e produz aproximadamente 1.284.780 toneladas de resíduos agrícolas por ano. Dentro dessas áreas, o município de Susta, em Nawalparasi, destaca-se com quase 2.200 hectares de cultivo - uma das maiores concentrações no Nepal - gerando cerca de 132.000 toneladas de resíduos por ano. Foi nesse município que a Sparśa escolheu estabelecer sua fábrica de extração de fibras.

As comunidades agrícolas da Susta são lideradas pela comunidade e estavam abertas e entusiasmadas em colaborar conosco, tornando a parceria prática e impactante. A área era estratégica e socialmente adequada: as matérias-primas são abundantes e as distâncias de transporte são curtas, garantindo que os troncos possam ser processados em até 72 horas para manter a qualidade da fibra. Ao mesmo tempo, a Susta enfrenta desafios sociais profundamente arraigados. As mulheres têm oportunidades limitadas fora de casa e, muitas vezes, não têm direitos iguais e representação na tomada de decisões da comunidade. O estigma da menstruação continua forte. Estabelecer a fábrica aqui nos permitiu criar empregos dignos para as mulheres, apoiar sua independência financeira e realizar campanhas educacionais sobre saúde menstrual e sustentabilidade ambiental.

A Sparśa desenvolveu um modelo de economia circular que transforma resíduos agrícolas em oportunidades. Os troncos de banana são coletados gratuitamente dos agricultores após a colheita e, em troca, a fábrica fornece composto orgânico produzido a partir do resíduo da extração da fibra. Essa troca não monetária reduz o desperdício, apoia a fertilidade do solo e cria uma confiança de longo prazo com os agricultores.

As fibras da bananeira contêm 60-65% de celulose, com frações menores de hemicelulose (6-19%), lignina (5-10%), pectina (3-5%), cinzas (1-3%) e extrativos (3-6%). Quando um pseudocaule chega à fábrica, suas bainhas são separadas. A maturidade da fibra varia de acordo com a posição da bainha dentro do caule - as camadas externas normalmente produzem fibras mais rígidas, enquanto as camadas internas produzem fibras mais macias. Como resultado, a extração pode ser ligeiramente não homogênea, a menos que os operadores classifiquem e separem as bainhas adequadamente. Em média, 11 folhas externas utilizáveis podem ser extraídas por pseudocaule.

A instalação de extração de fibras da Sparśa processa os troncos em fibras usadas para absorventes menstruais compostáveis. Os troncos devem ser processados dentro de 72 horas porque seu teor de umidade é de 90 a 92%. O atraso no processamento desencadeia a decomposição e a fermentação, causando descoloração, odor e degradação microbiana. O rendimento da fibra permanece baixo: um pseudocaule de 20 kg rende cerca de 150 gramas de fibra seca, deixando para trás grandes quantidades de resíduos convertidos em adubo.

Outros trabalhadores são empregados sazonalmente por 3 a 4 meses (agosto a novembro) para colher, cortar e transportar os troncos dos campos para a fábrica. Os principais custos operacionais incluem mão de obra e transporte por trator. Aproximadamente 6.772 m² de fazendas podem fornecer anualmente pseudocaules suficientes para uma produção consistente de fibras.

Após a colheita das bananas, os agricultores geralmente descartam o pseudocaule - muitas vezes chamado de tronco - que, na verdade, contém fibras naturais valiosas em suas bainhas em camadas. Entretanto, antes de iniciar a extração das fibras, o pseudocaule deve ser dividido longitudinalmente para expor as bainhas individuais. Essa etapa é essencial para uma separação eficiente e reduz significativamente o esforço do operador durante a extração.

Originalmente, Sparśa usava um cortador de pseudocaule baseado em uma serra circular que permitia que os trabalhadores dividissem os caules em metades. Embora funcional, essa versão anterior exigia que os operadores levantassem, equilibrassem e empurrassem manualmente pseudocaules pesados através da lâmina. Isso tornava o processo fisicamente exigente, demorado e cansativo. Também limitava o rendimento, pois apenas um caule podia ser processado por vez e a fadiga do operador reduzia rapidamente a velocidade do fluxo de trabalho. Essas restrições tornavam o processo geral de produção de fibras menos eficiente e difícil para longas horas de trabalho.

Para resolver essas limitações, foi projetado um cortador de tronco novo e aprimorado. O modelo atualizado substitui o empurrão manual por um mecanismo de alimentação por corrente e roda dentada que agarra e avança automaticamente o pseudo-tronco em direção à zona de corte. Em vez de depender de uma lâmina de serra circular, a máquina usa duas lâminas de corte perpendiculares posicionadas para dividir o tronco em duas metades em uma única passagem. Esse sistema integrado oferece várias vantagens:

• Redução do esforço físico: Os operadores não precisam mais empurrar manualmente as hastes pesadas.
• Maior rendimento: A alimentação automatizada contínua permite uma produção mais rápida e consistente.
• Maior segurança: A proteção e a distância de alimentação controlada mantêm os operadores longe das lâminas em movimento.
• Corte mais preciso: A alimentação automática mantém o alinhamento consistente do corte.

O processo funciona da seguinte forma:

1. Colocação: O pseudocaule é colocado na plataforma de alimentação por corrente.
2. Engate: As correntes e as rodas dentadas prendem o caule com segurança e o guiam para frente.
3. Corte: O caule passa por duas lâminas perpendiculares, que o dividem em metades de forma limpa.
4. Saída: Os pedaços cortados caem no lado de coleta, onde podem ser descascados manualmente para a extração da fibra.

Após a divisão, os operadores retiram cada camada de bainha manualmente. Cada bainha contém uma zona fibrosa junto com tecidos internos mais macios. Os operadores cortam as bordas não fibrosas usando uma faca para remover as seções com pouca ou nenhuma fibra, garantindo que apenas o material rico em fibras seja transferido para a máquina de extração.

Esse cortador aprimorado tornou o manuseio do material muito mais fácil, reduziu a fadiga do operador e proporcionou maior consistência no fluxo de trabalho de extração. Ele também torna o processo acessível a trabalhadores com menos força física, incluindo mulheres que formam uma parte importante da força de trabalho da Sparśa.

A extração de fibra de banana oferece uma maneira sustentável de transformar resíduos agrícolas em um material natural de alto valor. Após a colheita da fruta, o pseudocaule da banana - normalmente descartado - é rico em fibras longas e duráveis, adequadas para produtos biodegradáveis, têxteis, cordas, papel e absorventes higiênicos.

Para extrair essas fibras de forma eficiente e consistente, a Sparśa desenvolveu uma máquina semiautomática de extração de fibras de banana que melhora significativamente a produção e a qualidade em comparação com a raspagem manual.

A máquina é um sistema acionado por motor que usa um tambor rotativo equipado com lâminas de raspagem, alimentado por um motor elétrico de 3 HP. Durante a operação, o operador alimenta manualmente as bainhas de banana entre o rolo rotativo e uma barra de suporte estacionária. À medida que a bainha passa, as lâminas raspam o material externo carnudo, separando e liberando as fibras limpas. Um sistema ajustável de pressão do rolo permite que o operador faça o ajuste fino da folga, dependendo da espessura da bainha, garantindo uma operação mais suave e uma produção de maior qualidade.

Uma transmissão simples por correia e polia transfere a energia do motor para o tambor. O sistema foi intencionalmente projetado para ter baixa manutenção, ser fácil de consertar em oficinas rurais e ser totalmente compatível com os componentes disponíveis nos mercados locais. Sua estrutura soldada compacta proporciona estabilidade, mesmo durante longos ciclos operacionais.

Em condições normais, a máquina produz aproximadamente 5 kg de fibra seca por dia de trabalho de 6 a 8 horas, dependendo da variedade da banana, da condição da bainha, da afiação da lâmina e da habilidade do operador.

Etapas detalhadas de trabalho:

1. Preparação:
   Os pseudocaules da banana são coletados, divididos, descascados em bainhas e cortados em comprimentos de cerca de 1 a 1,5 metro.
2. Alimentação:
   Uma bainha de cada vez é introduzida na máquina, com a pressão do rolo ajustada de acordo com o teor de umidade e a espessura da bainha.
3. Extração:
   O tambor rotativo remove o tecido rico em água e libera as fibras incorporadas. O processo é repetido nas duas metades da bainha para maximizar o rendimento.
4. Secagem e armazenamento:
   As fibras extraídas são secas ao sol ou colocadas em um secador solar por 1 a 1,5 dias, dependendo do clima. Depois de secas, elas são empacotadas e armazenadas para o próximo estágio de processamento.

A cadeia de processamento começa depois que o pseudocaule da banana é coletado nas plantações próximas. Cada pseudocaule é composto de bainhas de folhas firmemente sobrepostas. As bainhas e folhas externas são removidas primeiro para expor as camadas internas utilizáveis. Usando o cortador de tronco, o pseudocaule é cortado pela metade no sentido do comprimento, o que facilita bastante o descascamento das bainhas e acelera o processo de extração.

As bainhas separadas são então alimentadas no extrator semiautomático de fibras de banana da Sparśa. Cada bainha contém várias camadas com diferentes proporções de material fibroso e tecido interno macio. Durante a extração, uma extremidade da bainha é inserida na máquina enquanto o operador segura a outra extremidade. O tambor rotativo e as lâminas de raspagem quebram o material da parede interna, liberando as fibras incorporadas. A camada interna mais macia e rica em água é raspada durante o processo. O operador repete a extração nas duas extremidades da bainha para maximizar a recuperação da fibra.

Para obter a melhor qualidade de fibra, a extração deve ocorrer dentro de 72 horas após a colheita do pseudocaule. Com um teor de umidade de 90 a 92%, os caules se decompõem rapidamente. O atraso no processamento leva à fermentação, descoloração e odor desagradável, o que compromete a fibra resultante.

A fábrica de fibras de Sparśa opera três máquinas de extração, cada uma produzindo aproximadamente 3 kg de fibra seca por dia, resultando em uma produção diária combinada de cerca de 9 kg. Os operadores geralmente se tornam proficientes em uma semana de treinamento, e sua eficiência melhora visivelmente com a experiência, resultando em uma produção de fibra mais consistente.

As fibras extraídas, com cerca de um metro e meio de comprimento, são secas imediatamente após a extração. A secagem é feita ao sol ou em um secador solar de 251,712 pés quadrados. A secagem solar requer de 1 a 1,5 dia no verão e até 3 dias no inverno, dependendo das condições climáticas. Depois de totalmente secas, as fibras são empacotadas e armazenadas para o próximo estágio.

Em seguida, as fibras são refinadas e transformadas em papel. As fibras longas são cortadas em pedaços menores para facilitar o processamento, lavadas para remover as impurezas e alimentadas em um batedor Hollander, onde são batidas em uma pasta uniforme.

Como o papel final é usado em produtos sanitários, a higiene e o controle microbiano são essenciais. Por esse motivo, fervemos a pasta após o batimento, em vez de pré-cozinhar as fibras brutas. O batimento leva muito tempo e, se as fibras fossem fervidas antes, o período prolongado de processamento aumentaria o risco de contaminação. Ao ferver a pasta após o batimento, minimizamos o crescimento microbiano e podemos prosseguir diretamente para a formação da folha, garantindo a produção de papel higiênico e de grau sanitário.

Após o cozimento, a pasta é diluída com água em um grande tanque para atingir a consistência correta para a formação da folha. Uma estrutura de malha é mergulhada na cuba, permitindo que uma camada fina e uniforme de fibras se assente em sua superfície e forme a folha úmida inicial. Essa folha é então colocada em uma máquina de prensagem, que remove o excesso de água e compacta as fibras. Por fim, as folhas prensadas são transferidas para o secador solar, onde secam e se transformam em um papel de fibra de bananeira resistente e durável.

Uso da fibra

A fibra de bananeira é um material natural versátil com aplicações em têxteis, cordas, tapetes, geotêxteis, artesanato, produtos de papel e embalagens ecológicas. Ela é valorizada por sua resistência, biodegradabilidade e capacidade de renovação. Globalmente, a pesquisa continua a explorar a biomassa de banana como uma alternativa sustentável às fibras sintéticas, apoiando modelos de economia circular e reduzindo o desperdício agrícola.

Na Sparśa, o foco principal é a produção de fibra de banana para papel, usada como núcleo absorvente dos absorventes menstruais compostáveis da Sparśa. Isso se alinha com as metas do projeto de criar produtos de higiene ambientalmente responsáveis, reduzir a poluição plástica e demonstrar como os resíduos agrícolas podem ser transformados em uma solução socialmente impactante.

O cultivo de bananas produz grandes volumes de resíduos, inclusive pseudocaules que não são adequados para a extração de fibras, folhas e lama gerada durante o processo de extração de fibras. Em vez de queimar essa biomassa ou deixá-la apodrecer - ambos contribuem para as emissões de gases de efeito estufa - a Sparśa a converte em composto orgânico. Essa abordagem reduz as emissões de metano, contribui para a saúde do solo e reforça a missão do projeto de não gerar resíduos.

Materiais residuais utilizados

• Folhas de bananeira (40%) - cortadas em pedaços pequenos (3-50 mm).
• Troncos de banana (35%) - partes inutilizáveis, cortadas enquanto frescas para uma decomposição mais rápida.
• Lama (25%) - o resíduo fibroso restante após a extração, prensado para remover o excesso de água.
• Biochar (opcional) - adicionado para melhorar a aeração, a atividade microbiana e a retenção de nutrientes.

A receita do composto visa atingir uma proporção ideal de carbono e nitrogênio (C:N) de 20:1 a 35:1, pois essa proporção influencia a atividade microbiana e a velocidade de decomposição.

Procedimento de compostagem:

1. Pré-processar os materiais: Corte as folhas e os pedaços de tronco em 3-50 mm. Pressione a pasta para reduzir a umidade.
2. Pesar ou estimar as quantidades: No início, use uma balança digital; depois, os trabalhadores podem estimar o volume.
3. Misture bem: Combine os ingredientes na proporção de 40:35:25 para formar uma pilha de composto uniforme.
4. Ajuste a umidade: Atinja um teor de umidade de 50-60%. Adicione água se estiver seco; adicione folhas secas/troncos picados se estiver muito úmido.
5. Identifique a pilha: Marque cada nova pilha de composto com a data, o número do lote e a composição.
6. Monitore as condições: Acompanhe a temperatura, a umidade e as condições da pilha usando as planilhas de monitoramento da fábrica.

A temperatura é medida em duas profundidades: 25 cm e 50 cm. A compostagem adequada exige a manutenção de temperaturas entre 55 e 65°C para higienização. Uma queda constante de temperatura ou uma distribuição interna irregular de calor indica a necessidade de virar a pilha. Temperaturas extremas (>75°C) devem ser evitadas para impedir o superaquecimento.

Após 4 a 5 meses, o composto se torna estável, quebradiço, inodoro e pronto para uso agrícola. O composto pronto enriquece o solo, reduz a dependência de fertilizantes químicos e garante a utilização total dos resíduos vegetais da banana.