Procobre

COBRE
Saúde, Meio Ambiente
e Novas Tecnologias
COBRE
Saúde, Meio Ambiente
e Novas Tecnologias
Copper Connects Life. ™
ÍNDICE
Conteúdo
Página
Introdução
5
Capítulo 1: o cobre e nossa saúde
7
•
•
•
•
•
•
•
O cobre: um elemento essencial para a vida
O metabolismo do cobre
De onde obtemos o cobre que necessitamos para viver?
Quando a falta de cobre pode ser considerada um problema de saúde?
Qual a quantidade ideal de cobre?
Exames de laboratório para medir o cobre em nosso organismo
O cobre na medicina
9
11
13
17
21
25
27
Capítulo 2: Propriedades antimicrobianas do cobre
31
•
•
•
•
•
Atividade antimicrobiana do cobre
Cobre e micro-organismos: por que o cobre tem propriedades antimicrobianas?
Bactérias e biopelículas: um sério problema de saúde (biofilmes)
Cobre: potencial conservante de alimentos
O cobre e suas excelentes propriedades antivirais
- Efeitos antivirais do cobre sobre o vírus da imunodeficiência humana (HIV)
- Atividade antiviral do cobre sobre o vírus da influenza aviária
- Novos usos do cobre no vestuário e na indústria têxtil
- O cobre é um potente agente fungicida, algicida e herbicida
• O cobre é aprovado como um potente agente antimicrobiano
- O papel do cobre no controle das infecções hospitalares
• Cobre: elemento-chave na descontaminação da indústria de alimentos
• Estudo multicêntrico sobre o efeito de ligas de cobre no combate às infecções hospitalares
33
37
39
41
43
43
43
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55
Capítulo 3: O cobre e o meio ambiente
57
•
•
•
•
•
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61
65
67
75
O cobre no ambiente
O contexto do cobre do mundo
Ciclo de vida do cobre
Usos, aplicações e reciclagem do cobre
Regulamentação para a saúde e o meio ambiente
Capítulo 4: A Tecnologia nas novas aplicações de cobre
•
•
•
•
•
•
•
•
Introdução
Prioridades do Guia de Inovação
Inovação na indústria do cobre
Propriedades fundamentais do cobre
O cobre e a sociedade
O cobre hoje em dia
Tendências e desafios que influenciam o uso do cobre
Implementação do Guia de Inovação Tecnológica
Instituições e contatos
89
91
95
113
115
117
119
121
123
126
3
Copper Connects Life. ™
Introdução
Na década de 90 surgem os primeiros requerimentos
reguladores exigindo que o mundo do cobre forneça
informações sobre os efeitos do metal na saúde do ser
humano. Isto resultou em uma série de estudos científicos
que comprovaram seus benefícios à saúde e ao meio ambiente,
o que até então somente se conhecia por meio de informações
transmitidas desde tempos remotos.
Após quinze anos de pesquisas, podemos mostrar estes
resultados em uma linguagem simples e de fácil compreensão.
Os temas apresentados neste texto reúnem tudo o que se
refere às propriedades benéficas do cobre em relação à saúde,
ao meio ambiente e ao seu desenvolvimento tecnológico.
Um capítulo especial é dedicado às suas propriedades
antimicrobianas, pelo fato de ser o único metal que tem esta
qualidade cientificamente comprovada, o que destaca a
vulnerabilidade mundial diante do perigo de transmissão de
doenças, possíveis de serem prevenidas com o uso do cobre
em locais públicos, centros de saúde e indústrias alimentícias.
A edição deste livro é direcionada à indústria do cobre, para
que sua aplicação seja difundida entre os consumidores,
mostrando que o uso desta matéria-prima gera benefícios.
O cobre está presente em todas as atividades humanas e
é um fator primordial na qualidade de vida e no progresso da
humanidade, como demonstra o material aqui apresentado.
5
Copper Connects Life. ™
O Cobre
e nossa saúde
Magdalena Araya • Manuel Olivares Grohnert • Fernando Pizarro
Algumas destas proteínas denominadas “enzimas” têm a
função de permitir que se realizem os processos citados.
No quadro há alguns exemplos das principais enzimas e
suas funções.
Para entender em que consiste a importância do cobre
foram feitos testes com ovos de peixes-zebra encubados,
acompanhando o seu desenvolvimento.
Foram observadas as seguintes etapas:
O Cobre,
um elemento essencial
para a vida
- Quando não há cobre suficiente: os peixes não se
desenvolvem e morrem.
- Quando há cobre, mas não o suficiente: o desenvolvimento
tem início, mas eles morrem em poucos dias.
- Quando há quantidades maiores de cobre: eles se
desenvolvem até a formação do sistema nervoso, que
representa um dos primeiros sistemas que aparecem durante
o amadurecimento do peixe.
- Somente quando há cobre suficiente para atender a todas
suas necessidades, o sistema nervoso que havia se formado
e que era transparente adquire cor, o que significa o completo
desenvolvimento do peixe.
- O cobre é um mineral essencial para as funções desempenhadas em nosso organismo.
Ilustração da importância do cobre
Assim como outros minerais, o cobre pode ser produzido
pelos organismos vivos. Como é necessário para manter as
funções vitais, ele é chamado de “essencial”. Por isso o
homem deve absorvê-lo da natureza por meio da ingestão de
determinados alimentos e da água.
Concentração de cobre
0
Por que o cobre é essencial?
É essencial porque faz parte de algumas proteínas necessárias
para processos indispensáveis para que o organismo se
mantenha vivo, desde a concepção e por toda a vida.
Principais enzimas que necessitam do cobre
0
1
2
3
4
Enzima
Função
Superoxido-dismutase
Estresse oxidativo
Lisil-oxidasa
Metabolismo do colágeno da elastina
Ceruloplasmina
Metabolismo do ferro
Dopamina-monooxigenada
Produção de catecolaminas,
hormônios e neurotransmissores
= morte
= desenvolvimento
primitivo
Tirosinasa
Síntese de melanina
(coloração da pele e pelos)
= ovo
= desenvolvimento
do sistema nervoso
transparente
5
0
1
2
3
4
5
6
Tempo (dias)
9
= desenvolvimento do
sistema nervoso colorido,
que indica o crescimento
normal
Copper Connects Life. ™
No homem, as enzimas dependentes de cobre são vitais
durante o desenvolvimento embrionário e cerebral:
participam ativamente estimulando o crescimento das
crianças e os mecanismos imunológicos de defesa,
contribuem na prevenção da anemia e da fragilidade
óssea, ajudam a melhorar a qualidade dos tecidos e da
pele e estão ativamente presentes na formação de alguns
hormônios e neurotransmissores.
A percepção da importância do cobre se dá de forma
intensa com a morte ou em menor grau com o surgimento
de doenças. No dia a dia percebe-se esta importância é
notada ao se analisar que uma dieta pobre em cobre
ocasionará uma diminuição das funções essenciais à vida.
Estes aspectos serão revistos com mais detalhes na seção
sobre deficiência do cobre.
O cobre é indispensável à vida, por isso o organismo
busca na natureza a sua forma de absorção.
Referências:
-
International Programme on Chemical Safety (IPCS). Copper. Environmental Health Criteria 200. Geneva: World Health Organization, 1998.
Linder MC, Hazegh-Azam M. Copper biochemistry and molecular biology. Am J Clin Nutr. 1996; 63:797S-811S
Mertz W. The essential trace elements. Science. 1981 Sep 18;213(4514):1332-8.
Olivares M, Uauy R. Copper as an essential element. Am J Clin Nutr. 1996;63:791S–6S.
Ralph A, McArdle H. Copper Metabolism and copper requirements in the pregnant mother, her fetus, and children. New York: Internatinal Copper Association, 2001
Uauy R, Olivares M, Gonzalez M. Essentiality of copper in humans Am J Clin Nutr. 1998;67:952S-9S
WHO/FAO/IAEA. Trace elements in human nutrition and health. Geneva: World Health Organization, 1996
10
O cobre que sai do fígado para os tecidos nunca está livre, vai
sempre unido a uma proteína muito importante no seu
metabolismo, chamada “ceruplasmina”.
O cobre não utilizado é eliminado pela bílis, devolvido ao
intestino e eliminado nas fezes. Como é muito importante no
funcionamento do organismo, cada passo ou atividade em que
está envolvido é altamente controlada. Por exemplo, quando
seu nível na dieta é baixo, a absorção aumenta e a eliminação
pela bílis diminui.
O Metabolismo
do Cobre
A absorção minimiza e a excreção aumenta quando os níveis
são maiores que os necessários. Este processo de controlar as
quantidades de cobre no organismo, garantindo que esteja
onde for necessário sem que haja carências ou excessos,
chama-se homeostasis e é fundamental para o bom manejo
do cobre e para a saúde do indivíduo. A figura ilustra o
metabolismo do cobre.
Metabolismo do cobre
Dieta de
cobre 2,5
mg/dia
Ceruloplasmina 95%
Transcupreína
Albúmina 5%
Aminoácidos
- A entrada e a saída do cobre no organismo são fortemente
controladas.
Excreção
por suor
0,001 mg/dia
Excreção
por urina
0,1 mg/dia
Para que o organismo possa assimilar o cobre obtido por
meio dos alimentos e da água são necessários alguns
passos que modificam os materiais que o contém e o
transporta. Primeiro ele é digerido no estômago e no intestino,
que representam um intermediário entre o meio ambiente
e o interior do organismo. Depois entra no organismo para
ser utilizado nas funções mencionadas.
Absorção
12 – 60%
Proteínas de cobre Tisular
Superoxidismutasa
Tirosinasa
Citocromo C oxidasa
Lisiloxidasa
Vamos revisar alguns detalhes que são interessantes. O
estômago possui um ambiente ácido que favorece a liberação
do cobre existente na água e nos alimentos. O processo de
absorção ocorre principalmente no intestino delgado e para
isso é necessário que este esteja sadio.
Excreção
por fezes
2,4 mg/dia
Frequentemente perguntamos se a saúde dos trabalhadores
de minas de cobre e fundições está em risco devido à
possível absorção do metal pelas vias respiratórias e pela
pele. Os fatos mostram que a absorção de cobre desta maneira
é quase nula.
A quantidade de cobre absorvida depende em parte da
quantidade total contida na dieta e dos componentes que o
acompanham. Há substâncias que favorecem a sua absorção
(como as carnes) e outras que a diminuem (como o leite,
alguns açúcares e outros minerais como o zinco).
O cobre é metálico nestes locais de trabalho e não absorvível
pelas vias respiratórias e pela pele. O risco que estas pessoas
correm depende de fatores como os outros elementos contidos
nas partículas do ar e o tamanho de tais partículas.
Quando o cobre é absorvido no intestino, ele é levado ao
fígado, onde é armazenado e distribuído (de maneira muito
controlada) aos diferentes sistemas que dele necessitam.
11
Copper Connects Life. ™
A ação do cobre no organismo é altamente controlada,
minimizando os riscos de deficiência e excesso.
Referências:
- Linder MC, Hazegh-Azam M. Copper biochemistry and molecular biology. Am J Clin Nutr. 1996; 63:797S-811S
- Lonnerdal B. Bioavailability of copper. Am J Clin Nutr. 1996; 63: 821S-9S
- Lonnerdal B. Intestinal regulation of copper homeostasis: a developmental perspective. Am J Clin Nutr. 2008; 88: 846S-50S
- National Academy of Sciences. Institute of Medicine. Food and Nutrition Board. Dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel,
silicon, vanadium, and zinc. Wahington DC: National Academy of Sciences, 2001.
- Ralph A, McArdle H. Copper Metabolism and copper requirements in the pregnant mother, her fetus, and children. New York: Internatinal Copper Association, 2001
- Turnlund JR. Human whole-body copper metabolism.
12
Na indústria alimentícia são utilizados recipientes de cobre para
a preparação de queijos, bebidas alcoólicas (uísque,
aguardente) e amendoim açucarado. Para prevenir a deficiência
de minerais, alguns alimentos também são enriquecidos com
estas substâncias.
Em alguns casos o cobre é adicionado, especialmente nos
leites para os bebês e em cereais para o café da manhã. No
Chile, por exemplo, o leite que as crianças menores de 18
meses de idade recebem gratuitamente é enriquecido com
ferro, zinco e cobre.
De onde
obtemos
o Cobre
que necessitamos
para viver?
Entre os alimentos ricos em cobre encontram-se os mariscos,
os miúdos, os ovos, algumas sementes, os legumes, os cereais
integrais, os cogumelos, as frutas secas, a batata e o chocolate
(uma vez que o cacau possui um alto conteúdo deste mineral).
Todos os tipos de carnes, apesar de um menor teor de cobre
que os alimentos anteriores, são uma boa fonte deste mineral.
As frutas, as verduras e os derivados do leite são alimentos
pobres em cobre.
Quais são os alimentos com maior teor de cobre?
- As fontes naturais das quais retiramos o cobre são os
alimentos e a água.
- Situação da nutrição em diversos países.
O cobre nos alimentos
O nosso organismo não tem capacidade de produzir cobre,
de modo que somente o obtemos por meio da alimentação.
A maior parte do que necessitamos deste metal é
proporcionada pelos alimentos e a diferença é complementada
pela água e pelo consumo de suplementos minerais (o que
ocorre mais frequentemente nos países desenvolvidos).
Frutos do mar
Vísceras
Legumes
• Camarão
• Marisco
• Mexilhão
• Ostra
• Outros moluscos
• Fígado
• Rins
• Feijão
• Grão-de-bico
• Lentilha
• Soja
Fungos
• Cogumelos
em geral
O nível de cobre dos alimentos varia conforme o seu tipo
e sua forma de processamento. Nos vegetais e nos animais
há variações do nível de cobre de acordo com a espécie e
as condições em que crescem e se desenvolvem. Nos vegetais
há a influência das condições do solo e do tipo de fertilizante
utilizado, enquanto que nos animais o nível deste mineral
depende, em parte, da sua alimentação.
Sementes
Outros
• Amêndoa
• Amendoim
• Girassol
• Nozes
• Batata
• Cereais integrais
• Chocolate
• Frutas secas
• Ovo
O cobre é um micronutriente
necessário ao organismo para que
haja uma boa saúde.
Com relação aos efeitos do processamento dos alimentos
cabe destacar que estes procedimentos modificam seu nível
de cobre. Os cereais processados têm menor quantidade de
cobre que os integrais. Do mesmo modo, os alimentos ácidos
cozidos ou armazenados em recipientes de cobre têm o nível
deste mineral aumentado.
13
Copper Connects Life. ™
O quadro apresenta os níveis de cobre dos alimentos de
maior consumo:
Em um estudo realizado entre 1997 e 1998 em Santiago (Chile)
ficou comprovado que os cereais e as leguminosas eram os
alimentos que mais levavam ao consumo de cobre (tabela 1).
A baixa porcentagem em relação aos frutos do mar e aos peixes
se explica pelo reduzido consumo destes produtos no país.
Teor de cobre (mg por 100g) de alguns alimentos
Vegetais folhosos
Acelga
Aipo
Alface
Espinafre
Legumes
Ervilha em conseva
Feijão
Feijão preto
Feijão verde
Lentilha
Tubérculos
Batata descascada
Batata frita
Cebola
Cenoura
Cereais
Arroz
Biscoito de chocolate
Biscoito de soda
Farinha de trigo
Pão de forma branco
Pão de forma integral
Pão francês
Talharim
Peixes
Atum em conserva
Cavala em conserva
Merluza
Moreia negra
Frutos do mar
Camarão
Mexilhão
Molusco
Ostra
Vôngole
Carnes
Carne assada
Carne moída
Chuleta bovina
Chuleta de porco
Hambúrguer
Linguiça
Lombo de porco
Mortadela
Ossobuco
Presunto
Rosbife
Salsicha
Cereais matinais
Aveia
Cereais com chocolate
Cereais sem chocolate
Bebidas alcóolicas
Cerveja
Vinho tinto
0,09
0,02
0,06
0,16
0,26
0,31
0,86
0,07
0,79
0,11
0,19
0,04
0,05
0,10
0,07
0,11
0,21
0,08
0,16
0,25
0,26
0,00
0,07
0,03
0,02
0,44
0,11
0,14
1,13
0,17
0,06
0,10
0,25
0,09
0,04
0,10
0,09
0,11
0,10
0,17
0,09
0,13
0,34
0,62
0,03
Outros vegetais
Abacate
Abóbora
Cogumelos
Milho verde
Pimentão
Tomate
Frutas
Banana prata
Laranja
Maçã
Melão
Pêra
Pêssego
Pêssego em conserva
Uva
Uva passa
0,32
0,08
0,24
0,05
0,02
0,04
Tabela 1. Diferentes grupos de alimentos no consumo de cobre
entre a população adulta de Santiago (Chile).
Grupo de alimentos Contribuição (%) Grupo de alimentos Contribuição (%)
Frutas
Vegetais
Cereais e legumes
Leite e derivados
Ovos
0,10
0,05
0,02
0,01
0,08
0,08
0,02
0,05
0,35
Sementes
Amêndoa
Amendoim
Nozes
Lacticínios
Iogurte batido
Leite com chocolate
Leite condensado
Leite instantâneo
Leite longa vida
Leite em pó fortificado
Queijo amarelo
Queijo fresco
Queijo gouda
0,00
0,06
0,06
0,11
0,01
0,41
0,01
0,02
0,01
Aves
Coxa de frango
Ovo
Peito de frango
Peito de peru
0,09
0,74
0,10
0,04
Outras bebidas
Água mineral
Coca Cola
0,01
0,02
16,8
0,9
0,2
9,2
Dados obtidos de Olivares e colaboradores
Quando se analisa a presença de cobre na alimentação, é necessario considerar não só seu conteúdo nos alimentos como também
a quantidade que é absorvida de cada um deles. Nos alimentos
de origem animal o cobre é muito melhor absorvido que nos de
origem vegetal. O mesmo acontece com o leite materno em comparação ao leite de vaca. A mistura de alimentos com cobre que
uma pessoa come determina se ele será mais ou menos absorvido
pelo organismo, o que chamamos de “biodisponibilidade”.
O cobre na água potável
O cobre é um elemento encontrado naturalmente nas rochas e
no solo, por isso está presente nas águas superficiais e
subterrâneas. Ao ser transportada por canos de cobre, a água
pode ter este mineral aumentado pela liberação dos próprios
canos, principalmente em algumas condições, como nos casos
de águas ácidas ou potáveis (que permanecem no cano
durante a noite, por exemplo) e com aumento da temperatura.
Sobremesas à base de leite
0,00
Manjar
Pudim de baunilha/caramelo 0,09
0,25
Pudim de chocolate
0,09
Sorvete de baunilha
0,22
Sorvete de chocolate
Doces
Chocolate doce
0,51
0,00
Açúcar
0,01
0,00
0,01
Carnes*
Peixes e frutos do mar
Gorduras
Outros
* (bovina, suína, aves e cordeiro)
1,03
0,85
1,77
Gorduras
Azeite
Maionese
Margarina
6,4
13,3
42,4
2,4
8,3
Se quisermos diminuir o nível de cobre da água potável, basta
abrir a torneira por cerca de 30 a 60 segundos ou acionar a
descarga. A liberação de cobre é maior nas tubulações novas,
uma vez que o tempo promove nas mais antigas a ocorrência
de uma crosta (corrosão) em seu interior, diminuindo a
liberação de cobre.
A água potável apresenta um teor de cobre baixo (normalmente
menor que 0,1 mg por litro). Já as águas não tratadas
(especialmente as de poço) podem promover uma liberação
excessiva de cobre do solo.
0,01
0,03
Dados para alimentos crus e alguns processados.
Obtidos de Olivares e colaboradores.
14
Tabela 3. Consumo máximo diário seguro de cobre estabelecido pelo
Instituto de Medicina dos Estados Unidos da América
Quando a água que bebemos tem uma concentração de
cobre inferior a 0,1 mg por litro, o conteúdo de cobre dos
alimentos representa 90% das necessidades do adulto. No
entanto, quando a concentração está entre 1 a 3 mg por litro,
esta proporção pode chegar a 50% do cobre ingerido.
Em crianças menores de um ano alimentadas com leite em
pó enriquecido com cobre, a água utilizada para preparar o
leite leva menos de 10% do cobre consumido. Já no leite nãoenriquecido, este índice é em torno de 50%, especialmente
quando o teor de cobre na água está entre 1 a 2 mg por litro.
Qual é o consumo de cobre recomendado?
Vários órgãos nacionais e internacionais estabeleceram
recomendações de consumo diário de cobre que supram as
necessidades dos diferentes grupos da população. Elas são
distintas para cada uma das faixas etárias, assim como para as
mulheres grávidas ou que estejam amamentando. Além disso,
há variações nas demandas entre as pessoas de cada grupo.
As recomendações atendem às necessidades de 97, 5% dos
indivíduos. Ficou estabelecida também a quantidade máxima
diária de consumo contínuo, para evitar qualquer risco à saúde.
Grupo
1 – 3 anos
4 – 8 anos
9 – 13 anos
14 – 18 anos
Maior de 18 anos
Gestantes < 18 anos
Gestantes > 18 anos
Lactantes < 18 anos
Limite máximo (mg/dia)
1
3
5
8
10
8
10
8
Lactantes > 18anos
10
O conteúdo máximo aceitável de cobre na água potável
foi estabelecido pela Organização Mundial da Saúde e por
outras instituições como a Agência de Proteção Ambiental
dos Estados Unidos. A OMS estabeleceu para a água potável
uma quantidade máxima de cobre de 2 mg por litro.
Quantidade cobre na alimentação em diferentes
países
Nossos hábitos de alimentação mudaram notavelmente nas
últimas décadas, em que progressivamente aumentou-se o
consumo de gorduras, cereais refinados, bebidas açucaradas
e reduziu-se o de outros alimentos, como os legumes. Isto
levou a uma diminuição do cobre que retiramos de nossa
dieta alimentar.
A recomendação mais utilizada foi a determinada pelo Instituto
de Medicina dos Estados Unidos no ano de 2002, apresentada
nas tabelas 2 e 3. A Organização Mundial da Saúde estimou as
necessidades de cobre em 12,5 mg/dia por kg de peso nos
adultos e em torno de 50 mg/dia por kg de peso para os
menores de um ano.
Tabela 2. Consumo diário de cobre recomendado pelo Instituto de
Medicina dos Estados Unidos da América.
Grupo
1 – 3 anos
4 – 8 anos
9 – 13 anos
14 – 18 anos
Maior de 18 anos
Gestantes
Lactantes
Recomendação (mg/dia)
0,34
0,44
0,70
0,89
0,90
1,00
1,30
Como os dados sobre as crianças menores de um ano eram
insuficientes, tomou-se como referência a quantidade de
cobre contida no leite materno e os volumes habitualmente
consumidos pelas crianças nessa idade, chegando-se a
estimar a marca de 0,2 mg por dia como a quantidade
adequada para os primeiros seis meses de vida e 0,22 mg
por dia no segundo semestre da vida.
Abreviaturas: miligrama (mg), Organização Mundial da Saúde (OMS), menor (<), maior (>).
15
Copper Connects Life. ™
Em 1998 a OMS analisou as dietas de diferentes regiões,
descobrindo que em países desenvolvidos o consumo médio
de cobre oscilava entre 0,9 e 2,2 mg por dia. Na Europa este
consumo variava de 1 a 2,26 mg diários para os homens e
0,9 a 1,1 mg para as mulheres.
A água potável aumenta entre 0,1 e 1 mg a quantidade diária de
ingestão de cobre. Várias pesquisas recentes realizadas em
países desenvolvidos e em vias de desenvolvimento mostraram
consumos médios de cobre próximos aos recomendados,
indicando que um número significativo dos indivíduos ingere
menos cobre que o recomendado. Em um estudo realizado
em Santiago (Chile), observou-se que o consumo médio
dos adultos foi de 1 mg de cobre por dia, destacando que
46,3% dos homens e 66,1% das mulheres recebiam menos
cobre que o recomendado.
Dos 849 casos avaliados na Europa e nos Estados Unidos,
30% revelaram o uso de menos de 1 mg de cobre por dia.
Com base nesta análise, a OMS concluiu que há um risco
maior de problemas de saúde devido à deficiência de
ingestão de cobre que pelo excesso, especialmente na
Europa e nas Américas.
É praticamente impossível consumir mais cobre que o
máximo recomendado como seguro. Isso geralmente ocorre
em situações excepcionais, em que são ingeridos alimentos
contaminados com cobre ou água potável não tratada que
contenha uma alta concentração do mineral.
Cabe ressaltar que nos países desenvolvidos se acrescenta
em torno de 2 mg de cobre nas dietas, proveniente do
consumo de suplementação que em geral é de amplo uso
pela população.
Devemos prestar atenção à quantidade de cobre
que consumimos, já que os níveis contidos nos
alimentos e na água nem sempre são suficientes
em algumas fases da vida.
Referências:
- Committee on Copper in Drinking Water. Board on Environmental Studies and Toxicology. Commission of Life Sciences. National Research Council. Copper in drinking water. Washington D.C.: National Academy Press, 2000.
- Georgopoulos PG, Wang SW, Georgopoulos IG, Yonone-Lioy MJ, Lioy PJ. Assessment of human exposure to copper: a case study using the NHEXAS database. J Expo Sci Environ Epidemiol. 2006;16:397-409.
- International Atomic Energy Agency (IAEA). Human dietary intakes of trace elements: a global literature survey mainly for the period 1970-1991. I. Data list and sources of information. Vienna: IAEA, 1992.
- International Programme on Chemical Safety (IPCS). Copper. Environmental Health Criteria 200. Geneva: World Health Organization, 1998.
- National Academy of Sciences. Institute of Medicine. Food and Nutrition Board. Dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon,
vanadium, and zinc. Wahington DC: National Academy of Sciences, 2001.
- Olivares M, Araya M, Uauy R. Copper homeostasis in infant nutrition: deficit and excess. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2000;31:102-11.
- Olivares M, Pizarro F, de Pablo S, Araya M, Uauy R. Iron, zinc and copper: contents in common Chilean Foods and daily intakes in Santiago, Chile. Nutrition 2004;20:205-12.
- Organización Mundial de la Salud (OMS). Guías para la calidad del agua potable. Primer apéndice a la tercera edición. Vol. 1: Recomendaciones. Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 2006. Disponible en:
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf
- Sadhra SS, Wheatley AD, Cross HJ. Dietary exposure to copper in the European Union and its assessment for EU regulatory risk assessment. Sci Total Environ. 2007;374:223-34.
- WHO/FAO/IAEA. Trace elements in human nutrition and health. Geneva: World Health Organization, 1996.
16
A deficiência de cobre pode apresentar vários níveis de
gravidade, indo desde alterações leves ou moderadas (que não
são aparentes) até as formas severas em que aparece uma
série de manifestações clínicas que descreveremos mais adiante.
A deficiência severa de cobre é a ponta do iceberg, já que é
pouco frequente, enquanto as formas menos aparentes
são mais abundantes.
Quando a falta
de Cobre
pode ser considerada
um problema de saúde
Quando a deficiência do cobre pode ser uma
doença?
A deficiência do cobre pode ser de origem genética ou
mais frequentemente um fenômeno adquirido. Ocorre
habitualmente em indivíduos ou grupos de pessoas que
seguem uma dieta com baixo nível de cobre e/ou apresenta
pobre absorção do mineral. Estes fenômenos têm especial
importância quando se associam a um aumento das necessidades
devido à grande demanda imposta pelo crescimento (na criança)
ou gravidez e também a um aumento das perdas de mineral
por diarreias. O quadro mostra as diferentes causas da origem
de uma carência de cobre.
Causas de deficiência de cobre adquirida
Reservas reduzidas ao nascer (bebês prematuros)
Cota insuficiente
• Dieta com baixo conteúdo de cobre
• Diminuição da absorção de cobre
Aumento das necessidades
• Crescimento
• Gravidez
• Amamentação
Aumento das perdas
• Diarreias frequentes
• Diarreias prolongadas
- Causas da carência de cobre
- Conseqüências da deficiência deste mineral
A deficiência do cobre é o principal problema de saúde
relacionado com esse mineral. Afeta com mais frequência
as crianças, embora também tem sido descrita em outras
faixas etárias. Recentemente há um aumento de casos entre
os idosos.
Pirâmide da carência do cobre
Ao nascer, as crianças contam com uma grande quantidade
de cobre acumulado no fígado, formando assim uma reserva
para suprir suas necessidades durante os primeiros meses de
vida, período em que o fornecimento deste mineral por meio da
alimentação é baixo. Durante os últimos três meses da gravidez,
o feto recebe da mãe a maior proporção do cobre, de modo
que os bebês que nascem prematuros apresentam uma menor
quantidade de cobre no fígado, e por isso esgotam esta
reserva precocemente e podem desenvolver a deficiência.
Manifestações
clínicas
Deficiência
clínica
Deficiência moderada
Atividades
Cupro-enzimas
alterada
Cobre e
ceruloplamina
no plasma
diminuído
Uma dieta pobre em cobre é a principal causa da deficiência
deste elemento. As crianças alimentadas com leite materno
correm menos risco que as que recebem o leite de vaca, uma
vez que o primeiro é mais rico em cobre. Por isso há leites
especificamente enriquecidos com cobre para as crianças.
Deficiência leve
17
Copper Connects Life. ™
Existe uma moléstia genética rara chamada de “doença de
Menkes”, em que se desenvolve uma deficiência grave de cobre
devido a uma falha em sua absorção. Manifesta-se no curso
dos três primeiros meses de idade e habitualmente leva à morte
antes dos cinco anos. Essa doença está relacionada ao sexo
(afeta os homens) e ocorre um caso a cada 250 mil nascimentos.
Em algumas fases da vida uma dieta pobre em cobre é
a causa mais frequente desta carência. Há condições em
que o cobre não é bem absorvido. O consumo de zinco em
altas doses diminui a absorção de cobre, assim como alguns
outros componentes da dieta. Nos idosos, a capacidade de
digerir os alimentos diminui progressivamente e os minerais
não são totalmente liberados na dieta, por isso a quantidade
de cobre absorvida é menor.
Até hoje não existe um tratamento realmente efetivo para
essa deficiência. Há uma forma menos severa, denominada
corno occipital, em que os sintomas são mais leves e de avanço
mais lento, permitindo que a pessoa chegue à vida adulta.
Nesse caso, a radiografia do crânio mostra uma espécie de
corno ósseo na parte posterior da cabeça, por isso o seu nome.
Existem alguns casos em que ocorre um problema de
absorção intestinal, como na doença celíaca, em que a
absorção de diversos componentes dos alimentos é
menor, entre eles o cobre e outros minerais. Há também
períodos do ciclo vital nos quais as necessidades de cobre
são elevadas.
Qual a frequência da carência de cobre?
A deficiência de cobre é menos comum que as de ferro e
zinco e afeta predominantemente as crianças, especialmente
aquelas desnutridas. Recentemente essa carência foi observada
em idosos, em especial com idade superior aos 70 anos.
Não há informação de qual é a sua frequência em âmbito
mundial. Alguns estudos realizados na América Latina, em
crianças, grávidas e idosos, indicam a existência da carência
de cobre na população (tabela 1). Isso é importante porque há
profissionais nos países desenvolvidos que pensam que a
deficiência de cobre é tão rara que não merece atenção.
A deficiência de cobre é mais
frequente na infância, período
em que as necessidades do
mineral são elevadas pelas
exigências do crescimento. Isso
é particularmente importante
em crianças menores de um
ano, já que nessa idade a
velocidade de crescimento é
notavelmente acelerada. Há
ainda um aumento da demanda
de cobre na gravidez, pois a
mãe deve prover os minerais
que o feto necessita para
seu desenvolvimento, e também
para a mulher que está
amamentando, devido a presença
do cobre no leite que ela produz.
Tabela 1. Frequência da carência de cobre nos estudos
realizados em alguns países da América Latina.
Grupo estudado
A perda de cobre por consequência de diarreias prolongadas
ou frequentes é uma causa comum de deficiência do mineral
nos países de terceiro mundo, especialmente em crianças
pequenas. As crianças desnutridas costumam apresentar
várias condições que levam a esta deficiência.
Cidade / País
Crianças desnutridas
40
Santiago, Chile
(década de 70)
Crianças com desnutrição severa
91
Cochabamba, Bolivia
Crianças com desnutrição moderada
64
Cochabamba, Bolivia
Crianças menores de 2 anos
20
Lima, Perú
9
Lima, Perú
Gestantes
Em geral são bebês prematuros, que tiveram um período
muito curto de amamentação materna ou que apresentaram
diarreias frequentes. Normalmente recebem uma dieta
baseada em leite de vaca não fortificado e alimentos
predominantemente de origem vegetal, ricos em açúcares.
Uma vez tratados, a necessidade de cobre volta a crescer.
Os primeiros casos de deficiência de cobre severa foram
observados em crianças em recuperação nutricional, nos
anos 60 (no Peru) e na década de 70 (no Chile).
Percentual com
carência de cobre
Pré-escolares e escolares
8,5
Zona suburbana da
Provincia de Buenos
Aires, Argentina
Adultos
30
Santiago, Chile
Como se manifesta a carência do cobre?
Os principais sintomas da deficiência severa de cobre são
anemia, diminuição dos glóbulos brancos, redução das
plaquetas e alterações ósseas. Essa carência impede a
absorção e a mobilização do ferro que está armazenado no
nosso organismo, o que leva a uma insuficiente produção de
glóbulos vermelhos e, portanto, o desenvolvimento de anemia,
que pode ser curada aumentando-se a ingestão de cobre.
18
Colaboram com o desenvolvimento da anemia a destruição
dos glóbulos vermelhos (já que a capacidade de proteção
destas células dos efeitos dos oxidantes está afetada) e uma
menor produção ou efeito do hormônio necessário para a
produção dos glóbulos vermelhos (eritroproietina).
A carência de cobre durante a gravidez pode produzir aborto
ou malformação do feto ou lentidão do seu crescimento.
Na doença de Menkes, a carência de cobre afeta as crianças
desde o útero e continua depois do nascimento. Logo pode
apresentar outras manifestações tais como retardo mental,
convulsões, fragilidade e dilatação dos vasos sanguíneos
(aneurismas), cabelo torcido e alteração da visão.
Nessa carência também há menor produção de um tipo de
glóbulo branco chamado neutrófilo e de plaquetas,
encontrando-se uma diminuição de ambas as células no
sangue. Outra manifestação de deficiência severa de cobre
em crianças é a diminuição acentuada na força e densidade
óssea, causando osteoporose e fragilidade e aumentando os
riscos de fraturas. Nos adultos, a osteoporose ocorre por
diversos fatores, sendo um deles a falta de cobre.
Efeitos da carência de cobre
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
As carências moderada e severa de cobre acompanham
outras alterações, como exemplo o lento crescimento em
crianças, a alteração da capacidade dos glóbulos brancos de
se defenderem das bactérias e a diminuição da imunidade, o
que leva a uma maior frequência de infecções pulmonares.
Manifestações menos comuns são a diminuição da
pigmentação da pele e de cabelo, as alterações no
metabolismo do colesterol e da glicose, o aumento da pressão
arterial e o surgimento de anormalidades no ritmo do coração
(palpitações e batidas irregulares, por exemplo).
•
•
•
Verifica-se em adultos que a falta de cobre pode produzir
alteração na medula espinhal, que leva a alterações da força
muscular, da sensibilidade e da coordenação dos movimentos,
que podem ou não ser acompanhada de anemia, o que é
muito parecido ao que ocorre quando há falta da vitamina B12.
Anemia
Redução de glóbulos brancos
Diminuição de plaquetas
Osteoporose e fragilidade dos ossos
Menor crescimento
Diminuição das defesas
Infecções pulmonares severas
Menor pigmentação da pele e cabelos
Elevação do colesterol
Aumento da glicose no sangue
Alteração do ritmo cardíaco
Aumento da pressão arterial
Malformação ou crescimento reduzido do feto
Comprometimento da força, da coordenação muscular
e da sensibilidade
Dano cerebral e retardo mental (na doença de Menkes)
Cabelo torcido (na doença de Menkes)
Dilatação dos vasos sanguíneos (na doença de Menkes)
Os principais problemas de saúde causados pela
deficiência de cobre são a anemia, a diminuição de
glóbulos brancos e a osteoporose.
Referências:
- Castillo-Durán C, Fisberg M, Valenzuela A, Egaña JI, Uauy R. Controlled trial of copper supplementation during the recovery from marasmus. Am J Clin Nutr. 1983;37:898-903.
- Danks DM. Copper deficiency in humans. Ann Rev Nutr 1988;8:235-57.
- FAO/WHO/IAEA. Trace elements in human nutrition and health. Geneva: World Health Organization, 1996.
- Ilich JZ, Kerstetter JE. Nutrition in bone health revisited: A story beyond calcium. J Am Coll Nutr 2000;19:715-37.
- Kumar N, Gross JB, Ahlskog JE. Copper deficiency myelopathy produces a clinical picture like subacute combined degeneration. Neurology 2004;63:33-9.
- Madsen E, Gitlin JD. Copper deficiency. Curr Opin Gastroenterol 2007;23:187–192.
- Muñoz C, Ríos E, Olivos J, Brunser O, Olivares M. Iron, copper and immunocompetence. Brit J Nutr 2007;98 (Suppl 1):S24-S28.
- Olivares M, Araya M, Uauy R. Copper homeostasis in infant nutrition: deficit and excess. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2000;31:102-111.
- Olivares M, Hertrampf E, Uauy R. Copper and zinc interactions in anemia:a public health perspective. In: Kraemer K., Zimmermann M.B., editors. Nutritional Anemia. Basel, Switzerland: Sight and Life Press; 2007.
(Chapter 8): 99-109.
- Olivares M, Uauy R. Copper as an essential element. Am J Clin Nutr 1996;63:791S–6S
19
Copper Connects Life. ™
Para analisar quem necessita desta complementação e a
quantidade, é necessário observar algumas condições:
- Saber a partir de qual dose do metal começa a aumentar o
número de indivíduos que apresentam efeitos colaterais e
quando o cobre ingerido é muito pouco ou excessivo.
- Definir os efeitos significativos mais precoces, que aparecem
antes que haja algum dano.
- Diferenciar os efeitos que aparecem imediatamente depois de
consumido o cobre (agudos) daqueles que levam um tempo
para aparecer (crônicos).
- Contar com exames laboratoriais sensíveis e específicos, que
permitam detectar antecipadamente tais efeitos, importantes
para a saúde humana.
Qual a quantidade
ideal de Cobre?
Revisaremos passo a passo esses temas.
Modelos de avaliação de risco
Existe muito interesse em identificar o uso do cobre na
medicina. Como os estudos disponíveis são insuficientes, a
maneira mais frequente utilizada para averiguar a quantidade
de cobre que podemos ingerir é aplicando os modelos de
avaliação de risco.
- Estudos experimentais pesquisam a quantidade ideal de cobre
para o ser humano.
% população baixa deficiência
Explicando-se o importante papel que o cobre exerce no
organismo, é surpreendente a escassez de informações sobre
os efeitos do cobre nos seres humanos.
Há evidências que sugerem que alguns grupos da população
se beneficiariam se complementassem sua dieta com
cobre. No entanto, não está claro quem deve elevar o
consumo do mineral e em que quantidade para que se
obtenham os benefícios e fiquem em uma dose segura.
Essa ideia nasce da nova maneira de enxergar as coisas
na medicina e na nutrição.
% população baixa toxicidade
O modelo atualmente em uso leva em conta a zona em que
atuam os mecanismos fisiológicos que permitem se adaptar e
gerenciar mudanças em mais e em menos, e que anteriormente
definimos como homeostase.
100
classe aceitável
de ingestão oral
50
Homeostase
0
Baixa ingestão
Antigamente uma pessoa que tivesse um mal-estar era
consultada e só então se dava um tratamento para aliviar
os sintomas e para eliminar a causa, se fosse possível.
Hoje, com mais conhecimentos disponíveis, é possível ter
um olhar diferente. Tenta-se reconhecer antecipadamente
as pessoas propensas ao risco de sofrer uma doença
antes que ela se desenvolva, de maneira a evitá-la ou
desacelerá-la substancialmente. Então fica aí o interesse
em saber a quantidade de cobre a ser complementado para
estes indivíduos.
Alta ingestão
Ingestão / exposição oral total
A figura mostra a relação entre as doses de cobre e seus
efeitos, o que ocorre na população na medida em que se
aumenta ou diminui a ingestão de cobre. No eixo vertical,
aparece a proporção da população que manifesta sintomas
relacionados à quantidade de cobre ingerida, enquanto no
eixo horizontal aparece a ingestão de cobre, que é mínima
na extrema esquerda e que aumenta até a extrema direita.
21
Copper Connects Life. ™
Quanto menor o consumo de cobre, maior é a proporção de
pessoas que sofrem sua deficiência. Na teoria, todas as
pessoas morreriam se não ingerissem cobre, pois o mineral
é essencial para a manutenção da vida. Já no caso de uma
alta ingestão, a população morreria por intoxicação. A faixa
segura é aquela na qual as pessoas não manifestam
deficiências ou efeitos prejudiciais pelo excesso do mineral,
uma zona em que funcionam os sistemas de controle que
definimos anteriormente como “homeostases”, em que o
consumo é adequado para manter a saúde.
Efeitos agudos
O modelo é executado com dados existentes que derivam,
na medida do possível, de estudos práticos. Quando não
há dados em seres humanos, são usados resultados obtidos
em animais e se aplica o “princípio de precaução”, que
consiste em dividir a dose que provou ser segura com base
nos resultados experimentais, por fatores de 2, 5, 10 ou
mais, dependendo da qualidade dos dados e da relevância
dos efeitos.
O gráfico mostra a proporção de pessoas que apresentaram
náuseas quando tomaram água com diferentes quantidades de
cobre (como sulfato de cobre), administradas de forma
controlada na água da torneira.
Os efeitos agudos estão relacionados principalmente com o
consumo de cobre por meio da água. Em estudos realizados
com adultos chilenos e de outros quatro países, usando-se
várias qualidades de água e distintos compostos de cobre,
notou-se que quando a água continha 4 mg de cobre por litro,
os indivíduos sentiam sensação de enjoo ou náusea. Quando o
conteúdo era aumentado para 10 mg/litro, 30% das pessoas
sentiam náusea.
100
80
Efeitos medidos experimentalmente
Náuseas (%)
Embora medir os efeitos do cobre mediante experimentação
direta seja a melhor maneira de definir o problema, os dados
disponíveis na literatura científica cobrem só alguns aspectos.
Em seres humanos os estudos são limitados, pois não é
possível carregar seus organismos com o cobre ou qualquer
outro elemento, devendo ser feitos de forma controlada e
progressiva, para estabelecer os sintomas adversos que
podem aparecer.
60
40
20
0
0
Por isso, a única opção possível é estudar modelos animais.
Existe muita informação proveniente de estudos com animais
pequenos de laboratório (por exemplo, os ratos), mas a maneira
com que essas cobaias metabolizam o cobre é muito diferente
da forma realizada pelo ser humano. Em muitos casos, os
dados desses estudos servem mais para fazer um jogo de
cenários e estimativas de risco que para a descrição real
e sistemática dos efeitos. Assim, os macacos (primatas não
humanos) são considerados a melhor opção de estudo.
2
4
6
8
10
12
Cobre em água (mg/L)
Com base nas pesquisas, estima-se que se a água potável
apresentasse 16 mg de cobre por litro, todos os indivíduos
sentiriam náusea e uma parte deles também vomitaria. Esses
dados são importantes porque a água potável contém menos
de 2 mg de cobre por litro em qualquer lugar no mundo, sendo
assim segura para o consumo.
O Chile tem um papel importante na pesquisa que busca
entender os efeitos do cobre no ser humano. Boa parte dos
resultados disponíveis foi obtida no país e serviu de base para
que a Organização Mundial de Saúde (OMS) pudesse
estabelecer os limites seguros de concentração de cobre em
água potável.
A capacidade de sentir o sabor do cobre
O cobre tem um sabor metálico e a capacidade de percepção
das pessoas é variada. Para alguns, basta que haja um
pouco de cobre (1 ou 2 mg/litro de água) dissolvido em
água para sentir o mau gosto causado pelo sabor metálico.
Em contrapartida, outros sentem o gosto do cobre somente
quando está presente em quantidades maiores (6 a 10 mg/litro).
Estes estudos distinguem os efeitos por excesso de cobre
segundo a exposição ao metal (ou sua ingestão), sendo aguda
ou crônica.
22
Nos testes que analisam pessoas que tomam água com
cobre em diferentes quantidades, observa-se que elas
primeiro percebem o sabor do metal. Ao se aumentar
progressivamente estas quantidades, surgem sensações de
mau gosto e asco, seguidas de náusea e, em certos casos,
a ocorrência de vômito.
Durante seis semanas, foram administrados 3 e 6 mg de
cobre ao dia. Depois 6 e 8 miligramas diários de cobre durante
seis meses e finalmente 10 mg de cobre/dia por dois meses.
Todos esses estudos tiveram resultados negativos e não
revelaram mudança clínica nos exames de sangue que
sugerem riscos para a saúde.
Desta maneira, dadas as concentrações habituais de cobre
na água potável, a água que habitualmente temos em casa
não apresenta risco para saúde. Estes resultados indicam
que a crença tradicional na qual se baseava a normativa
histórica que regia o cobre, em que sua cor e sabor metálico
nos protegeriam de ingeri-lo em excesso, é um erro, e abre
a possibilidade de que poderíamos ingerir quantidades
importantes de cobre de forma crônica, sem percebermos.
Um estudo realizado em macacos conseguiu avaliar doses
maiores de cobre. Em um deles, a inserção de cobre na
dieta diária foi 4 a 5 vezes o limite alto seguro dos humanos,
desde o nascimento até os seis meses de vida. O resultado
foi negativo, sendo que os animais cresceram normalmente
e tiveram o desenvolvimento esperado. Os exames de
laboratório e o da análise do fígado permaneceram normais.
Depois dos seis meses, a absorção de cobre no intestino
diminuiu por volta de sete vezes, o que indica uma potente
capacidade de controle por parte do intestino.
Efeitos crônicos
Os efeitos crônicos foram obtidos ao se administrar, em
voluntários sãos, quantidades de cobre que estão abaixo do
“limite alto seguro” durante diferentes períodos de tempo.
A medição se deu de várias maneiras: por mudanças na
nutrição de cobre, variação na atividade de algumas enzimas
que contém cobre em sua estrutura e o necessitam para
funcionar corretamente, alterações em exames de laboratório
que medem a função do fígado e modificações em indicadores
que medem o potencial dano por oxidantes.
Em uma segunda pesquisa com animais jovens e adultos, eles
receberam cerca de 50 vezes o limite alto seguro durante três
anos. Não se detectaram efeitos clínicos prejudiciais nos
exames de sangue ou na função do fígado. Estes resultados
sugerem que o organismo dos primatas tem uma grande
capacidade de adaptação, que permite gerenciar quantidades
elevadas de cobre sem problemas. Também fazem referência
que as pessoas que sofreram danos à saúde atribuídos ao
excesso de cobre poderiam ter características genéticas que
as tornam mais vulneráveis.
Dados experimentais que estudam os efeitos do
consumo prolongado de grandes quantidades de cobre
mostram que o organismo tem potentes mecanismos de
defesa que permitem evitar que o excesso de cobre
cause danos à saúde.
Referências:
- Araya M, Bingchen Ch, Klevay LM, Strain JJ, Johnson LA, Robson P, Shi W, Nielsen F, Shu H, Olivares M, Pizarro F, Haber LT. Confirmation of an acute no-observed-adverse-effect and low-observed-adverse-effect level for copper
in bottled drinking water in a multi-site international study. Regul Toxicol Pharmacol 2003; 38(3):389-399
- Araya M, Kelleher SL, Arredondo M, Sierralta W, Vial MT, Uauy R, Lonnerdal B. Effects of chronic copper exposure during early life in rhesus monkeys. Am J Clin Nutr 2005; 81(5):1065-1071
- Araya M, McGoldrick MC, Klevay L, Stain JJ, Robson P, Nielsen F, Olivares M, Pizarro F, Johnson L, Baker S, Poirier K. Determination of an acute no-observed-adverse-effect-level (NOAEL) for copper in water. Regul Toxicol
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- Araya M, Olivares M, Pizarro F, Gonzalez M, Speisky H, Uauy R. Gastrointestinal symptoms and blood indicators of copper load in apparently healthy adults undergoing controlled copper exposure. Am J Clin Nutr 2003; 77:646-650
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- Olivares M, Araya M, Pizarro F, Uauy R. Nausea threshold in apparently healthy individuals who drink fluids containing graded concentration of copper. Regul Toxicol Pharmacol 2001; 33:271-275
- Organización Mundial de la Salud (OMS). Guías para la calidad del agua potable. Primer apéndice a la tercera edición. Vol. 1: Recomendaciones. Ginebra: Organización Mundial de la Salud, 2006. Disponible en:
http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/gdwq3_es_fulll_lowsres.pdf
- Pizarro F, Olivares M, Araya M, Gidi V, Uauy R. Gastrointestinal effects associated with soluble and insoluble copper in drinking. Environ Health Perspect 2001;109:949-952
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- Zacarias I, Yañez CG, Araya M, Oraka C, Olivares M, Uauy R. Determination of the taste threshold of copper in water. Chem Senses 2001; 26:85-89
23
Copper Connects Life. ™
A medicina moderna possui outra visão. Não só trata os
doentes que se consultam por seus males, mas também
prevê os riscos de que as pessoas adoeçam, antes que
ocorram danos à saúde. Trata-se então de detectar mudanças
menores do metabolismo.
Exames de
laboratório
para medir
o Cobre
em nosso organismo
Esses casos se referem a pessoas que não possuem os
fatores hereditários mencionados, mas que respondem a
quantidade de metal consumido (dieta e água com pouco ou
muito cobre). Nesse caso o problema é muito mais complexo
e os exames laboratoriais existentes não conseguem detectar
as alterações. É por isso que atualmente existe um enorme
interesse na busca de novos exames.
Os estudos realizados nesse sentido têm demonstrado que,
no caso de deficiência, a diminuição da atividade de algumas
enzimas que contêm cobre é um bom para a detecção de
deficiências leves e moderadas.
Já na ocorrência de excesso de cobre, até hoje não há bons
resultados. Estudos recentes estão focados em medidas
complexas, que buscam determinar as mudanças ocorridas
em algumas células do organismo, capazes de responder às
modificações no consumo de cobre. Essas atividades estão
bem encaminhadas, mas ainda há muito trabalho a fazer.
- Os testes sobre os efeitos do cobre são aplicados para se
obter diagnósticos. Ou seja, são úteis em pessoas doentes.
- Definir novos indicadores que permitam medir os primeiros e
menos intensos efeitos do cobre é um dos maiores desafios.
Os exames laboratoriais disponíveis
são úteis para diagnosticar as
doenças relacionadas ao cobre, mas
buscam-se testes capazes de medir
os efeitos precocemente, antes que
apareça a doença. Embora isso esteja
em nível avançado, ainda falta muito
para se conseguir estes resultados.
Os efeitos da deficiência e excesso de cobre são conhecidos
porque existem duas doenças genéticas que representam
esses casos extremos. A doença de Menkes, anteriormente
mencionada, é o modelo clássico de grave deficiência de
cobre. Já a doença de Wilson é o exemplo mais conhecido
dos efeitos que o excesso de cobre produz, devido à falta
de eliminação pela bílis (ver seção Metabolismo), acumulando
cobre e desenvolvendo cirrose e insuficiência hepática.
Ambas são de origem hereditária e os exames laboratoriais
disponíveis atualmente servem para fazer seus respectivos
diagnósticos.
Referências:
- Araya M, Koletzko B, Uauy R. Copper deficiency and excess in infancy: developing a research agenda. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2003; 37(4):422-429
- Araya M, Olivares M, Pizarro F, Gonzalez M, Speisky H, Uauy R. Copper exposure and potential biomarkers of copper metabolism. Biometals 2003; 16(1):199-204
- Arredondo M, Gonzalez M, Olivares M, Pizarro F, Araya M. Ceruloplasmin, an indicator of copper status. Biol Trace Elem Res 2008; 123(1-3):261-269
- Danzeisen R, Araya M, Harrison B, Keen C, Solioz M, Thiele D, McArdle HJ. How reliable and robust are current biomarkers for copper status? Br J Nutr 2007; 98(4):676-683
- Suazo M, Olivares F, Mendez MA, Pulgar R, Prohaska JR, Arredondo M, Pizarro F, Olivares M, Araya M, Gonzalez M. CCS and SOD1 mRNA are reduced after copper supplementation in peripheral mononuclear cells of
individuals with high serum ceruloplasmin concentration. J Nutr Biochem 2008; 19(4):269-274
- Uauy R, Maass A, Araya M. Estimating risk from copper excess in human populations. Am J Clin Nutr 2008; 88: 867S-871S
25
Copper Connects Life. ™
Os benefícios
do cobre no
corpo humano
Cérebro:
o cobre é essencial na formação do cérebro e dos
sistemas nervosos. Também cumpre uma função
importante na produção de neurotransmissores, os
mensageiros químicos que facilitam a comunicação
entre células nervosas e o movimento dos impulsos
nervosos ao longo dos nervos.
o figado
Coração e vasos sanguíneos:
transporte
de proteínas
na corrente
sanguínea
o cobre ajuda a manter a elasticidade dos
cobre no
duodeno
vasos
sanguíneos,
o
que
permite
a
manutenção da pressão arterial adequada.
A aorta (principal artéria que corre do
coração e a maior do corpo humano) não
pode
funcionar
completamente
se
sua
armação elástica estiver debilitada. Como o
cobre é necessário para uma correta função
e tono muscular, ele desempenha um papel
vital no coração.
O cobre como nutriente essencial:
o cobre ingerido é absorvido no
estômago e no intestino delgado,
indo para a corrente sanguínea. De
lá é transportado por proteínas até
o fígado, onde é distribuído por todo
o corpo.
Pele:
o cobre contribui para a formação de colágeno,
um tecido conjuntivo da pele. Trata-se da proteína
mais abundante na pele e que é importante para
Ossos:
a manutenção da boa aparência (viçosa, saudável
o papel do cobre na formação
e sem rugas) em nosso rosto e diversas áreas
de colágeno é crucial para a
do corpo.
formação, saúde e reparação dos
ossos. O colágeno é o principal
cobre
fator para a rigidez, resistência
mecânica e função do osso.
Estudos em animais mostram que
quando existe uma deficiência de
glóbulos
brancos
cobre, há fraturas nos ossos,
anormalidades no esqueleto e
material
estranho
osteoporose.
Sistema imunológico:
o cobre é necessário para a manutenção de um sistema
imunológico saudável, que protege o corpo de germes e
doenças. Um forte contingente de soldados germicidas,
que incluem glóbulos brancos (que devoram o material
externo), anticorpos (moléculas de proteínas), citocinas
(mensageiros
químicos),
linfócitos
B
(produzem
anticorpos) e linfócitos T (células imunes), mantém o corpo
saudável e livre de doenças.
O cobre e a saúde do coração
Existem vários fatores que aumentam o risco de se apresentar
uma doença do coração (enfarte) ou um acidente cerebral.
Os principais são o aumento da pressão arterial (hipertensão),
elevação do colesterol LDL (o chamado mau colesterol),
aumento do triglicérides e diminuição do colesterol HDL
(o bom colesterol), obesidade, hábito de fumar, elevação de
açúcar no sangue (diabetes mellitus) e sedentarismo (falta
de atividade física). Estudos realizados em
animais e em voluntários mostraram que uma
dieta pobre em cobre produz um aumento do
colesterol prejudicial e diminui o bom
colesterol, elevando o açúcar no sangue e
alterando o ritmo do coração.
O Cobre
na medicina
O colesterol LDL se deposita nas paredes
das artérias, formando placas que produzem
arteriosclerose, ou seja, estreitam as artérias.
Quando se rompem, favorecem a formação
de coágulos, diminuindo ainda mais o fluxo
do sangue, o que produz o enfarte (do
coração ou cérebro).
A formação destas placas é elevada na diabete. Pacientes que
têm as mesmas alterações que as descritas, às vezes
apresentam níveis de cobre elevados no sangue. Não se sabe
se este aumento representa um fator causal destas doenças
ou se é uma consequência delas, já que nas condições
mencionadas existe frequentemente inflamação crônica, e o
cobre no sangue aumenta durante a inflamação. O cobre do
corpo se distribui de maneira distinta e aumenta sua
concentração no plasma.
- Doenças ocasionadas pela falta de cobre.
- Benefícios da suplementação com cobre.
Existem diversas doenças que estão associadas a pequenas
deficiências de cobre. Nesses casos, uma estratégia útil
para melhorar a saúde seria a suplementação com o mineral.
Nas situações em que o papel do cobre não está comprovado,
a utilidade da suplementação é questionável. É importante
diferenciar corretamente essas circunstâncias.
Os estudos de suplementação com cobre em pacientes com
hipertensão arterial ou com alterações de colesterol e
triglicérides têm dado resultados contraditórios. Os dados
favoráveis só se observam quando os sujeitos têm carência
de cobre. A hipertensão arterial leva a um alargamento do
coração por um aumento do músculo cardíaco (cardiomiopatia
hipertrófica) e a uma insuficiência cardíaca. Em ratos, tem-se
notado que a suplementação com cobre diminui o tamanho
do coração e reduz a insuficiência cardíaca. Em humanos
ainda não há informação suficiente a respeito.
O cobre e os “radicais livres”
O corpo produz substâncias “oxidantes” chamadas radicais
livres, que são capazes de alterar células e moléculas
importantes como os genes. Esta produção é fundamental no
caso de algumas doenças, como por exemplo, as inflamações.
O cobre forma parte de algumas enzimas. Uma delas, o
superóxido dismutase, tem um papel essencial na proteção
contra os chamados radicais livres.
É interessante saber ainda que o cobre em excesso é capaz
de produzir radicais livres. É por isso que, em certas condições,
a deficiência ou o excesso de cobre são capazes de causar
danos por esse mecanismo.
A carência de cobre afeta a saúde do
coração, aumenta o mau colesterol e
causa hipertensão.
27
Copper Connects Life. ™
O cobre e o reumatismo
Assim, mulheres com osteoporose ou fraturas depois da
menopausa têm níveis mais baixos de cobre no plasma. Observase que mulheres que consomem dietas mais ricas em cobre
apresentam uma maior densidade óssea comparada com
aquelas que consomem menos cobre, embora seus valores de
cobre no sangue possam ser similares.
Os pacientes com reumatismo (osteoartrite ou artrite reumatoide)
têm uma inflamação crônica que é acompanhada de níveis
elevados de cobre no plasma. Acredita-se que esta resposta do
organismo poderia ter um efeito benéfico. Alguns estudiosos
demonstram que a administração de cobre em animais reduz o
desenvolvimento ou a severidade do reumatismo.
A suplementação com cobre reduz a perda de densidade
óssea em mulheres pós-menopáusicas e o resultado é melhor se
associado à administração combinada com outros nutrientes
como cálcio, magnésio e zinco. Esse suplemento múltiplo é mais
efetivo do que somente a suplementação com cálcio. Em um
estudo em que foi utilizada somente a complementação com
cobre, não se observou efeito benéfico. Acredita-se que isso
ocorreu pelo fato de que as mulheres tinham um consumo
adequado de cobre na dieta e não sofriam deficiência do mineral.
É comum o uso de pulseiras de
cobre ou de ligas de cobre para
diminuir os sintomas reumáticos,
mas estudos realizados em seres
humanos não demonstraram efeito
benéfico nem com a suplementação
de cobre nem com o uso de
pulseiras deste metal. Apesar
destes acessórios poderem liberar
uma quantidade variável do
mineral, dependendo da qualidade
do suor, a quantidade absorvida
pela pele é a mesma.
O cobre e o câncer
As informações existentes sugerem que não há relação no
consumo de cobre com a ocorrência do câncer, mas em anos
recentes o tema foi colocado de volta em discussão.
Para que um tumor cancerígeno cresça, é necessário que se
formem novos vasos sanguíneos que levem o oxigênio e os
nutrientes necessários.
Em relação ao tratamento do
reumatismo, observa-se que o acetato de cobre é mais eficaz
que o ácido salicílico na redução dos sintomas da doença. Como
parte das lesões articulares se produz por aparição de novos
vasos sanguíneos, e o cobre é necessário para formá-los, usa-se
uma forma ainda experimental de produção da deficiência de
cobre, por meio da utilização de medicamentos que extraem
o cobre do organismo.
Como o cobre é necessário neste processo, foram realizados
alguns estudos utilizando-se medicamentos que extraem o
cobre do corpo, provocando assim uma deficiência do mineral,
de modo que, ao inibir o crescimento dos vasos sanguíneos,
diminua-se o crescimento do tumor canceroso. Os resultados
são promissores nos casos de tumores sólidos e cânceres
hematológicos, mas a informação ainda não é suficiente para
avaliar o uso do cobre como uma alternativa de terapia para
esses doentes.
O cobre e os ossos
A osteoporose (diminuição da densidade do osso) é uma condição
que afeta mais as mulheres e que aumenta sua frequência
progressivamente depois da menopausa. Essa alteração diminui a
resistência do osso e aumenta o risco de fraturas. A enzima
dependente de cobre, chamada lisil oxidase, é fundamental para a
maturação do colágeno, para uma estrutura normal e para o
depósito de cálcio no osso. As diminuições da densidade e da
resistência do osso se devem principalmente a um menor consumo
de cálcio e, em menor grau, a um menor consumo de outros
nutrientes, entre eles vitamina
D, cobre e outros minerais.
O cobre vem sendo usado no tratamento. Em um caso, nano
partículas de cobre cobertas com algumas proteínas foram
administradas, fazendo a com que fossem preferencialmente
captadas pelas células cancerígenas.
Depois se aplicou a radiofrequência (ondas parecidas com as
que produzem os fornos de micro-ondas) e o calor produzido
destruiu as células. Em outros casos, o cobre tem sido
administrado para aumentar a produção de oxidantes (radicais
livres) ao interior do tumor para assim destruí-lo.
Nas mulheres, depois da
menopausa, a diminuição da
produção de estrogênios
(hormônio feminino) contribui
para a aparição da osteoporose.
Há uma relação positiva entre
níveis de cobre no sangue e
a densidade dos ossos.
A falta de cobre favorece
a diabete a osteoporose.
28
O cobre e a cicatrização
Dispositivo intrauterino de cobre
O cobre contribui para uma melhor cicatrização, pois
favorece a formação de colágeno maduro e de novos
vasos sanguíneos. Em pacientes diabéticos, verifica-se que
a aplicação de soluções de cobre nas feridas melhora
sua cicatrização, e um efeito adicional benéfico é a redução
de risco de infecção da ferida, pelas propriedades
antibacterianas do mineral.
Os dispositivos intrauterinos (DIU) constituem um dos
métodos anticoncepcionais mais efetivos. O DIU com base
de cobre (“T” de cobre) impede a gravidez pelas mudanças
nas condições no interior do útero por corpo estranho e
por efeito de cobre liberado. Uma área maior do “T” de
cobre gera um melhor efeito contraceptivo. O cobre liberado
não altera os níveis sanguíneos do cobre nas mulheres.
O DIU de cobre é tão eficaz quanto o de plástico, revestido
com hormônios.
O cobre não causa câncer, mas pode ser útil
em seu tratamento.
Referências:
- Alarcón OM, Guerrero Y, Ramírez de Fernández M, D’Jesús I, Burguera M, Burguera JL, Di Bernardo ML. Efecto de la suplementación con cobre sobre los valores de presión arterial en pacientes con hipertensión
moderada estable. Arch Latinoam Nutr. 2003;53:271-6.
- Alarcón-Corredor OM, Guerrero Y, Ramírez de Fernández M, D’Jesús I, Burguera M, Burguera JL, Di Bernardo ML, García MY, Alarcón AO. Efecto de la suplementación oral con cobre en el perfil lipídico de pacientes
venezolanos hiperlipémicos. Arch Latinoam Nutr. 2004;54:413-8.
- Bo S, Durazzo M, Gambino R, Berutti C, Milanesio N, Caropreso A, Gentile L, Cassader M, Cavallo-Perin P, Pagano G. Associations of dietary and serum copper with inflammation, oxidative stress, and metabolic
variables in adults. J Nutr. 2008;138:305-10.
- Borkow G, Gabbay J, Zatcoff R. Could chronic wounds not heal due to too low local copper levels? Med Hypotheses. 2008;70:610-3.
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- Eaton-Evans J, McIIrath EM, Jackson WE, McCartney H, Strain JJ. Copper supplementation and the maintenance of bone mineral density in middle-aged women. J Trace Elem Exp Med 1996;9:87-94.
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- Klevay LM. Cardiovascular disease from copper deficiency—a history. J. Nutr. 2000;130: 489S-92S.
- O’Brien PA, Kulier R, Helmerhorst FM, Usher-Patel M, d’Arcangues C. Copper-containing, framed intrauterine devices for contraception: a systematic review of randomized controlled trials. Contraception. 2008;77:318-27.
- Rao JK, Mihaliak K, Kroenke K, Bradley J, Tierney WM, Weinberger M. Use of complementary therapies for arthritis among patients of rheumatologists. Ann Intern Med. 1999;131:409-416.
- Zhou Z, Johnson WT, Kang YJ. Regression of copper-deficient heart hypertrophy: reduction in the size of hypertrophic cardiomyocytes. J Nutr Biochem. 2008 [Epub ahead of print]
29
Copper Connects Life. ™
Propriedades
antimicrobianas
do Cobre
Guillermo Figueroa Gronemeyer
Entre eles encontram-se os frutos do mar, o pão integral, a
uva passa, as nozes, o chocolate e vários tipos de carne.
Isso nos permite concluir que, em condições fisiológicas e
genéticas normais, uma dieta variada é suficiente para suprir
as necessidades metabólicas de um ser humano sadio.
Atividade
antimicrobiana
do Cobre
O risco de toxicidade por níveis elevados de cobre é baixo,
já que o organismo dispõe de um eficiente sistema de
controle de absorção e excreção de cobre, de modo que, em
condições normais, não há riscos quando a ingestão é superior
às necessidades. Por outro lado, existem evidências que
determinadas populações têm baixos níveis de cobre e,
portanto, necessitam de suplementação especial.
Por suas múltiplas propriedades, tais como condutividade
elétrica, condutividade térmica, resistência à tração,
à fadiga e à corrosão, fácil
moldagem e beleza, os
usos do cobre são diversos, mas sem dúvida, o
transporte de água potável
e de eletricidade são os
que têm maior relevância,
já que ambas as ações
estão intimamente ligadas
ao desenvolvimento da
sociedade moderna.
Contexto geral
O cobre é um metal amplamente encontrado na natureza, cujo
descobrimento data em torno de 5.000 a.C. Tem sido utilizado
em diferentes funções, que inclui desde utensílios de uso
doméstico até o seu uso como condutor elétrico(1). São muitos
os papéis na vida dos seres vivos, entre os quais se destaca
sua função como um microelemento ou nutriente essencial
para as funções básicas do metabolismo celular.
Nos seres humanos, pode-se especificar que o cobre é um
elemento necessário em baixas concentrações, faz parte de
vários sistemas enzimáticos, intervém no desenvolvimento
fetal, no tecido cardíaco, no processo de ossificação do
esqueleto, na maturação do sistema nervoso e também no
sistema imune de todos os seres superiores.
A industrialização e o
avanço da tecnologia
incorporaram o cobre em
múltiplos equipamentos e utensílios. O reconhecimento de
seu valor ampliou na sociedade e a aparição de novas
ligas aumentou a sua aplicação.
É ainda um componente-chave nas proteínas que participam
nos processos de respiração celular e no papel antioxidante
essencial, ajudando a neutralizar os radicais livres que
produzem danos celulares graves (apresenta grande potencial
para oxidar alguns grupos químicos de proteínas e/ou lipídios
celulares).
O cobre na história da humanidade
Uma das propriedades ou aplicações do cobre que está
ganhando o interesse da comunidade científica nos últimos
tempos é seu uso como agente biocida. Os estudos para
explicar e aplicar o uso deste metal como microbicida
cresceram, embora a capacidade potencial dos íons de
cobre (isoladamente ou em complexos de cobre) para eliminar
os contaminantes microbianos era conhecida e apreciada
desde antigamente por várias civilizações (ente elas os povos
celtas, hindus, americanos e japoneses).
Normalmente os seres humanos e animais obtêm o cobre
que seu organismo necessita na natureza ou pela dieta.
O acesso ao cobre no meio ambiente é muito limitado, por
isso a dieta e a água são fatores fundamentais para suprir
as necessidades mínimas do ser humano. Estima-se que o
homem necessita ingerir diariamente pelo menos 0,9
miligramas de cobre. A ingestão habitual é suficiente para
cobrir tais necessidades, graças a vários alimentos com alta
concentração desde microelemento.
Mais Informações:
1. Cooper Development Association. http://www.copper.org/
33
Copper Connects Life. ™
A história mostra que o uso do cobre para melhorar a higiene data
de primórdios da civilização. Fatos indicam que os egípcios,
gregos, romanos e astecas o usaram para tratamento de água e
para curar ferimentos. Na Grécia o uso desse metal em vasilhas
e recipientes para recolher água não era casual e essa utilização
melhorou a condição sanitária da água.
A atividade antiviral do cobre tem sido demonstrada também
frente ao vírus HIV-1, o vírus da Influenza Aviária e outros vírus
com ou sem envoltório. A isso se acrescenta a potente atividade
do cobre sobre muitas espécies de fungos, algas e leveduras.
Paradoxalmente, a indústria usa produtos com importante
concentração de cobre, sem que o cidadão seja informado, em
vários produtos de uso frequente. Há dois casos que são
interessantes de se abordar a
título de exemplo.
Também se descreve que na idade de ouro romana moedas de cobre
eram mergulhadas nas vasilhas
de armazenamento de água em
Staphylococcus aureus MRSA
muitas casas, evitando sua
decomposição e coonsequentemente a aparição de doenças.
A água é fundamental para a
saúde e a sua contaminação é
uma fonte de risco que se associa
a sérias infecções gastrointestinais.
Um primeiro é o exemplo dos
pesticidas com base de cobre(2).
Nesta aplicação, o cobre amplia
o intervalo de letalidade para
muitas espécies de fungos
filamentosos que causam grande
perda econômica aos produtores
de frutas e grãos.
No século XVII o cobre também
foi utilizado na agricultura, já que
se observava que ao lavar as
sementes com soluções de sulfato
de cobre, este elemento desempenhava uma potente ação
fungicida. Este conhecimento
rapidamente foi aplicado para
controlar os fungos nos cultivos de
trigo. Atualmente, muitas pragas de
plantas são prevenidas ou combatidas com fungicidas e
desinfetantes à base de sais de cobre, como sulfatos e oxicloretos,
entre outros.
O segundo caso é o uso de cobre
em
pinturas(3).
As
pinturas
denominadas “anti-fouling” são
utilizadas em embarcações. O
biofouling é um processo que
começa com a aderência de uma
capa de micro-organismos na
superfície do barco em contato
com a água do mar.
Tais populações bacterianas se multiplicam gerando biopelículas
(biofilmes), em formas resistentes aos fatores deletérios tais como
correntes marinhas, frio ou outros sistemas geradores de estresse.
As biopelículas formadas por micro-organismos e alguns de seus
produtos celulares (polissacarídeos) servem de base para se
produzir a incrustação de organismos multicelulares (eucarióticos),
tais como crustáceos e outros mariscos de capa calcária.
Quando se descobriu que muitas doenças eram causadas por
bactérias, vírus e fungos, iniciaram-se também os estudos sobre
as propriedades antimicrobianas do cobre e o seu potencial uso
em tratamento de diversos quadros infecciosos. Assim sua aplicação
se estendeu a diferentes áreas da saúde, como produtos para
higiene bucal, antissépticos, aparelhos médicos e pinturas, entre
outros usos.
Esse fenômeno faz com que o peso do barco aumente significativamente, o que diminui a eficiência de seu deslocamento
e consequentemente causa impacto no maior custo de transporte.
A pesquisa científica hoje disponível revelou os mecanismos que
explicam as múltiplas propriedades antimicrobianas do cobre.
Assim dispomos de pesquisa básica e aplicada sobre seu papel
antimicrobiano frente a numerosos patógenos, para o homem e os
animais, entre eles, Escherichia coli, Listeria monocytogenes,
Salmonella Enterica, Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus
MRSA, Legionella pneumophila, Clostridium difficile, Pseudomonas
Aeruginosa e outros.
Essas aplicações do cobre como agente inibidor de diferentes
populações microbianas estão há muitos anos disponíveis e são
comercializadas sem que muita gente tenha reparado no papel
essencial que o cobre desempenha, como um eficiente agente
antimicrobiano de amplo espectro, capaz de inativar microorganismos tais como as bactérias, vírus e fungos.
Mais Informações:
(2) Copper Sources and Management Strategies Clearinghouse. http://scvurppp-w2k.com/cu_clearinghouse_web/cu_pest.htm
(3) Cooney T. E. 1995 Infect. Control Hosp. Epidemiol. 16: 444-450.
34
A eficácia da atividade antimicrobiana de produtos com
base de cobre tem recentemente motivado o desenvolvimento
de vários estudos para descobrir os prováveis mecanismos
envolvidos nessa atividade inibitória e para avaliar as
potenciais aplicações deste metal.
Na figura 1 são mostrados os mecanismos propostos para
a entrada e para a saída do cobre nos micro-organismos.
Há informações específicas sobre as diferentes aplicações
da atividade antimicrobiana deste mineral e os patógenos
envolvidos.
Figura 1. Diagrama esquemático que representa os componentes envolvidos na
homeostases de cobre em microrganismos(4).
E fluxo
Armazenamento
Cu+2
Redutase
Chaperonas
Reg de exp
Cu+1
Captação
Uso
Mais Informações:
(4) Reyes Angélica Sofía. 2007. Enterococcus faecalis un modelo para el estudio del manejo y regulación de cobre intracelular. Tesis para optar al grado de Doctor en Nutrición y Alimentos. INTA, Universidad de Chile.
35
Copper Connects Life. ™
Estima-se que a atividade bacteriostática varia em concentrações tão baixas que vão entre 25 a 150 uM, dependendo
do tipo de micro-organismo e da presença (ou não) das
denominadas “proteínas de ligação de cobre”. Bactérias como
a Vibrio alginolyticus, que possuem níveis elevados destas
proteínas, podem sobreviver em ambientes de maior
concentração de cobre em dissolução(5).
Cobre
e micro-organismos:
por que o cobre
tem propriedades
antimicrobianas?
São múltiplos os mecanismos
que foram propostos para explicar
a atividade antimicrobiana do
cobre. Descrevemos três dos
mais importantes:
Vibrio alginolyticus
1) O cobre inibe ou altera a síntese
de proteínas, o que impede que
elas efetuem processos fundamentais do metabolismo (atividade bacteriostática).
2) O cobre pode alterar a permeabilidade da membrana celular
dos micro-organismos, causando
a peroxidação, já que induz
dano oxidativo dos lipídios, que
são importantes na troca de
moléculas do meio intracelular ao extracelular e vice-versa
(atividade bacteriostática).
Os mecanismos antimicrobianos do cobre são complexos
e podem atuar de várias formas, seja dentro das células
microbianas ou nos espaços extracelulares. Um fator crítico
na atividade antimicrobiana é a capacidade do cobre de doar
e receber elétrons, devido ao seu alto potencial de oxidação
e redução. Essa propriedade eletroquímica permite ao cobre
alterar proteínas dentro da célula microbiana de tal modo
que estas já não possam cumprir suas funções metabólicas.
3) O cobre destrói ou altera os ácidos nucleicos (DNA) de
bactérias e vírus, mas não é mutagênico. Sua ação causa
nos micro-organismos a perda de sua capacidade de se
multiplicar (atividade bacteriostática).
Estudos demonstram que o cobre é responsável por inibir
o transporte de elétrons através da parede celular entre o
meio intracelular e o ambiente. Além disso, é capaz de se fixar
no ácido nucleico (DNA) e desordenar a estrutura helicoidal
desta molécula.
Quaisquer destes mecanismos atribuídos ao cobre,
isoladamente ou em conjunto, impedem que os microorganismos desenvolvam processos fundamentais para se
manter vivos. A resistência que as bactérias podem opor
ao cobre pode vir de dois mecanismos: um é próprio do
genoma do agente, intrínseca, e outra é transferível
(extracromossômica). A primeira está associada com uma
mutação genética e é induzível pelo substrato (Cu) e a segunda,
ao contrário, está associada à presença de elementos
extracromossômicos e assim pode transferir de uma bactéria
doadora a outra receptora(6).
Esses e outros mecanismos redundantes fazem com que o
cobre possa inibir ou mesmo eliminar muitos tipos de microorganismos, sejam bactérias, vírus, parasitas ou fungos.
O cobre tem atividade inibitória sobre os micro-organismos
em função da sua concentração. É por isso que, dependendo
do tipo de micro-organismo, o cobre pode atuar como um
agente bacteriostático, impedindo sua multiplicação, ou como
uma substância bactericida, eliminando o micro-organismo.
Mais Informações:
5. Gordon A. S., Howell L. D. and V. Harwood. Can J. Microbiol 40(5): 408:411 (1994).
6. Williams J. L. et al., 1993, Appl. Environ. Microbiol., 59 (8): 2531-37).
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Copper Connects Life. ™
O sistema HACCP (Análises de Perigos e Controle dos Pontos
Críticos) nasceu assim, como um método preventivo que
substitui o antigo método de controle baseado na análise
do produto final. A filosofia desse sistema é controlar os
perigos de contaminação dos alimentos durante toda a cadeia
produtiva, antes que o alimento saia ao mercado.
Bactérias e
biopelículas:
um sério problema
de saúde (biofilmes)
Em seu estabelecimento é fundamental que as empresas
cumpram com uma série de pré-requisitos, entre os quais
se encontram boas práticas agrícolas, de fabricação,
rastreabilidade e sistemas de higiene operacionais, entre
outros. Colocando isso em prática, todas as empresas de
alimentos devem lutar com o problema dos biofilmes,
mecanismos pelos quais muitos patógenos se estabelecem
nas linhas de produção sem que as medidas sanitárias
habituais possam eliminá-los. Esse é um sério problema para
o qual se buscam ativamente soluções efetivas.
O impacto dos biofilmes é um desafio não só para a indústria
de alimentos, como também para o ambiente intra-hospitalar.
Sabe-se que nos hospitais são encontradas as piores
condições, pois neles se concentram pacientes geralmente
muito jovens ou muito velhos, mulheres grávidas, doentes
submetidos a cirurgias ou com patologia cancerosa.
Ou seja: hospedeiros que geralmente têm seu sistema imune
muito baixo.
As populações bacterianas que se encontram em meio líquido
são denominadas formas planctônicas e seu comportamento
é muito diferente do observado nas populações que aderem
a superfícies de contato (rochas, pousadas, canais). Podem
gerar biopelículas, formações multicelulares ricas em
polímeros extracelulares que servem de proteção à população
microbiana, que muitas vezes são muito resistentes às
mudanças ambientais e outros tipos de estresse.
O ambiente hospitalar concentra ainda pacientes com
diferentes tipos de bactérias, vírus e fungos de alta virulência.
A essas condições de hospedeiros suscetíveis e patógenos
mais virulentos, junta-se o problema ambiental derivado
dos biofilmes, sistema mediante o qual muitos dos patógenos
que afetam aos paciente submetidos a cirurgias ou a
instrumentação prolongada (cânulas, sondas, etc) terminam
infectados.
As biopelículas incluem várias espécies que aproveitam
esta forma de associação, porque nela encontram vantagens
comparativas. A presença de biofilmes afeta seriamente a
qualidade microbiológica dos alimentos(7), pois é desta
forma que muitos patógenos podem resistir e persistir por
tempo indefinido nos plantéis de recepção ou processamento
de alimentos.
Neste ambiente ainda se selecionam tipos multirresistentes
aos antibióticos, difíceis de erradicar com os procedimentos
habituais de saneamento aplicados, o que contribui de forma
significativa para a sua disseminação intra-hospitalar, muitas
vezes associadas a infecções graves.
A inocuidade dos alimentos é hoje um tema de alta relevância,
já que esta indústria tem alcançado uma alta taxa de
globalização. Os alimentos que hoje consumimos vêm de
lugares distantes e por isso somos confrontados com agentes
patogênicos para os quais nosso sistema imunológico não
está necessariamente preparado.
Concluindo, a presença de biofilmes bacterianos é uma
preocupação para a indústria de alimentos, clínicas e hospitais,
já que aumentam os riscos para os pacientes. Além disto,
temos que acrescentar o aumento dos custos, que significa
aplicar tratamentos e prolongar os dias de permanência no
hospital e a perda de produtividade.
Por esse motivo a Food and Agriculture Organization (FAO),
a Organização Mundial da Saúde (OMS) e a Organização
Mundial do Comércio (OMC) têm recomendado o uso de
novos instrumentos para assegurar a inocuidade dos alimentos.
Mais Informações:
7. Chmielewski and J.F. Frank, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2003, 2: 22-31.
39
Copper Connects Life. ™
Cobre:
potencial conservante
de alimentos
Os consumidores não se preocupam apenas com a
contaminação de alimentos por patógenos, mas também
com a presença de poluentes químicos. Por isso demandam
o uso de produtos naturais que assegurem sua inocuidade.
Posteriormente, outra pesquisa(20) com base nesse resultado
determinou as mais baixas concentrações de cobre e ácido
lático, somente e em combinações que inibiam o crescimento
de Salmonella sp y E. coli O157:H7. Eles observaram que em
meios de cultivos de laboratório e em suco de cenoura, 50 ppm
de cobre produzia uma leve diminuição na multiplicação de
ambos patógenos e essa diminuição era significativa quando
se aumentava o cobre a 100 ppm e 200 ppm.
Em resposta a essa demanda, a indústria de alimentos
está buscando esse tipo de conservante que demonstra
grande atividade antibacteriana e assegura a inocuidade
dos produtos. Dois destes aditivos naturais são o ácido lático
e o cobre. A informação disponível demonstra que os microorganismos aceitam concentrações muito baixas de cobre
e que concentrações altas (250 ppm) causam inibição de
seu crescimento ou sua morte. Portanto, é de grande interesse
se definir concentrações altas e letais de cobre para os
micro-organismos, mas não tóxicas ao homem.
Mas quando se avaliou 50 ppm de cobre (concentração
inofensiva para o homem) em combinação com 0,2% de ácido
lático, observou-se uma inibição sinérgica, o que reduzia
significativamente a multiplicação de ambos patógenos.
Esse estudo confirmou que o cobre é uma excelente
alternativa para o controle de patógenos nos alimentos.
Um estudo(19) sugeriu que a combinação de ácido lático e
cobre poderia ser efetiva no controle de micro-organismos
não desejados. Os autores adicionaram ácido lático (150 mM)
e sulfato de cobre (50 ppm) aos alimentos para porcos e
observaram uma diminuição de 10 vezes na quantidade de
Salmonella typhimuriu.
Mais Informações:
19. Beal JD., Niven SJ., Campbell A., and Brooks PH. (2003). The effect of copper on the death rate of Salmonella Typhimurium DT104:30 in food substrates with organic acidss. Letters in Applied Microbiology 38:8-12
20. Ibrahim SA., Yang H., Seo CW (2008). Antimicrobial activity of lactic acid and copper on growth of Salmonella and E. coli 0157:H7 in laboratory medium and carrot juice. Food Chemistry 109:137-143.
41
Copper Connects Life. ™
Em relação às transfusões de sangue, a OMS estima que
sejam entre 80 e 160 mil os casos que se dão por essa
via a cada ano. Sabe-se que o cobre possui uma potente
capacidade bactericida além de uma importante ação virucida.
Um estudo realizado em 1996(21) reportou a inativação do
HIV-1 por Cu (II) com uma dose letal 50 muito baixa, entre
0.16 e 1.6 mM.
Vários mecanismos pelos quais o Cu pode inativar o vírus são
conhecidos, entre eles está a destruição de uma enzima
essencial para a sua reprodução(22). O cobre também pode
danificar a envoltura fosfolipídica do vírion, assim como seu
ácido nucleico.
O Cobre
e suas excelentes
propriedades
antivirais
Essas descobertas e o desenvolvimento de uma plataforma
tecnológica têm conseguido impregnar o cobre em diversas
fibras e materiais poliméricos (plásticos), permitindo
desenvolver recentemente filtros com óxido de cobre capazes
de inativar o HIV-1 presente nos meios de cultivo líquidos,
obtendo-se ótimos resultados.
Um estudo(23) avaliou a efetividade de alguns filtros (0-50 mg
de óxido de cobre) sobre diferentes tipos virais incluindo
isolados clínicos de pacientes em estados intermediários da
doença (B e C). Os resultados mostraram que havia uma
inativação viral dependente somente da concentração de
cobre, ou seja, não estava relacionada ao tipo viral.
Efeito antiviral do cobre sobre o vírus da
imunodeficiência humana.
Há mais de 25 anos se identificou o vírus da imunodeficiência
humana (VIH-1) como o agente causador da síndrome da
imunodeficiência adquirida (aids). Mais de 60 milhões de
pessoas no mundo se infectaram com VIH-1, principalmente
em países em desenvolvimento, e cerca da metade faleceu.
A obtenção de uma vacina eficaz contra esse agente seria
a melhor solução para controlar a pandemia da aids, mas
infelizmente os esforços não se mostraram bem-sucedidos.
A extraordinária diversidade deste vírus, somado a sua
capacidade de escapar das defesas imunes do ser humano
e de induzir uma resposta de anticorpos significativa, tornou
isto praticamente impossível até hoje.
Estes resultados são muito interessantes do ponto de vista
de suas projeções, já que indicam que o cobre representa
uma importante alternativa para a inativação do HIV-1 em
fluídos. Isso permitiria prevenir, de uma forma bastante
acessível do ponto de vista econômico, a transmissão do
vírus pelo leite materno ou sangue, por exemplo, um fato que
normalmente é muito mais frequente em indivíduos que vivem
em países em desenvolvimento.
Atividade antiviral do cobre sobre o vírus da
influenza aviária
Os vírus da influenza aviária causam em média 200 mil
internações e 36 mil mortes por ano nos Estados Unidos.
O risco de contrair influenza aviária é geralmente baixo para
a maioria das pessoas, porque normalmente o vírus não
infecta os humanos. Somente o vírus H5N1 atravessou a
barreira entre as espécies e infectou os seres humanos.
Uma das vias importantes de transmissão do HIV-1 é por
meio de fluídos contaminados, por exemplo, o leite materno
e o sangue. Considera-se que a via de disseminação pelo
leite materno representa de 33 a 50% dos mais de 700 mil
casos de transmissão de mãe para filho do HIV-1 que ocorrem
anualmente no mundo.
Mais Informações:
21. Karlstrom, A. R., and R. L. Levine. 1991. Copper inhibits the protease from human immunodeficiency virus 1 by both cysteine-dependent and cysteine-independent mechanisms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:5552-5556.
22. Sagripanti, J. L., and M. M. Lightfoote. 1996. Cupric and ferric ions inactivate HIV. AIDS Res. Hum. Retrovir. 12:333-337.
23. Borkow G, Lara HH, Covington CY, Nyamathi A, Gabbay J. 2008. Deactivation of human immuno deficiency virus type 1 in medium by copper oxide-containing filters. Antimicrob Agents Chemother 52(2):518-25.
43
Copper Connects Life. ™
É também o mais mortal de todos os que atravessaram a
barreira. A maioria dos casos de contágio de influenza pelo
vírus H5N1 em seres humanos se dá por contato com aves
de curral infectadas (por exemplo galinhas, patos e pavões
domésticos) ou com superfícies contaminadas com secreções
/excreções de aves infectadas. Mas existem outras possibilidades de transmissão, como por exemplo, quando o vírus é
aerossolizado e se deposita em superfícies expostas da boca,
nariz e olhos ou entra nos pulmões por inalação.
O tipo H1N1 testado é quase idêntico ao H5N1 (influenza
aviária), portanto a efetividade das propriedades microbianas
do cobre deveria ser quase igual. Cientistas sugerem que seria
conveniente considerar o uso de cobre em áreas comuns de
contato(25), tais como maçanetas, corrimãos, lavatórios, entre
outras, para evitar a contaminação cruzada. Os serviços
públicos de saúde são candidatos de primeira linha para utilizar
ligas de cobre em suas superfícies de contato e assim ajudar
a controlar a disseminação das partículas virais no ambiente.
Experimentos realizados pela equipe da Universidade de
Southampton(24) demonstraram que o cobre inativa o vírus da
influenza A em humanos e sugerem que também na gripe
aviária, pois os dois vírus são similares. Os pesquisadores
colocaram 2 milhões de unidades de placas em formação de
influenza A (H1N1) em cupons de cobre C11000 (folhas de
metal de cobre puro, comum) e em S30400 (aço inoxidável
comum) em temperatura ambiente e supervisionaram
periodicamente as taxas de sobrevivência das mostras.
No aço inoxidável, o patógeno diminuiu a um milhão depois
de seis horas e a 500 mil depois de 24 horas (figura 1).
Novos usos do cobre no vestuário e na indústria têxtil
Uma das mais recentes aplicações da atividade antimicrobiana
do cobre é o desenvolvimento de uma plataforma que aplica o
cobre a várias fibras têxteis, assim como o látex e outros
produtos com base em polímeros. Vários estudos vêm
demonstrando que as fibras têxteis impregnadas com óxido de
cobre possuem um amplo
espectro
antibacteriano,
antifúngico e antiviral. As
aplicações práticas e o
impacto do uso desses
produtos em aplicações
destinadas a melhorar a
saúde pública estão em
pleno desenvolvimento em
muitos lugares do mundo.
No estudo realizado por Gadi
Borkow e Jeffrey Gabbay(26)
da Cupron, provou-se a efetividade da ação antimicrobiana
de roupas impregnadas com óxido de cobre frente a dois
patógenos frequentes do homem, o Staphylococcus aureus
(30% dos humanos são portadores dessa bactéria) e a
Escherichia coli (colonizador do intestino do homem e dos
animais). Os resultados mostraram que as roupas com cobre
reduzem significativamente
a presença desses agentes
patógenos em duas horas de
contato (figura A). Em outro
experimento provou-se ainda
que os têxteis resistiam a
mais de 35 lavadas a 85°C
em máquinas industriais
com sabão, sais e produtos
abrasivos.
Figura 1. Efeito na infectividade do vírus influenza A depois da
exposição ao aço inoxidável por 6 e 24 horas.
No entanto, a superfície de cobre alcançou uma redução de 500
mil depois de apenas uma hora, e foram inativados quase em
sua totalidade (exceto 500) depois de seis horas, o que implicou
em uma redução de 99.99% (figura 2).
Figura 2. Efeito na infectividade do vírus influenza A depois da
exposição a uma superfície de cobre por uma e 6 horas.
Mais Informações:
24. J. O. Noyce, H. Michels, and C. W. Keevil. 2007. Inactivation of influenza A virus on copper versus stainless steel surfaces. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 73, No. 8, p. 2748–2750.
25. Avian Influenza viruses: http://www.pandemicflu.gov/
26. Gadi Borkow and Jeffrey Gabbay, Sept. 2004. Putting copper into action: copper-impregnated products with potent biocidal activities. The FASEB Journal express.
44
E. coli
A
Copper
Fabric
Colony Forming Units
106
S. aureus
MRSA
Control
Fabric
Copper
Fabric
Copper
Fabric*
Control
Fabric
Copper
Fabric
0
0
0
2
hours
0
0
Copper
Fabric
0
0
Control
Fabric
105
104
103
102
0
2
2
2
hours
2
B
1
hours
Outras pesquisas mostraram que têxteis tratados com óxido
de cobre possuíam uma capacidade inibitória similar para
fungos (como Candida albicans e Dermatophagoides farinae),
que atuam como patógenos oportunistas em infecções e
alergias em humanos, respectivamente (Figura B e C).
1
1
0
1
hours
Nesses casos, os autores observaram que o óxido de cobre
inibia completamente os fungos depois de apenas uma hora
em exposição à roupa impregnada com cobre.
Os autores concluem as propriedades antibacterianas
geram ao menos duas plataformas tecnológicas, a primeira
com base de fibras de algodão impregnadas com óxido
de cobre e a segunda de outras fibras sintéticas, tais como
poliéster, polipropileno, polietileno, poliuretano ou náilon, que
também podem se impregnar com óxido de cobre.
Candida albicans
60000
Segundo eles, ambas as tecnologias conferem às fibras
um potente efeito, capaz de eliminar bactérias, vírus, fungos
e frequentes agentes alergênicos.
50000
Number of fungi
VRE
Control
Fabric
40000
30000
Outra característica importante destes produtos têxteis
impregnados com cobre é que para sua introdução no
mercado não são necessárias alterações tecnológicas nos
procedimentos produtivos ou o
emprego de maquinários
extras, vantagem muito
valorizada no momento
em que a economia
requer recuperação sem
novos investimentos.
20000
10000
0
0
10
C
20
30
40
Minutes
50
60
Dermatophagoides farinae
% of living mites
100
80
60
40
20
0
0
6
12
18
24
Days
30
36
42
48
45
Copper Connects Life. ™
O cobre é um potente agente fungicida, algicida
e herbicida.
Eles se aplicam em residências e ambientes industriais, no
controle de algas em piscinas e cascos de barcos, para resistir
a organismos de água doce e marinha, no controle de algas
aquáticas, no tratamento de conservantes de madeira e para
controlar muitas doenças fúngicas e bacterianas em frutas
e verduras.
A importância histórica dos pesticidas que contêm cobre
começa na França quando foram descobertas acidentalmente
as propriedades fungicidas da “mistura de Bordeaux”, uma
composição quimicamente indefinida de sulfato de cobre
e cal hidratada. A aplicação dessa mistura em vinhedos da
região resultou no desaparecimento do fungo velloso nas
plantas tratadas.
Desde então teve início a comercialização de fungicidas.
Hoje se vende a mistura de Bordeaux e há aproximadamente
quinze ingredientes ativos certificados que contêm alguma
forma de cobre. Como as formas inorgânicas de cobre são
relativamente insolúveis em água, elas não saem facilmente
das folhagens, proporcionando assim, uma maior proteção
contra doenças em relação a muitos outros compostos.
Há uma preocupação em relação ao acúmulo de cobre nos
solos agrícolas. Certas áreas de citros que foram tratadas
durante muitos anos com cobre fixo apresentaram problemas
de toxicidade. Com sua variedade de empregos, os compostos
de cobre formam um dos grupos mais úteis para serem usados
como pesticidas.
Tabela 1. Resumo dos empregos de produtos que contêm compostos de cobre como ingrediente ativo.
Pesticidas com base de cobre
Padrão de uso
Cobre (metálico)
Algicida – pintura antivegetativa
Cobre (metálico em forma de quelatos de citrato de cobre
e gluconato de cobre)
Algicida, bactericida, fungicida
Carbonato de cobre
Algicida, herbicida, conservante de madeira
Complexos de etanolamina de cobre
Algicida, conservante de madeira
Complexo etilenediamina de cobre
Herbicida
Hidróxido de cobre
Pintura antivegetativa, bactericida, fungicida, regulador de
crescimento de plantas, conservante de madeira
Naftenato de cobre
Conservante de madeira
Oxicloruro de cobre
Algicida, bactericida, fungicida
Sais de cobre de ácidos graxos e resina
Bactericida, fungicida
Sulfato de cobre
Algicida, bactericida, desidratante, fungicida, herbicida.
Complexos trietanolamina de cobre
Algicida
Óxido de cobre
Algicida, pintura antivegetativa, conservante de madeira
46
5. As superfícies de cobre impedem a multiplicação bacteriana
entre as rotinas de limpeza e saneamento do ambiente.
6. As superfícies de cobre continuam eliminando mais de
99.9% das bactérias dentro de duas horas, depois de
repetidas contaminações no período de 24 horas.
O Cobre
é aprovado como
potente agente
antimicrobiano
E. coli Vability on an Alloy S30400 Surface
Bacteria Count (per ml)
1.00E+10
1.00E+08
1.00E+06
1.00E+04
1.00E+02
1.00E+00
0
4
8
12
16
20
24
28
Time (days)
20º C
O cobre foi registrado pela Agência de Proteção
Ambiental (EPA) dos Estados Unidos como um
potente agente antimicrobiano.
4º C
Em um resumo das conclusões do estudo realizado pela
EPA, as ligas de cobre:
Após mais de três anos de estudo
com protocolos exigentes, em 25
de março de 2008 a Environmental
Protection Agency (Agência de
Proteção Ambiental dos Estados
Unidos) publicou um relatório que
aprovou o emprego de cobre no
ambiente intra-hospitalar, a fim de
eliminar riscos microbiológicos. Este relatório autorizou o
uso de uma série de frases que ressaltam as propriedades
sanitárias do cobre (health claims). Entre elas devemos
destacar:
a) São antimicrobianos naturais.
b) Apresentam eficácia antimicrobiana de longa vida e
durabilidade:
a. São sólidos e homogêneos. As propriedades
antibacterianas não se eliminam ou acabam.
b. São superiores a outros revestimentos ou superfícies
disponíveis no mercado.
c) As superfícies baseadas em ligas de cobre são as únicas
que:
a. Baseiam-se em um material autossanitizante, autorizados
pela EPA para proteger os seres humanos.
b. Podem ser manipulados e, em sua
comercialização/publicidade, incluir sua propriedade
antibacteriana.
1. As superfícies de cobre eliminam 99.9% dos patógenos
bacterianos em torno de duas horas de exposição.
2. As superfícies de cobre são eficazes para eliminar 99.9% dos
patógenos bacterianos em torno de 24 horas de exposição.
3. As superfícies de cobre são eficazes para eliminar 99.9% dos
patógenos bacterianos dentro de duas horas de exposição,
mesmo depois de repetidos processos de umedecimento,
secagem, abrasão e recontaminação.
4. As superfícies de cobre mantêm sua atividade antibacteriana
atingindo 99.9% de eliminação no prazo de duas horas
de exposição.
O fato de que a EPA aprovou o uso de superfícies de cobre
no ambiente hospitalar é de grande importância, já que as
infecções intra-hospitalares são um problema relevante de
saúde pública.
O Centro de Controle de Doenças
Infecciosas (CDC) nos Estados Unidos
estima que existam dois milhões de
casos anualmente, dos quais pelo menos
100 mil resultam em morte.
47
Copper Connects Life. ™
O uso de ligas de cobre para as superfícies de contato, como
suplemento das já existentes e aprovadas pelo CDC, tem
implicações importantes. Entre as aplicações potenciais
temos sistemas de desinfecção e lavagem de mãos,
maçanetas, grades de cama, bandejas para punção
intravenosa, dispensadores de líquidos, torneiras, estações
de trabalho e aparelhos de ar condicionado, todos com
capacidade de reduzir significativamente os casos de infecções
intra-hospitalares associadas com bactérias patogênicas que
existem nos quartos de internação.
e de saúde pública, devido ao fato de que não responde a
maioria dos tratamentos disponíveis.
O SARM ocorre com mais frequência em pacientes que foram
submetidos a procedimentos médicos invasivos ou possuem
sistemas imunológicos debilitados e são tratados em hospitais
ou centros de saúde, tais como os asilos de idosos e os centros
de diálises, causando infecções graves e potencialmente fatais.
Estudos sugerem que a principal fonte de infecção são os
próprios pacientes e que sua propagação é por contato entre
as mãos das pessoas.
O cobre, diferente de outros materiais, tem propriedades
microbicidas, oferecendo proteção antibacteriana de longo
prazo. Estudos em curso em hospitais do Chile e Estados
Unidos estão introduzindo o uso de vários instrumentos de
cobre para verificar a frequência das infecções intrahospitalares, comparando os resultados com os provenientes
de outras instalações onde o cobre ainda não é utilizado
com essa finalidade.
Estudos(9) mostram pouca ou nenhuma inibição das amostras
de SARM quando expostas a diferentes ligas de cobre a 4°C.
Mas a inibição da temperatura ambiente foi observada aos
270 min de exposição, tanto em superfícies de cobre puro
como em outra com liga de cobre e latão.
O cobre pode deter a Pseudomonas aeruginosa
causadora de infecções intra-hospitalares
O papel do cobre no controle das infecções
hospitalares
A Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria aeróbica
amplamente distribuída na natureza (flores, frutas e solo, entre
outros). É um patógeno oportunista em humanos e em vegetais,
capaz de utilizar uma enorme variedade de compostos
orgânicos como substrato para sua multiplicação, capacidade
que permite a colonização de nichos escassos em nutrientes,
conseguindo o isolamento em ambientes inóspitos.
As doenças intra-hospitalares constituem um problema sério,
que se apresenta com frequência nos ambientes hospitalares
de todo o mundo, elevando custos e a taxa de mortalidade
dos pacientes. Os responsáveis são os organismos
patogênicos ou comensais que provêm dos pacientes,
visitantes ou profissionais de saúde e afetam principalmente
as UTIs, berçários e salas de pós-operatório, onde se
encontram normalmente pacientes imunocomprometidos.
A luta contra esse tipo de infecção tem aumentado os tipos
resistentes aos antibióticos e a utilização de novos remédios
de maior abrangência.
Pseudomonas aeruginosa
A EPA considerou o cobre como um agente
antimicrobiano capaz de eliminar as infecções
intra-hospitalares por Staphylococcus aureus
(SARM)
O Staphylococcus aureus resistente à meticilina (SARM) é um
patógeno que emergiu ao longo das últimas quatro décadas
como uma das principais causas de infecções intrahospitalares e representa um importante problema clínico
Mais Informações:
9. Mehtar S., Wiid I., Todorov S.V. The antimicrobial activity of copper and cooper alloys against nosocomial pathogens and Mycobacterium tuberculosis isolated from healthcare facilities in the Western Cape: an in-vitro
study. Journal of Hospital Infection, 2008, 68:45-51.
10. Zambrano A, Herrera N. 2004. Susceptibilidad antimicrobiana de cepas de Pseudomonas aeruginosa aisladas en el laboratorio del Hospital Regional Dr. Leonardo Guzmán de Antofagasta, Chile. Rev Chil
Infect; 21 (2): 117-124.
11. Nikaido, H., H. Okusu, D. Ma, & X.-Z. Li 1996. Multidrug efflux pumps make a major contribution to drug resistance in Pseudomonads. In: Molecular biology of Pseudomonads. T. Nakazawa, K. Furukawa, D.
Haas and S. Silver (eds.) ASM Washington DC, pp 353-362.
48
Essa bactéria é um grande problema de saúde nos centros
hospitalares, especialmente quando se trata de paciente
imunocomprometidos. No Chile esse é o micro-organismo
isolado com mais frequência nas pneumonias intra-hospitalares
associadas à ventilação mecânica nas UTIs pediátricas
(30.6%) e o terceiro em UTIs de adultos (18.5% dos casos).
Esses resultados destacam a capacidade do Cu2+ de reforçar a
ação biocida de cátions de amônio quaternário para erradicar
biofilmes formados de P. aeruginosa, o que pode ter um impacto
muito importante na saúde pública e na indústria de alimentos,
nas quais os biofilmes são um problema persistente.
O cobre pode evitar multiplicação de bactérias
que causam a colite pseudomembranosa
(Clostridium difficile)
É também um importante agente de
infecções do trato urinário em
serviços cirúrgicos, de medicina
interna e nas UTIs(10). Essa situação
é agravada pela dificuldade de
tratamento de infecções por esse
agente, uma vez que apresenta
resistência
natural
a
vários
antibióticos e a desinfetantes(11)
e tem a capacidade de formar
biopelículas nos ambientes aquosos.
A Clostridium diffucile é uma das principais causas da colite
pseudomembranosa, quadro que se desenvolve secundariamente ao uso prolongado de antibióticos. Esse patógeno é
frequentemente encontrado em ambientes hospitalares, uma
vez que a alta quantidade de formas vegetativas e esporas de
pacientes infectados contamina as superfícies e serve de
potenciais reservatórios de infecção. As esporas de Cl. difiicile
persistem por meses no ambiente e são resistentes a maioria
dos desinfetantes usados. Recentemente estudos(13) observaram
uma redução de > 5 log de esporos dormentes de Cl. difiicile
após a exposição em 24 – 48 horas de cobre puro, indicando
que o cobre é eficaz para eliminá-las, mas requer um grande
tempo de exposição.
Os biofilmes ou biopelículas são
comunidades complexas de microorganismos revestidos com polímero
extracelular que os ajuda a reter nutrientes e se proteger
de agentes tóxicos. Por isso, é muito resistente e pode
significar um reservatório de micro-organismos, envolvidos
na contaminação cruzada, e obstruir os dutos de entrega de
líquidos em diferentes dispositivos (cateteres ou válvulas).
As biopelículas também representam um problema no
processo de produção de diversas indústrias, pois provocam
obstrução e corrosão de conexões e filtros.
Um estudo posterior(14) avaliou a
atividade antimicrobiana de superfícies
Clostridium difficile
de cobre, mas em tempo mais real.
Foi medida a eficácia dessas
superfícies de formas resistentes ao
calor (esporos) de Cl. difiicile durante
um período de 3 horas, na presença
e na ausência de matéria orgânica. As
formas vegetativas foram eliminadas
aos 30 minutos e foi reduzida
significativamente a viabilidade dos
esporos expostos a sais biliares
(esporos germinativas), em condições
aeróbicas a 60 minutos de exposição,
que aumentava ainda mais a 3 horas
(99.8% de redução). A presença de matéria orgânica não
interferia com a eficácia dessa atividade. Nesse estudo as
superfícies de aço inoxidável não demonstraram qualquer
atividade. Os autores concluem que o uso de superfícies de
cobre de soluções do mineral no ambiente hospitalar é uma
boa alternativa para controlar a Cl. difiicile e reduzir as diarreias
associadas a este agente.
Recentemente se avaliou o efeito bactericida de distintos
íons metálicos por P. aeruginosa, observando-se que a
aplicação de Cu2+ em combinação com compostos de
desinfetante (quaternário de amônia) aumenta sua ação
sobre os biofilmes no solo de P. aeruginosa e também sobre
biofilmes de P. fluorescens, E. coli, S. aureus e S. enterixa
serovar Cholerauis(12).
Sugere-se que ambos os agentes reduzem a atividade das
enzimas que desempenham um papel importante no
crescimento do biofilme, porém, acredita-se que o realizam
por vias bioquímicas independentes(12).
Mais Informações:
12. Harrison JJ, Turner RJ, Joo DA, Stan MA, Chan CS, Allan ND, Vrionis HA, Olson ME, Ceri H. 2008. Copper and quaternary ammonium cations exert synergistic bactericidal and antibiofilm activity against
Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother.; 52(8):2870-81.
13. Weaver L., Michels HT., Keevil CW. Survival of Clostridium difficile on copper and stell: future options for hospital hygiene. J Hosp Infect 2008, 68: 145-151.
14. Wheeldon LJ., Worhington T., Lambert PA., Hilton AC., Lowden CJ., Elliott TSJ. Antimicrobial efficacy of copper surfaces against spores and vegetative cells of Clostridium difficile: the germination theory.
J Antimicrobial Chem. 20088, 52: 522-525.
49
Copper Connects Life. ™
Sabe-se que esse agente se encontra no intestino de
muitos animais, especialmente bovinos, e pode contaminar
sua carne, em particular a carne moída.
Muitos estudos demonstram que os tipos mais virulentos
da E. coli enterohemorrágica podem ser mantidos nas áreas
de processamento e pelas vias de contaminação cruzada,
chegando aos alimentos. Assim houve surtos devido ao
consumo de frutas e hortaliças contaminadas por meio da
água de irrigação.
Cobre:
elemento chave
para descontaminar
a indústria
dos alimentos
Um trabalho recente(15) avaliou a viabilidade da E. coli
O157 frente a sete ligas de cobre entre 61 e 95%. Estudou-se
a sobrevivência deste agente em superfícies de cobre,
comparando com a obtida em aço inoxidável. As mostras
foram compostas de carne moída contaminada com e sem
suco de carne a 22°C e 4°C por 6 horas. As contagens em
placas de cultura, assim como as realizadas por microscopia,
mostraram que havia três ligas que eliminaram completamente
os inóculos bacterianos quando foram mantidas a 22°C
por 6 horas. O mesmo ocorreu com 85% das bactérias
nocivas quando se usou as ligas de cobre mais elevadas a 4°C.
O cobre ajuda a prevenir a contaminação dos
alimentos com a bactéria que causa a colite
hemorrágica (Escherichia coli O157:H7)
O estudo revelou ainda que quando o número de bactérias
no início do experimento é mais baixo, todas as ligas de
cobre eram muito ativas e eliminavam totalmente a
contaminação. Os autores concluíram que as propriedades
antibacterianas das superfícies feitas de várias ligas de cobre
podiam constituir uma valiosa ferramenta para a segurança
alimentar frente a E. coli O157.
A Escherichia coli é um componente normal da flora intestinal
do homem e dos animais, mas existem algumas espécies que
são capazes de causar doenças.
A diarreia é uma das enfermidades causada por ela, mas não
a única. Existem variedades
que contaminam a água e os
Escherichia coli
alimentos e geram quadros de
diarreia aquosa (EPEC, ETEC),
diarreia disentérica (ElEC),
diarreia hemorrágica (EHEC)
e diarreia crônica (EAEC), entre
outras. Esses quadros infecciosos têm em comum sua
origem
alimentar,
sendo
causados pelo consumo de
alimentos contaminados.
O cobre contribui na redução da contaminação
por Salmonella Entérica e Campylobacter jejuni
na carne de ave
A potente atividade antimicrobiana do cobre contra a C. jejuni
e a Salmonella entérica foi demonstrada em um estudo
realizado no Laboratório de Microbiologia e Probióticos do
Instituto de Nutrição e Tecnologia dos Alimentos da
Universidade do Chile(16). Os resultados mostraram que as
superfícies de cobre protegiam a carne de ave contra a
contaminação de dois dos patógenos mais prevalentes, a
Salmonella entérica e a Campylobacter jejuni, ambas
causadoras de quadros diarreicos e infecções frequentes.
Um dos casos mais sérios é o SHU que normalmente
aparece depois de uma infecção por E. coli O157:H7,
que inicialmente causa uma colite enterohemorrágica.
Mais Informação:
15. J. O. Noyce, H. Michels and C. W. Keevil. Use of Copper Cast Alloys to Control Escherichia coli O157 Cross-Contamination during Food Processing.
16. J. O. Noyce, H. Michels and C. W. Keevil. Use of Copper Cast Alloys to Control Escherichia coli O157 Cross-Contamination during Food Processing.
51
Copper Connects Life. ™
As infecções alimentares provoSalmonella Entérica
cadas por esses dois patógenos
causam milhões de casos e
milhares de mortes em todo o
mundo. Tanto a Salmonella
entérica como a Campylobacter
jejuni sobrevivem em animais,
principalmente em tratos digestivos de aves e mamíferos, e por
isso a carne de ave (em especial
frango broiler) é a principal fonte de infecção para o homem.
Infelizmente os animais infectados não apresentam sintomas,
por isso é muito difícil separá-los para que não cheguem
aos mercados.
Atividade antibacteriana do cobre sobre C. jejuni a 25°C
7
6
Log (UPC)
5
4
3
2
1
0
0
2
4
Tempo de exposição (hr)
Polímero
Aço
6
Cobre
Figura 1. Sobrevivência do C. jejuni em diferentes superfícies. Inóculos
de 3x106 UFC/ml foram depositados sobre lâminas de cobre, aço
inoxidável e polímero e incubadas a 25°C (A) a 10°C (B). O gráfico
mostra a média de log das recontagens de cada ponto de cada ensaio.
A 25°C detectaram-se diferenças significativas entre as contagens
das superfícies de cobre e superfície de controle entre as 4 e 8 horas
de exposição. A 10°C, as diferenças foram significativas em 8 horas
de exposição.
A prevenção é a ferramenta
recomendada
pela
FAO/OMS
por meio do Codex Alimentarius.
É um processo multifatorial sem
soluções universais simples, especialmente porque faltam sistemas
de
vacinação
eficientes
que
impeçam as infecções aviárias.
Nesse estudo, avaliou-se comparativamente a capacidade de
inibição de superfícies deste metal
com superfícies de aço inoxidável
e polímeros, frente ao cultivo de C.
jejuni a diferentes tempos de exposição e a duas temperaturas
de incubação (10 e 25°C). Os resultados mostraram que
nos inóculos expostos a superfícies de cobre e incubados
a 25°C era observada uma eficiente atividade antibacteriana
e uma significativa redução (4 log) nas recontagens bacterianas
a 4 horas de acompanhamento, enquanto nas outras
superfícies essas recontagens foram mantidas.
Campylobacter jejuni
Atividade antibacteriana do cobre sobre S. entérica a 25°C
10
9
8
7
6
Log (UPC)
5
4
3
2
Nas superfícies de cobre incubadas a 10°C foi observado
um efeito antibacteriano, mas menor ao observado a 25°C.
As recontagens diminuíram nas 8 horas de incubação
(figura 1) Isso sugere que o uso das superfícies de cobre
é vantajoso, já que as propriedades antimicrobianas deste
metal mantiveram-se ativas enquanto o trabalho em unidades
processadoras encontrava-se paralisado.
1
0
0
2
4
Tempo de exposição (hr)
Polímero
Aço
6
Cobre
Figura 2. Sobrevivência da Salmonella entérica em diferentes
superfícies. Inóculos de 3x106 UFC/ml foram depositados sobre
lâminas de cobre, aço inoxidável e polímero e incubadas a 25°C
(A) a 10°C (B). O gráfico mostra a média de log das contagens a cada
ponto de cada ensaio. A 25°C detectaram-se diferenças significativas
entre as contagens de superfícies de cobre e superfície de controle
entre as 4 e 8 horas de exposição. A 10°C as diferenças foram
significativas em 8 horas de exposição.
As descobertas deste estudo prometem uma estratégia eficaz
para prevenir a alta prevalência de doenças gastrointestinais
associadas à Salmonella entérica e à Campylobacter jejuni,
ambos patógenos reconhecidos no mundo como os mais
frequentes agentes zoonóticos que são transmitidos pelo
consumo de aves contaminadas.
52
Essas infecções que se apresentam como surtos ou
casos esporádicos causam grandes perdas econômicas
devido às atenções médicas e à redução da produtividade
por perda de mercado. As pessoas infectadas, além de
sofrer severos casos de gastroenterite, podem ter sequelas
como sepsia (Salmonella) e Síndrome de Guillain-Barré
(Campylobacter).
Apesar de sua baixa incidência, o perigo dessa doença está
principalmente em sua taxa de letalidade (aproximadamente de
20 a 30%).
Está frequentemente presente nos alimentos crus, tanto de
origem vegetal como animal, e pode se converter em endêmica
nos ambientes de produção e processamento dos alimentos.
Também se encontra nos alimentos processados, sendo a
principal causa de infecções de alimentos prontos para o
consumo, tais como cachorro-quente, embutidos fermentados
ou desidratados e outras carnes e aves de fiambreria.
Tanto a Salmonella entérica como a Campylobacter jejuni
são agentes zoonóticos que habitam o intestino das aves,
portanto durante o processo de abate é frequente que se
contaminem as carcaças, porque a
evisceração libera fluídos intestinais
ricos nestes e em outros patógenos.
A principal fonte de contaminação destes produtos é o contato
direto com produtos crus ou com superfícies contaminadas
com a L. monocytogenes (contaminação cruzada), que ocorre
depois de ter sido submetida a um tratamento térmico durante
o processamento(17).
É por isso que mesmo que haja
um número baixo de carcaças
contaminadas
elas
infetem as superfícies
e utensílios que
logo servem como
portadores
de
patógenos para
as carcaças eventualmente
não
contaminadas.
Isso se deve a fatores de adaptação que permitem a certos
tipos deste patógeno persistirem no ambiente de
processamento de alimentos. Entre esses fatores podemos
mencionar sua capacidade de crescer a baixas temperaturas
(< 4°C), aderir às superfícies e aos equipamentos utilizados
nas plantas para formar biofilmes e a resistência a desinfetantes
e sanitizantes empregados regularmente na indústria
alimentícia.
Quando a Listeria se adere nas superfícies, estas se
tornam fontes potenciais de disseminação e contaminação
de produtos crus e processados, dificultando assim sua
eliminação.
Esses resultados abrem
a possibilidade de reduzir a
contaminação cruzada em muitos processos comuns
na indústria de alimentos, pelo simples fato de usar
superfícies de cobre. Isso é muito factível se levar em conta
que o custo de instalação das superfícies de cobre é totalmente
competitivo com os atuais usados pela indústria alimentícia.
É por isso que atualmente as indústrias de alimentos estão
utilizando diferentes métodos para reduzir o risco de
contaminação por L. monocytogenes, tais como agentes
antimicrobianos, calor,
Listeria monocytogenes
irradiação e fermentação.
Durante os últimos anos,
a literatura científica cita
a eficácia do cobre para
inativar muitos tipos de
micro-organismos.
O cobre impede a multiplicação da Listeria
monocytogenes, um patógeno letal de alimentos
prontos para o consumo
A L. monocytogenes é um patógeno oportunista que afeta
principalmente as pessoas com condições subjacentes
(imunossupressão), mulheres grávidas, fetos ou recémnascidos e pessoas idosas. Esse patógeno é responsável
por 2.500 casos de doença e de 500 mortes anualmente
nos EUA.
Mais Informação:
17. Faúndez G, Troncoso M, Navarrete P, Figueroa G. Antimicrobial activity of copper surfaces against suspensions of Salmonella enterica and Campylobacter jejuni. BMC Microbiol. 2004 April, 30; 4:19.
53
Copper Connects Life. ™
Apesar das propriedades bactericidas do cobre puro, seu uso nas
diferentes áreas da indústria de
alimentos está limitado, pois reage
com agentes ácidos e oxidantes e
não é tão durável como o aço
inoxidável, formando uma pátina
indesejável. No entanto, as ligas
de cobre manteriam as mesmas
características antibacterianas e
seriam duráveis e apropriadas para
o uso nos ambientes de processamento de alimentos.
A mesma eficácia antimicrobiana
e taxa de inativação de L.
monocytogenes por contato foi
observada com ligas de cobre de
96% (bronze-silício), 95% (bronzealumínio) e 90% (latão). As ligas
de baixo conteúdo de cobre, tais
como as de cobre-níquel (89%) e
níquel-prata (65%), inativaram a
L. monocytogenes em prazos de
75 e 90 minutos, respectivamente.
No aço inoxidável essas bactérias
permaneciam depois de 90 minutos.
Assim as ligas de cobre têm o
potencial de reduzir a incidência
de contaminação cruzada com o
poderoso patógeno L. monocytogenes, o que não ocorre com o
aço inoxidável.
Foram realizados estudos da eficácia
antimicrobiana em distintas superfícies de contato, nas quais
demonstrou-se que o cobre e certas
ligas deste metal (de pelo menos
65%) inativam facilmente vários dos
tipos mais virulentos de Listeria
monocytogenes.
Dada as evidências do estudo, o uso
do cobre, tanto em superfícies de
contato como nos equipamentos de processamento de
alimentos, poderia ser uma medida eficaz para reduzir
significativamente a contaminação bacteriana e controlar a
contaminação cruzada com patógenos bacterianos como a
Listeria monocytogenes.
As taxas de sobrevivência da Listeria monocytogenes
determinadas por um estudo(18) se limitaram a 60 minutos à
temperatura ambiente (20°C) ao estar em contato com o cobre
puro (100%).
Mais Informação:
18. Evaluación de riesgos de Listeria monocytogenes en alimentos listos para el consumo. 2004.
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y de la Organización
Mundial de la Salud (OMS).
54
Desde então, há centenas de documentos sobre o tema.
A lista de aplicações sanitárias é ampla e tem aumentado,
contribuindo com os estudos clínicos e pesquisas que
demonstram o efeito higiênico do cobre na luta conta as
infecções intra-hospitalares. Pesquisas recentes e em processo
realizadas pelo professor Bill Keevil e sua equipe na
Universidade de Southamprton (Inglaterra) provaram o efeito
do cobre e das ligas deste metal na sobrevivência de várias
bactérias em superfície seca.
Estudo multicêntrico
sobre o efeito de ligas
de Cobre
no combate
às infecções
hospitalares
Um dos primeiros organismos testados foi a E. coli O157, um
corpo produzido no intestino de gado saudável, que pode
contaminar produtos de carne e também pode ser transmitida
da carne crua à cozida, resultando uma infecção humana.
Os resultados mostraram
que o cobre inativava
níveis extremamente altos
de contaminação de E. coli
em menos de 90 minutos
em temperatura ambiente.
Latão e ligas de cobre
e zinco atingiram uma
inativação
total
de
bactérias em duas horas,
enquanto o controle com o
aço inoxidável permaneceu fortemente contaminado, inclusive depois das 6 horas de duração da prova.
Em ambientes nos quais a contaminação é alta, projetistas
e operadores de instalações de saúde devem levar em conta
as propriedades antimicrobianas naturais do cobre, o metal
mais antigo da humanidade. Em tempos passados, o cobre
era considerando útil por seus poderes de cura, em grande
parte devido às suas propriedades antibacterianas e
antifúngicas, no tratamento de feridas e doenças de pele.
No momento que as infecções adquiridas em hospitais
emergiram como um tema importante, Keevil testou o cobre
com uma das mais virulentas amostra resistente aos
antibióticos: a Staphylococcus aureus resistente à meticilina.
A equipe de pesquisadores demonstrou que a bactéria era
eliminada depois de uma hora e meia em cobre e depois
de 4 horas e meia em latão a 20°C. Foram detectados
organismos patógenos vivos em aço inoxidável depois de
6 horas a 4°C. Já no cobre a eliminação se completou em 6
horas. Alguns estudos usando menos patógenos semelhante
ao real mostraram completa eliminação de SARM e de
E. coli em 20 minutos e a temperatura ambiente.
Os antigos egípcios usavam o cobre para esterilizar feridas e
para obter água potável. Em 2.600 a.C., Hipócrates o usava
para tratar feridas abertas e irritações da pele. Em torno do
ano 400 a.C., os romanos e os astecas utilizavam cobre no
tratamento de doenças e os persas e índios o utilizavam
para tratar furúnculos, infecções oculares e úlceras venéreas.
As formas de cobre aplicadas no tratamento de doenças
iam desde a farpa e a limalha metálicas até os vários óxidos e
sais de cobre produzidos naturalmente.
Os egípcios e os romanos também usavam instrumentos
cirúrgicos de cobre e bronze, como agulhas, facas e espéculos
vaginais. Exemplos podem ser vistos em coleções de museus
e são um testamento da longevidade das ligas de cobre.
No século XIX, em relação à descoberta dos micróbios e
sua associação com enfermidades, os cientistas começaram
a compreender os processos nos quais o cobre servia para
esses propósitos.
O Dr. Keevil concluiu que os resultados ratificaram o uso de
cobre como material sanitário em aplicações e elementos de
saúde, o que se aplicou no Hospital Selly Oak de
Brigminingham (Inglaterra) durante 2007 e 2008 e em outros
lugares do mundo.
Esse é um estudo multicêntrico conduzido pela International
Copper Association, que inclui sete centros de saúde (Estados
Unidos, Inglaterra, Alemanha, Japão e Chile).
55
Copper Connects Life. ™
No caso dos ensaios clínicos no Hospital Selly Oak, monitorouse a contaminação em salas com equipamentos e instalações
de ligas de cobre, comparando-se com os níveis em outras
salas equipadas com aço inoxidável. O estudo demonstrou que
as superfícies com materiais que contêm cobre eliminam uma
ampla classe de potenciais e prejudiciais micro-organismos,
reduzindo significativamente o número de patógenos que
podem entrar em contato com pacientes, visitantes ou a equipe
de profissionais.
A pesquisa concluiu que os
instrumentos elaborados com
cobre têm cerca de 95% menos
micro-organismos,
comparado
com os mesmos utensílios feitos
com materiais padrões, tais como
o aço inoxidável. As provas
demonstraram claramente seu
efeito em patógenos como
Staphylococcus aureus resistente
à meticilina (SARM), E. coli O157,
Listeria monocytogenes, entre
outras.
Os dispositivos foram higienizados duas vezes ao dia e o
mesmo foi feito com dispositivos elaborados com materiais
convencionais. As mostras examinadas pela Universidade de
Aston para determinar quantos micro-organismos estavam
presentes. Depois de cinco semanas, os instrumentos foram
higienizados e testados por outras cinco semanas. Essa técnica
foi projetada para evitar o prejuízo causado por instrumentos
usados em diferentes lugares e de diversas maneiras.
Maçaneta
Torneira
Antebraços
de cadeiras
Porta-soro
Mesa auxiliar
do paciente
Gavetas
Barras
da cama
O
professor
Tom
Elliott
(microbiólogo e diretor médico na
Fundação de Hospitais da
Universidade de Birmingahm NHS Foundation Trust) participou
ativamente nas provas clínicas do
Hospital Selly Oak e observou que
o risco de infecções reduziu.
Os resultados demonstraram
eliminação de 90 a 95% dos
organismos patógenos, mesmo
após um dia movimentado. As provas de laboratório
realizadas na Universidade de Aston (Birmingham) têm
demonstrado que o número de patógenos foi reduzido
significativamente quando estiveram em contato com
superfícies de cobre, em comparação com o ácido
inoxidável. O SARM foi eliminado em uma hora depois de
ter contato com as superfícies de cobre.
Não há dúvida que o brilho do aço inoxidável e do alumínio
é associado a ambientes clínicos limpos. Mas o trabalho do
dr. Keevil tem demonstrado que a aparência não é tudo e que
uma superfície que parece limpa pode conter perigosos
patógenos e ser uma fonte de contaminação por dias, semanas
e meses.
As ligas de cobre mudam sua aparência com o tempo e podem
desenvolver uma imagem envelhecida. Apesar disso, foi
demonstrado que o material mantém as superfícies limpas e
elimina germes. Várias hipóteses têm sido propostas para
explicar o efeito do cobre sobre os micróbios, e as pesquisas
continuam. Os micróbios necessitam de cobre para sobreviver,
mas não resistem quando está exposto a uma superfície
de cobre.
Para acompanhar os resultados do primeiro estudo clínico
deste tipo, os instrumentos que contêm cobre (incluindo
torneiras, corrimão, maçanetas, acentos sanitários e barras de
cama) foram especialmente elaborados por fabricantes locais e
colocados em uma área importante do Hospital Selly Oak.
56
O Cobre
e o meio ambiente
Gustavo Lagos
Sobre a regulamentação ambiental, entende-se como uma
medida que impõe à sociedade uma norma ou padrão maior do
que o necessário para proteger a vida humana ou das espécies
ambientais. Isso normalmente ocorre devido à falta de
conhecimento científico e resulta que a sociedade deve pagar
mais que o necessário. Por outro lado, quando uma substância
presente no ambiente está sub-regulada, significa que o dano
ambiental ou à saúde é maior que o necessário. Muitas vezes
os regulamentos nem sequer tratam sobre regulamentação ou
sub-regulamentação, somente são medidas equivocadas.
O Cobre
no ambiente
Por exemplo, a eliminação dos utensílios de alumínio para
cozinhar alimentos, decretada por vários países quando se
considerou que o material era a causa do mal de Alzheimer, foi
equivocada. Posteriormente
demonstrou-se que o metal
não causa esse mal. Devido
a isto foi desenvolvida a
Economia Ambiental, que
estuda os custos e benefícios
gerados
pelas
medidas
ambientais aplicadas pela
sociedade. Ótimo para a
sociedade é ter regulamentações que sejam “rentáveis”(1)
(D.W. Pearce, 1990), de acordo
com os objetivos que a
própria sociedade escolhe.
Esse conceito é utilizado por todas as grandes agências
regulatórias mundiais na adoção de medidas.
Introdução
Há um consenso na comunidade científica de que o
desenvolvimento de regulamentações ambientais sólidas e
em favor da vida aquática deve se basear na “ciência de bom
nível”. Este princípio se estende a todos os âmbitos da
atividade regulatória ambiental e da saúde humana. A ciência
permite identificar e quantificar os efeitos ambientais e
atribuir uma causa determinada. Isso é conhecido como a
relação de causa-efeito.
Se a relação entre a concentração de uma substância no
ambiente e o dano que essa produz for conhecida, seja para
espécies, ecossistemas ou seres humanos, é possível regular
sua emissão e determinar que a concentração gere um dano
aceitável para a sociedade ou que o nível ambiental não sofra
dano absoluto.
Além disso, há uma dimensão adicional relacionada ao
avanço da ciência e da relação custo/eficácia da
regulamentação ambiental. Esta demonstra que as nações
mais pobres protegem menos o meio ambiente que as
nações desenvolvidas ((B.R. Copeland (2004), J.Strand
(2002)). Portanto, as nações em vias de desenvolvimento
não podem se dar ao luxo de regulamentar, o que é permitido
às nações desenvolvidas. Os conceitos anteriores levam à
conclusão de que os regulamentos destinados a concretizar o
princípio de “emissão zero” ou, pior ainda, “concentração
zero” são muitas vezes equivocados não só porque tentam
criar uma regulamentação, mas porque, em muitos casos, são
impossíveis de aplicar.
A diferença entre um regulamento que limita o dano a um nível
aceitável e um que o elimina depende da natureza da relação
causa-efeito e não da precisão do regulamento. Em outras
palavras, é possível identificar os níveis de presença de
algumas substâncias que não produzem dano ambiental ou à
saúde humana, mas em alguns casos, a menos que se reduza
a concentração a zero, não se reduzirá completamente o efeito.
As substâncias que provocam o câncer, por exemplo, bastam
que estejam em quantidades ínfimas para que produzam o
efeito, enquanto que a presença de substâncias na água e que
provocam náusea, o fazem sempre quando estão acima de
certa concentração. Abaixo disso causa efeito algum.
- (1) O significado deste termo é que uma medida é rentável quando gera os benefícios esperados pela sociedade.
59
Copper Connects Life. ™
Por exemplo: uma regulamentação que tenta limitar a
emissão de arsênico a zero é praticamente impossível de
se aplicar, pois é um elemento que existe naturalmente na
crosta terrestre e, portanto, encontra-se presente em quase
todas as rochas, ainda que seja em quantidades muito
pequenas. O que pode ser considerado para a regulamentação
do tipo “emissão zero” são aquelas substâncias que são
exclusivamente criadas pelos processos produtivos e que
não existem na forma natural.
Após 30 anos do início da revolução ambiental nos
países desenvolvidos, o progresso na qualidade da ciência
e o número de cientistas destinados a resolver os principais
problemas da evolução do ambiente global demonstram
que o enfoque da ciência pode gerar soluções para muitos
dos problemas ambientais atuais.
Este trabalho teve como objetivo comunicar uma visão dos
principais progressos científicos ocorridos na indústria do
cobre dos últimos vinte anos para que se compreenda o
seu papel no meio ambiente, na saúde e na geração de
soluções que serão regularmente “rentáveis”.
A necessidade de usar o Princípio de Precaução torna-se
menos urgente na medida em que a ciência avança.
Esse princípio propõe que, na ausência de informação
científica, é “aceitável” regulamentar devido à presunção
de uma relação de causa e efeito, para proteger a vida
humana e o meio ambiente. Com o avanço da ciência,
muitas medidas inadequadas de precaução já adotadas
podem ser identificadas e corrigidas. A utilização do
princípio de precaução é muito ineficiente do ponto de
vista econômico, pois regulamenta muitas situações gerando
custos desnecessários à sociedade.
A história a seguir ajuda a compreender o porquê do cobre
ainda permanecer como uma das matérias-primas mais
importantes da sociedade contemporânea, depois de nove
mil anos de uso e ao lado do ouro, como os dois primeiros
metais usados pelo homem.
60
As propriedades dos elementos estão ordenadas na tabela
periódicas dos elementos, descoberta pelo célebre cientista
russo Dmitri Ivánovich Mendeléiev em 1869. O cobre fica na
coluna dos elementos mais nobres e divide com a prata e o
ouro uma série de propriedades químicas e físicas. Suas
características são surpreendentes: é o segundo melhor
condutor elétrico (depois da prata) e é seguido pelo ouro e
pelo alumínio. Por esse motivo, o cobre é o material preferido
para a condução elétrica, pois é mais barato que a prata e
suas propriedades físicas também o favorecem.
O contexto
do Cobre
no mundo
Esta é a ordem destes elementos para a condutividade térmica.
Por isso o cobre é o material preferido para muitas aplicações
que exigem a condução e dissipação do calor, como os
radiadores de automóvel, os refrigeradores e os aparelhos
de ar condicionado, entre outros. Além disso, é um elemento
essencial para a vida. Os seres humanos ingerem poucos
miligramas de cobre diariamente nos alimentos e na água,
mas sem os quais não poderiam viver.
Ao mesmo tempo, é um material extraordinariamente eficaz
na eliminação de bactérias e vírus nocivos à saúde. O cobre
tem outras duas propriedades extraordinárias. Por um lado
forma ligas(3) conhecidas como o bronze, usado durante
milênios em estátuas, ornamentos, telhados, armas e
diversos utensílios.
Em 2007 e 2008 o uso do cobre no mundo foi de pouco mais
de 18 milhões de toneladas (WBMS, 2008), o que representava
um uso per capita de cerca de 2,6 kg por pessoa por ano,
considerando-se uma população mundial de 6.800 milhões
de pessoas. Apenas dois metais, o ferro e o alumínio,
superaram o cobre em tonelada de uso, com cerca de 950
milhões e 43 milhões de tonelada, respectivamente. Frente
outros metais como o zinco (11 milhões de toneladas), o
chumbo (4 milhões), o níquel (2 milhões), o estanho (300 mil),
o molibdênio (200 mil) e a prata (20 mil), o cobre é um
verdadeiro gigante (USGS, 2008), (Radettzki M., 2009).
O cobre é um elemento relativamente raro na crosta terrestre
(presente em somente 68 partes por milhão) e muito menos
abundante que o ferro e o alumínio, que estão presentes em
6,2% e 8,3% respectivamente (tabela 1). Em outras palavras,
o ferro e o alumínio são cerca de mil vezes mais abundantes
na crosta terrestre que o cobre. A figura 1 mostra a
abundância relativa dos elementos na crosta terrestre, na
qual o eixo vertical mostra o número de átomos de cada
elemento pelo número de átomos de silício(2), e no eixo
horizontal mostra o número atômico de cada elemento, o que
é proporcional ao peso atômico dos elementos. Os elementos
na crosta terrestre seguem um ordenamento natural que
tem relação com seu número de elétrons e nêutrons.
Figura 1: Presença dos elementos na crosta terrestre(CdM1).
(2) O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, representando cerca de 28% no peso deste.
(3) Mescla de cobre e outros metais.
61
Copper Connects Life. ™
O cobre combinado com água forma a malaquita, mineral
verde de muita beleza, usado em joias, estátuas e diversos
adornos. O seu mais célebre uso foi na construção de uma
sala particular de malaquita no famoso Palácio de Inverno
(hoje Museu Hermitage) de São Petesburgo, para o czar
Nicolau da Rússia. Outros minerais ornamentais com base
de cobre são a azurita, a calcantita, a turquesa, a dioptasa,
a crisocola e a atacamita.
Fluxo de cobre no mundo
Uma minúscula fração de cobre que há na Terra se move de
forma constante. Do solo ao ar (por ação do vento e das
atividades humanas), dos oceanos até a atmosfera (por efeito
de evaporação), mediante as erupções vulcânicas, a partir das
partículas emitidas em incêndios, da flora, da fauna, do solo
e dos seres humanos, em partículas biogênicas (4), por meio
da extração de minerais, a partir das emissões industriais e de
produtos de cobre em uso, na água subterrânea e de superfície,
nas correntes marinhas e nos sedimentos, nos alimentos e na
poeira cósmica que chega a terra de forma constante.
Quanto cobre existe no mundo?
De acordo com Greenwood e Earshaw (1984), as rochas da
crosta terrestre contêm em média 68 partes por milhão
(ppm) de cobre. Outros metais e elementos estão presentes
de acordo com a tabela 1.
Elemento
ppm
Oxigênio
455.000
Cloro
126
Silício
Alumínio
Ferro
Cálcio
Magnésio
Sódio
Potássio
Titânio
Hidrogênio
Magnésio
Enxofre
272.000
83.000
62.000
46.600
27.640
22.700
18.400
6.320
1.520
1.060
340
Cromo
Níquel
Zinco
Cobre
Cobalto
Chumbo
Arsênio
Molibdênio
Cádmio
Mercúrio
Prata
122
99
76
68
29
13
1,8
1,2
0,16
0,08
0,08
Carbono
Vanádio
180
136
Elemento
Platina
Ouro
ppm
0,01
0,004
Tabela 1: Composição das rochas da crosta terrestre, em partes por
milhão (ppm). Fonte: Greenwood e Earnshaw (1984).
É surpreendente que o oxigênio, o elemento mais abundante
na crosta terrestre e vital para a vida, tenha sido descoberto
pelo cientista sueco Karl Scheele em 1772, mais de oito mil
anos depois do descobrimento do cobre. O terceiro elemento
mais abundante da terra, o alumínio, foi descoberto em 1787
por Antoine de Lavoisier.
De acordo com as estimativas de Titon (2004), haveria mais de
um bilhão de trilhões de toneladas de cobre na crosta terrestre,
o que a um ritmo de crescimento zero chegaria a 100 milhões
de anos de uso, sem considerar a reciclagem.
Figura 2. Fluxo de elementos e compostos químicos na Terra.
Fonte: ICME, 1996 (CdM3).
(4) Partículas biogênicas são pequenas partículas que contém vírus, bactérias e outros componentes biológicos e que também podem conter compostos metálicos. Essas partículas podem ser emitidas da flora e fauna,
assim como dos seres humanos. Embora as partículas biogênicas possam ser inócuas, a respiração de partículas biogênicas que contém vírus e bactérias é um dos mecanismos de transmissão de muitas outras
doenças. A existência de partículas biogênicas na atmosfera não se deve ao cobre nem a nenhum outro metal em particular.
62
Não existem estimativas confiáveis para muitos destes
fluxos de cobre. A figura 2 mostra o fluxo do cobre na Terra.
Um exemplo é que 93% de cobre que chega à atmosfera
ano a ano viria de fontes naturais (ICME, 1996). Sabe-se
que em 2008 o cobre usado em diversas aplicações foi na
ordem de 23 a 24 milhões de toneladas, dos quais 65% vinham
da extração de minas, 12% da reciclagem, fundamentalmente
usado, e o resto provinha de sucata nova, usada nos processos
de semimanufaturados e produção de bens.
A resposta à pergunta “quando cobre existe no mundo?” é: o
mesmo que havia desde a formação da Terra, mais a
contribuição da poeira cósmica. O cobre que tem sido utilizado
nos últimos nove mil anos e nada pode destruí-lo ou eliminá-lo.
Onde está o cobre no mundo?
O cobre da crosta terrestre geralmente está disperso, mas
concentrado em lugares chamados depósitos. Os mais
abundantes no mundo são Chuquicamata e El Teniente, ambos
localizados no Chile. Estes depósitos têm sido explorados
por cerca de cem anos e ainda são reservas economicamente
extraíveis por mais de 50 anos(8) (Codelco, 2007). Os depósitos
têm “recursos” minerais, que são depósitos menos ricos em
teores de mineral(9).
A poeira cósmica(5) é estimada em aproximadamente 40 mil
toneladas por ano, com variação para mais ou menos
50% (Klekociuk, 2005). Esta seria a contribuição total de
matéria do espaço exterior, uma fração pequena do que
poderia ser cobre. Este é próximo da cifra de 30 mil toneladas
citada por Bryson (2003). Há uma ampla variedade de cifras
disponíveis para a composição da poeira cósmica. Aqui se
usou o valor de 60 partes por bilhão(6) para estimar a
quantidade de cobre trazida pela poeira cósmica, bastante
inferior à composição da crosta terrestre.
O poço de Chuquicamata tem um quilômetro de profundidade.
Abaixo há outro quilômetro de reservas e recursos conhecidos.
Mais abaixo ainda não foi explorado. O que se conhece dos
depósitos é o que está perto da superfície. É altamente provável
que em um ou dois quilômetros em direção ao interior da crosta
terrestre haja muitos depósitos desconhecidos na atualidade.
A quantidade de cobre trazida pela poeira cósmica por ano
é na ordem de poucos quilogramas, o que é insignificante
em relação ao conteúdo da crosta terrestre e relativo às
reservas econômicas conhecidas. Posteriormente as fontes
antropogênicas(7) de cobre serão analisadas em mais detalhes.
(5)
(6)
(7)
(8)
Incluindo os meteoritos, a poeira cósmica pode ser também partículas de pequeno tamanho.
http://www.webelements.com/periodicity/abundance_meteorite_stony/bar_chart.html
Emissões geradas pelo homem
Denomina-se “reservas” a quantidade de mineral que é economicamente extraível de acordo a uma definição do US Bureau of Mines que se uniu há mais de uma década com o US Geological Survey, USGS.
Outras agências governamentais têm definições de reservas levemente distintas, e a usada internacionalmente como referência é a do USGS.
(9) A lei de um mineral é a concentração de metal que contém, que usualmente se expressa em percentual, mas pode ser expressado também em gramas de metal por tonelada de rocha ou em outras unidades.
63
Copper Connects Life. ™
Variável
Recursos de cobre na crosta
terrestre
MT
2,0 * 109
Tilton, 2004
Reservas de cobre
MT
380
Tilton, 2004
Demanda total de cobre no
século XIX
MT
10
Demanda total de cobre no
século XX
MT
464
World Bureau of
Metal Statistics
Produção de cobre primário
no século XX
MT
411
World Bureau of
Metal Statistics
Produção de cobre secundário
(sucata velha) no século XX*
MT
52
Subtração entre
produção primária e uso
Inventário de cobre em uso no
mundo em 1996
MT
210
Jolly, 2001
Cobre em aterros no mundo
em 1996
MT
250
Lagos, 2004
anos
27
Vida média do cobre em uso, 1996
Isso se explica pelo fato da engenharia permitir reduzir a
duração da construção de novas minas. De fato, o prazo
compreendido entre o início e o fim da construção de uma mina
caiu cinco anos em média, de 25 anos até 3 anos na atualidade.
Unidade Quantidade Referência
A explicação para que as reservas conhecidas de cobre
tenham tão curta expectativa de vida é que elas dependem
da quantidade de investimento em exploração e das
tecnologias de exploração e processamento. As empresas
proprietárias dos depósitos não têm incentivos para investir
na exploração de suas reservas, conhecidas há 20 anos
ou mais, porque o valor que eles descobrem não seria
explorado rapidamente. Ou seja, o “valor presente”(10) dos
seus investimentos não cresceria significativamente.
Estimativa do Centro
de Mineral, 2009
40
Jolly, 1997
MT: milhões de toneladas; * A produção total de cobre secundário (sucata velha)
foi estimada como a diferença entre a demanda de cobre e a produção de mina.
Essa cifra é provavelmente uma subestimação da sucata velha refinada.
35
Anos
30
Tabela 2: Indicadores da localização do cobre no mundo(CdM4).
As reservas conhecidas de cobre eram de 380 milhões de
toneladas, como se observa na tabela 2. No século XX a
produção de cobre reciclado foi bastante menor que a
produção de cobre de mina, o que será analisado mais adiante.
Também se nota que o cobre que estava em uso em 1996
(210 milhões de toneladas) foi semelhante às 250 milhões
de toneladas que se encontram depositadas em aterros.
25
20
15
1930
As reservas conhecidas
1950
1960
1970
Anos
1982
1990
1998
Figura 3. Espectativa de vida das reservas de cobre, dada à taxa de
crescimento do uso de 3% anual. Fonte: US Bureau of Mines e USGS.
Outro aspecto notório das cifras da tabela 2 é que as reservas
conhecidas em 2004, de acordo com o Serviço Geológico dos
Estados Unidos (USGS), eram ínfimas em relação ao total de
cobre na crosta terrestre. De fato, com a média aritmética das
reservas conhecidas, conclui-se que em 2000 estas duravam
23 anos, a um ritmo de crescimento de 3% anual de uso de
cobre. Isso, certamente, parece muito pouco para um
observador não especialista.
Por outro lado, quando uma nova tecnologia de extração ou de
processamento é inventada, aumentam as reservas, já que isso
possibilita extrair minerais de uma “lei” mais baixa que antes,
obtendo as mesmas utilidades. Essa fonte de novas reservas
tem sido mais importante do que a descoberta de novos
depósitos em épocas antigas.
Os números anteriores indicam que não se percebe uma
escassez de oferta de cobre em curto prazo, ou seja, a indústria
de mineração pode proporcionar as necessidades do mercado
de cobre. Tilton (2007) faz uma análise sobre as reservas e
recursos de cobre disponíveis.
A figura 3 mostra a evolução da expectativa de vida das
reservas econômicas de cobre, utilizando dados do US Bureau
of Mines e do USGS. Nota-se que a taxa se manteve em
intervalos entre 23 e 35 anos nos últimos 70 anos do século XX,
com uma tendência de redução de cerca de 23 anos na última
década do século.
(10) O valor presente é o valor atual do dinheiro que será disponível no futuro. Por exemplo, um dólar que será disponível em 2020 valerá significativamente menos em abril de 2009 que em maio de 2009.
64
A figura 4 mostra o ciclo de vida do cobre de uma forma
simplificada, omitindo produtos intermediários e vários
processos alternativos, desde que o cobre é extraído do solo
até quando é reciclado ou disposto em aterros.
O ciclo de vida é um conceito importante, já que faz parte
de um processo de análise usado atualmente pelas empresas
que fabricam bens de consumo e também pelo governo e
agências regulatórias para comparar os insumos, produtos e
emissões dos diversos produtos e processos.
Ciclo de vida
do Cobre
O cobre de mina é extraído e processado, geralmente por
fusão e refinação(11), e posteriormente é vendido como cátodo
às empresas semimanufatureiras, que fabricam placas, cabos,
fio elétrico, barras, tubos, lâminas e ligas.
Os condutores elétricos e tubos são vendidos diretamente
ao público, enquanto os outros produtos são adquiridos pelos
fabricantes de bens de consumo, como automóveis,
televisores, refrigeradores, computadores, aviões, canalização,
panelas e artigos ornamentais e artesanais, entre outros.
Figura 4: Diagrama de fluxo da produção de cobre(CdM6).
Reciclagem
Cobre Novo
Reciclagem
do Cobre
Secundário
Disposição
Final
(11) Também podem ser processados por lixiviação, extração por solventes e eletrólise.
65
Copper Connects Life. ™
É interessante para as empresas que fabricam radiadores
de automóveis comparar
insumos e a emissão dos
radiadores de cobre e de
alumínio. Por isso, estima-se
a quantidade de energia gasta
para fabricar esses radiadores, desde que o cobre e o
alumínio se extraiam do solo
ou se reciclem, até que esses
materiais sejam reciclados ou
descartados em aterros.
Calculam-se também todas as
emissões geradas em todas
as etapas da vida do cobre e
do alumínio e a duração do
uso desses radiadores.
Cobre disponível por
setor econômico
Vida útil
Vida útil
(Jolly, 2001) (Henstock, 1997)
Vida útil
(US Bureau of
Mines, 1974)
Participação por setor
no uso total, 1996
(Sebastian Escala, 2000)
Construção
45
35
25
23,2
Transporte
15
10
9
22,0
Eletricidade
40
30
23
25,6
Máquinas industriais
20
15
18
17,0
Bens de consumo
15
10
7
12,0
Média
27
20
16
Tabela 3: Vida útil do cobre por setor econômico e participação de setores no uso total(CdM7)
Lagos (2004) usou dados de Jolly (2001) para estimar o cobre
disponível para reciclagem no ano 2000. É importante destacar
que a vida útil do cobre vem se alongando com o progresso
tecnológico, embora não em todas as aplicações. Mais de 200
milhões de lares no mundo têm canalização de cobre(13) e o
período de modificação destas aumentou. Em contrapartida,
o cobre utilizado em computadores e celulares diminuiu, já
que esses bens têm uma vida útil curta.
Esse método se denomina “Análise do Ciclo de Vida” e lança
indicadores ambientais que são considerados, junto aos
custos de fabricação, para decidir que material utilizar.
O mesmo tipo de análise tem sido feita para inúmeros produtos,
como copos de papel em comparação aos copos de
plástico, tubulação de aquecimento e de água potável, entre
outros. Por enquanto, esses métodos são inteiramente
voluntários(12).
O conceito mais avançado de fabricação é o que se preocupa
com o ciclo de vida dos produtos, buscando alcançar o máximo
da reciclagem (do “berço” do material ou do processo até seu
“túmulo”) para gastar o mínimo de energia e emitir o mínimo de
poluentes prejudiciais para o homem e para o meio ambiente.
A vida útil média do cobre nas diversas aplicações era de
27 anos no ano 2000 (Lagos, 2004). A tabela 3 mostra os
usos mais relevantes e a fração de mercado que representavam
em 1996.
Jolly (2001) indica que a vida útil média do cobre na construção
era de 45 anos. Ou seja, se uma casa foi construída em 1955,
só em 2000 se trocariam os canais, canos e as torneiras,
permitindo que o cobre originalmente instalado estivesse
disponível para reciclagem. Em 2000, 23,2% do mercado de
cobre foi destinado à construção.
(12) Esse método está contido nas normas ISSO 14001
(13) Estimativa de G. Lagos
66
A Bolsa de Metais de Londres (BML) foi criada em 1876
e começou a transacionar cobre e estanho. O primeiro
“contrato padrão” da BML foi a “Chilean Bar”, criado em 1883,
quando o Chile havia passado o auge da produção de cobre
do século XIX, em que chegou a produzir mais da metade
do cobre do mundo. O acordo foi feito porque o cobre
chileno representava a maior parte do cobre transacionado na
Europa nessa época. Na figura 5 se observa que o crescimento
do uso do cobre na era moderna teve sua primeira crise
significativa no término da Primeira Guerra Mundial, em 1918.
1600
Uso do cobre
(milhares de toneladas)
Usos
do Cobre
Fim da 1ª
Guerra Mundial.
1400
1200
1000
800
Começo da
Revolução Industrial
600
400
200
0
1830
1840
1850
1860
1870 1880
Anos
1890
1900
1910
1920
Figura 5. Uso do cobre entre 1835 e 1920.
(Fonte: Base de dados do Centro de Mineração, PUC(CdM8))
Descobrimento da eletricidade e a Revolução
Industrial
Um olhar sobre o uso do cobre no século XX
A figura 6 mostra o uso do cobre de 1900 a 2007. Enquanto
no século XIX a demanda do cobre cresceu 45,2 vezes (de 10
mil toneladas anuais em 1800 para 452 mil em 1990), no século
XX o crescimento foi de 33 vezes até chegar a 15,1 milhões de
toneladas (Lagos G., Henríquez H., 2004). Em termos de
crescimento anual, a demanda no século XX aumentou em
pouco mais de 3,5% comparado com 4,5% anual para o
século XIX. O crescimento foi, em média, 3,6% na primeira
metade do século XX e 3,4% na segunda metade.
Embora a descoberta da eletricidade data da época de
apogeu da civilização grega, os primeiros usos industriais
começaram depois do descobrimento do dínamo por Miguel
Faraday em 1831. A aplicação massiva da eletricidade se
deu depois de 1879, com o descobrimento da lâmpada
incandescente por Thomas Edison, que utilizava um filamento
de platina só a 10 volts.
Não é de admirar que antes do
descobrimento da eletricidade,
no século XIX, a utilização de
cobre foi bastante baixa,
chegando em 1850 a pouco
mais de 50 mil toneladas.
A figura 5 mostra o uso do
cobre de 1835 a 1920 e o efeito
que teve a Revolução Industrial
(que começou em 1870 na
Inglaterra) no crescimento de mercado. Apresenta ainda o
aumento explosivo da eletricidade e da utilização do cobre
entre 1875 e 1917. Nos 42 anos anteriores, entre 1833 e 1875,
seu uso aumentou pouco menos de quatro vezes.
Como visto nas figuras 5 e 6, há períodos em que o uso
do cobre baixa, e isso coincide com as crises econômicas
mundiais. Além da baixa na Primeira Guerra Mundial, verificamse a redução do uso após a Grande Depressão (em 1929), a
menor redução que seguiu ao fim da Segunda Guerra Mundial
(1945), a crise do petróleo de 1974 e a crise econômica de 1982
(que foi acompanhada pelo início da aplicação das principais
leis ambientais nos Estados Unidos).
A indústria de mineração de cobre no país praticamente
fechou e teve que se transformar tecnologicamente para
seguir operando com as novas exigências de emissão de
poluentes impostas.
67
Copper Connects Life. ™
Em 1990 a demanda foi reduzida novamente devido ao
colapso da União Soviética e dos países que formavam o
Pacto de Varsóvia. Finalmente, verifica-se a Crise Asiática,
que começou em 1998. Não se observa nesta figura muitas
outras crises econômicas de menor escala.
Estes ciclos de preço, e em particular os auges de preço, são
fundamentais para o desenvolvimento de novas tecnologias
e para a obsolescência tecnológica. A razão é que nem todos
os materiais concorrentes aumentam seu preço na mesma
proporção. Por exemplo, no último auge de preços, o alumínio
e o plástico aumentaram seu preço muito menos do que o
cobre. Assim, houve um menor uso de alguns produtos de
cobre, tais como os tubos para o transporte de água, os
telhados e até mesmo para algumas aplicações elétricas , já
que os consumidores preferiram produtos de menor preço.
20000
Uso do cobre
(milhões de toneladas)
18000
16000
14000
Isso gerou uma importante substituição destes produtos de
cobre. O problema é que quando o preço cai, é possível que
os usos originais destes produtos não se recuperem aos
níveis anteriores.
12000
10000
8000
6000
4000
Um olhar sobre o uso do cobre por pessoa
2000
Como se observa na figura 7, o uso do cobre caiu de 40 gramas
per capita por ano (no ano do nascimento de Cristo) para 10
gramas em 1800. Houve dois picos de uso neste período
de 1.800 anos, um gerado pelo auge da metalurgia no
Império Romano (55 d.C) e outro pela Dinastia Sung na China.
Os anos de menor uso per capita neste período foram os
da Idade Média.
0
1900
1920
1940
1960
Anos
1980
2000
Figura 6. Uso do cobre de 1900 a 2007
(Fonte: Base de dados do Centro de Mineração. PUC[CdM9])
Ciclos de preço e tecnologia
A redução do uso de cobre baixa o preço, pois há mais
oferta do que demanda. Durante o século XX existiram ciclos
de preço diversos, que duraram em média dez anos entre o
máximo do preço anterior e o máximo do seguinte. Mas houve
variações nas durações de alguns ciclos, como na minicrise
de 1993.
gms / capita / ano no mundo
70,0
A demanda e utilização do cobre (e não a oferta) colaboram
para desencadear crises econômicas e também os auges.
Os produtores de cobre e as empresas de reciclagem, que
geram a oferta, procuram satisfazer a demanda e estão
presentes na promoção de novas aplicações e tecnologias,
na proteção aos concorrentes e para assegurar que os
produtos elaborados à base de cobre tenham acesso
aos mercados frente às crescentes exigências das
regulamentações ambientais. Esse último fator é combatido
por meio do desenvolvimento da ciência e de novas
tecnologias.
Auge da metalurgia
no Império Romano
60,0
Dinastia Sung
na China
50,0
40,0
30,0
20,0
Idade Média
10,0
0
0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800
Anos
Figura 7. Uso per capita de cobre entre o ano de nascimento de
Cristo e 1.800 (CdM10).
As elevações e reduções do uso per capita de cobre dependem
do aumento do uso de metal e do aumento da população.
Depois da queda do Império Romano e durante 800 anos, a
população mundial cresceu mais que o uso do metal. O mesmo
ocorreu desde o término da Dinastia Sung na China (1000 d.C),
durante a Idade Média e no Renascimento.
Os ciclos de preço existem porque o preço sobe quando
aumenta a demanda, já que as empresas de mineração não
são capazes de suprir o crescimento das necessidades e
demoram aproximadamente cinco anos desde a decisão
de investir em novos projetos e expansões até que estes
entrem em produções.
68
Os dados sobre a utilização do cobre na antiguidade e
até tempos presentes foram obtidos por um grupo de
pesquisadores a partir da evidência da presença de cobre em
relação ao alumínio em geleiras na Groenlândia (Suming Hong,
1996). Supõe-se que a presença de alumínio aumentava de
forma constante, devido à circulação natural de poeira de
alumínio, até que começou o uso desse metal no século XX,
enquanto o cobre era usado desde 9 mil anos, isto é, desde
7 mil anos antes de Cristo. A informação de população foi
obtida por Angus Maddison em 2003.
A migração de uma parte da indústria de semimanufaturados
e de reciclagem metálica para a China, a Índia e outros países
de baixo custo de mão-de-obra tem criado distorções
importantes nas estatísticas do uso do cobre por país, como
se observa na figura 9.
Um exemplo é a indústria que fabricava vergalhão no Reino
Unido, que migrou desse país e ocasionou o decrescimento
natural que experimentou os países desenvolvidos no consumo
per capita. Já o Chile exibe um alto índice de uso per capita,
pois tem várias empresas semimanufatureiras cujas
exportações de vergalhão, tubos e outros produtos não se
contabilizam no uso de cobre do país. Finalmente o fato de
que o Japão e a Alemanha tenham mantido seus índices de uso
per capita indica mais o tipo da indústria semimanufatureira
que se manteve nesses países do que o uso interno.
3
20,0
1998: kg/capita/ano
2,5
kg / capita / ano
kg / capita / ano no mundo
A figura 8 mostra o uso per capita do cobre por ano de 1800 até
2007, período em que subiu de 10 gramas per capita por ano
até os 2,7 Kg que se usam atualmente. No mesmo período o
uso do cobre subiu 40 vezes, e a população mundial aumentou
6,6 vezes, de um bilhão a 6 bilhões e 600 mil habitantes.
2
1,5
1
2008: kg/capita/ano
15,0
10,0
5,0
0,5
0,0
0
1800 1825 1850 1875 1900 1925 1930 1975 2000 2025
Anos
s
o
o
o
o
a
ha
ia
ia
le
ul
l
Ìnd o Unid Brasi Mund Méxic Chin Unido Chi Japã do S Suéc leman
n
ia
A
os
é
r
d
Rei
a
o
C
Est
Figura 8. Uso per capita de cobre desde o ano 1800 até os dias atuais
(CdM11).
Figura 9. Uso do cobre em quilogramas per capita por ano para 1998
e 2008 (CdM12)
A intensidade do uso do cobre(14) diminuiu nos países
desenvolvidos entre 1960 e 1985 e posteriormente se
estabilizou até final dos anos 90. Depois seguiu reduzindo.
Isso se explica porque esses países já alcançaram o nível
de infraestrutura e construção que necessitavam para seu
desenvolvimento industrial, e por isso o novo desenvolvimento
está focado em indústrias menor estrutura.
As aplicações elétricas do cobre
O cobre é utilizado atualmente em quase todas as aplicações
de condução elétrica, como indica a figura 10, representando
aproximadamente 70% do total do uso do cobre no mundo.
Estes dados mostram que os cabos utilizados na construção,
os conectores elétricos e eletrônicos e os cabos de transmissão
de potência, são os três usos elétricos mais importantes do
cobre na atualidade.Nota-se também que os cabos utilizados
nos motores elétricos e em automóveis e veículos de transporte
são de grande importância.
O uso do cobre por renda per capita tem diminuído nas
últimas duas décadas na maior parte dos países desenvolvidos,
como se observa na figura 9. Embora o uso per capita do
cobre seja um indicador confiável, nos países que não
contabilizam os produtos importados e exportados que
contenham cobre (tais como produtos semimanufaturados(15),
automóveis, e linha branca entre outros) o indicador passa
a não ser confiável.
(14) A intensidade do uso do cobre em um dado país é em tonelagem de cobre no país dividido por seu produto interno bruto
(15) Chapas, vergalhão, tubos, etc
69
Copper Connects Life. ™
Cabo
automotivo
Transformadores
pequenos
Barras
de cobre
5,3
0,8
3,7
Cabo baixa
energia/voltagem
8,5
Cabo
telefônico
3,4
Conectores
elétricos / eletrônicos
12,6
Cabo
computação
0,9
Motores
elétricos
Cabo
construção
8,6
18,5
Outros cabos
e conectores
3,3
Cabo
comunicação
3,6
Cabo
gerador potência
4,9
Transformadores
potência
Cabo sem
isolamento
Cabo potência
industrial
3,4
10,2
12,4
Figura 10. Usos elétricos do cobre em percentual, 2007: 16,5 milhões de toneladas
(Fonte: Commodity Research Unit (CRU), Londres, UK, 2008 (CdM13)).
Mas isso não ocorreu, já que a indústria desenvolveu cabos
de cobre que podiam transmitir milhões de sinais telefônicos
simultâneos(17), competindo com a fibra óptica. Por isso essa
fiação utilizada em menos de cem metros em casas e
edifícios, a uma fração do preço da fibra óptica, é a que
predomina na atualidade. A corrida tecnológica entre o cobre
e a fibra óptica segue adiante e conta com insumos cada
vez mais eficientes e confiáveis para as comunicações.
Isso era fundamentalmente diferente há 25 anos, já que os
automóveis de venda em massa não tinham janelas, espelhos,
fechos e outras funções automáticas, nem computadores ou ar
condicionado a bordo e seus motores usavam uma tecnologia
acessível aos aficionados pela mecânica.
Hoje é praticamente impossível para os usuários reparar
aspectos básicos do motor e de outros sistemas de um
automóvel, pois eles são acessíveis somente mediante os
computadores dos fabricantes. Isso ressalta que o processo
de automatização progressiva que tem ocorrido nos últimos
25 anos na indústria e na sociedade tem favorecido o uso
de tecnologias eletrônicas e elétricas, e portanto tem
significado um aumento expressivo do uso do cobre. Inclusive
se previa o fim do uso do cobre na fabricação da fibra
óptica(16) na década de 70.
A International Copper Association (ICA), instituição com
matriz em Nova Iorque e filiais em diversos países, financiada
pelas maiores empresas produtoras e semimanufatureiras de
cobre do mundo, tem impulsionado, nos últimos dez anos,
programas para desenvolver tecnologias de cobre que sejam
mais eficientes no uso e na transmissão da energia elétrica,
nas telecomunicações e em vários âmbitos da tecnologia, que
fazem do cobre um material mais sustentável.
(16) Em 1966 os pesquisadores Charles Kao e G.A. Hockham, dos laboratórios de Standard Telecommunications na Inglaterra, comunicaram que haviam conseguido usar a fibra óptica para transmitir mensagens telefônicas.
(17) Isso é obtido por meio do aumento da largura de banda, que tem aumentado para cabos de cobre até 10 Giga bits por segundo, isto é, 10 bilhões de bits por segundo. Um bit é um sinal simples que tem dois valores,
zero e um, e aqueles construídos pelos números, palavras e sinais que utilizamos.
70
O Guia de Inovação: tecnologias em novas aplicações de
cobre (V.I.2) foi publicado em dezembro de 2007 pela ICA e
descreve de forma detalhada os avanços obtidos e as
tendências tecnológicas que dominarão o futuro.
As aplicações não elétricas do cobre
A figura 11 mostra as aplicações não elétricas do cobre,
que sofreram as maiores perdas de mercado durante o
auge dos preços de 2004 a 2008. O segmento mais atingido
foi o das tubulações residenciais, seguido por telhas, cabos
para telecomunicação e radiadores automotivos.
Alguns exemplos das tecnologias elétricas avançada em cobre:
• O rotor de cobre fundido para motores (CMR), que permite
reduzir o uso de energia em cerca de 7% em motores de alta
potência, é um dos desenvolvimentos mais importantes,
considerando que a eletricidade utilizada no funcionamento
de motores representa cerca de 40% do total da eletricidade
usada no mundo.
• A miniaturização de componentes de cobre na eletrônica,
em conectores e na transmissão elétrica em automóveis,
computadores e outros artefatos que usam cabos,
conectores elétricos e circuitos integrados é fundamental
para a redução do uso de energia, entre outras coisas,
porque significa cada vez mais o uso de menos cobre para
essas aplicações. Em automóveis, por exemplo, conseguiuse reduzir mais da metade a espessura dos cabos de cobre
entre os vários componentes eletrônicos e elétricos.
Tubulações
de liga
Fio de liga
Tiras para
munições
Tiras para
moedas
6,4
3,0
1,1
Os dois primeiros perderam mercado para uma diversidade
de materiais, sendo o plástico o mais importante, e com
o preço como fator fundamental da mudança. Já os dois
últimos perderam mercado para a fibra óptica e para o alumínio
(respectivamente) por questões de preço e tecnologia.
Os usos elétricos e não elétricos somaram 24 milhões
de toneladas em 2007, seis milhões de toneladas a mais
que o mercado de cobre contabilizado para estimar o preço
nas bolsas de metais. Este total inclui o cobre reciclado
que está circulando no sistema e que não significa uma
contribuição líquida ao mercado dos usos de cobre.
Tubulações
residências
11,4
Telhas
2,4
6,8
Outras
placas e tiras
Barras
de cobre
10,4
8,0
Radiadores
de automóvel
1,8
Tubulações e
tubos comerciais
Barras
de Liga
22,2
26,6
Figura 11. Usos não elétricos de cobre em percentual, 2007, foram 7,5 milhões de toneladas
(Fonte: Commodity Research Unit (CRU), Londres, UK, 2008 (CdM14))
71
Esse cobre se chama reciclado
primário, ou cobre novo, e tem
seu ciclo quase inteiramente
dentro das companhias semimanufatureiras de cobre e
aquelas que fabricam bens de
consumo, enquanto que o
cobre que entra no mercado e
que é contabilizado para a
estimativa de preço, para ser
usado em tubulações, refrigeradores, construções e outras
aplicações, retorna ao mercado
no final de sua vida útil.
Estima-se que este período é
de 27 anos em média, ou seja,
o cobre demora esse período
para ressurgir no mercado e
estar disponível para ser
reciclado. Esse cobre se
denomina reciclado secundário
ou cobre velho.
Copper Connects Life. ™
Reciclagem
A indústria de reciclagem teve fortes mudanças nos países
desenvolvidos na década de 90. Enquanto em 1970 somente
se reciclava 30% do cobre velho, em 1999 a eficiência da
reciclagem em alguns destes países se aproximava a 40%,
impulsionada por fortes regulamentações ambientais. Em
contraste ao cobre velho, o cobre novo se recicla quase
totalmente, porque os processos estão projetados para
recuperá-lo.
O cobre “novo” surge usualmente entre a semimanufatura
e a produção de bens de consumo e é o cobre que resultou
como resíduo destes processos, reciclado de forma imediata.
Por outro lado, os bens de consumo entram no mercado
e o cobre começa a ser utilizado até o final da vida útil do
produto. Parte deste cobre é identificada, separada e
transportada à indústria semimanufatureira, passando a
constituir a sucata velha ou cobre secundário. Há diversos
tipos de sucata secundária, dependendo de sua pureza.
O cobre menos puro deve ser refinado novamente ou ser
usado para fabricar ligas.
O chumbo, metal sob maior pressão para ser reciclado, tem
alcançado taxas de cerca de 70% de reciclagem nos
países desenvolvidos. A União Europeia tem uma política
de minimização de resíduos que inclui uma obrigatória e
drástica redução dos resíduos industriais e domiciliares,
incentivos na diminuição de resíduos para os produtores,
projetos e normas de rotulagem para os produtos reciclados,
aquisição de materiais recicláveis por parte do governo,
desenvolvimento de mercados de materiais recicláveis e
incentivos para aqueles produtores que assumam responsabilidade sobre a reciclagem dos produtos.
O processo de reciclagem tem um custo maior do que a
extração da mina de cobre, mas que usa menos energia.
Esse é o motivo pelo qual uma maior quantidade de cobre
não é reciclada. Quando o preço abaixa, não é rentável
recuperar toda a sucata disponível, baixando assim o
mercado de sucata secundária. Isso ocorreu no final de 2008
e no início de 2009, sendo que os fabricantes de tubulações
e de outros bens tiveram que recorrer à aquisição de cátodo
de cobre para a totalidade de seu processo.
Isso está incentivando as empresas produtoras de bens
de consumo a fabricar produtos em que os materiais podem
ser facilmente recuperados. Alguns exemplos: o isolamento
plástico dos cabos de cobre deve ser separado mecanicamente, evitando processos altamente contaminantes, os
motores devem ser desmontáveis para que se possam
recuperar as bobinas e os fabricantes de celulares deveram
projetar circuitos que permitam uma fácil separação dos
diversos metais envolvidos.
Apenas uma pequena fração do cobre utilizado se dispersa
no ambiente, e obviamente não é reciclável. A estimativa
deste material é na ordem de 1% (Lagos, 2004) em relação
ao total utilizado. Não são considerados os que vão para
os lixões ou que foram abandonados em artefatos.
Quanto cobre é reciclado?
A pergunta é: “por que se mais de 40% do cobre velho
é reciclado nos países avançados, ele representa apenas
cerca de 15% do mercado mundial?”. Em 1973 o uso do
cobre no mundo foi de 8,7 milhões de toneladas. Considerando
que a vida média deste cobre era de 27 anos e terminaria
seu uso no ano 2000, diminuímos a dispersão de 1%, ficando
teoricamente disponível 8,65 milhões de toneladas neste ano.
Mas o uso do cobre em 2000 foi 15,1 milhões de toneladas,
assim, mesmo se todo o cobre velho fosse recuperado,
faltariam 6,45 milhões de toneladas.
A este número se dá o nome de brecha de crescimento de
mercado ou brecha geracional. O World Bureau of Metal
Statistics destaca que o cobre velho reciclado no ano 2000
foi somente 2 milhões de toneladas. A produção de mina
esse ano foi 13,2, o que adicionado a reciclagem de sucata
velha, soma o uso de cobre esse ano. Isto é, 23,1% do cobre
velho teoricamente disponível foi reciclado.
72
Os dados publicados sobre as taxas reciclagem de cobre
variam de acordo com as regiões de origem e dos métodos
para estimar a reciclagem, que também são distintos. Por
exemplo, se o cobre novo é incluído na reciclagem (que é quase
100%) obviamente a reciclagem do cobre total em relação
ao cobre disponível para reciclagem sobe a valores na ordem
de 60%. Assim, enquanto o uso do cobre no mundo aumenta
ano a ano, há um amplo espaço para a produção da mina.
Por outro lado, enquanto os processos de coleta, separação,
transporte e processamento de cobre velho para fontes de
uso continuam a ser caros, não haverá melhora significativa
na recuperação da sucata velha.
Uso mundial
do cobre
em 1973
Uso mundial
do cobre
em 2000
15,1 MT
Brecha de
crescimento
que não
pode cobrir
a sucata
8,7 MT
Sucata
disponível
8,65 MT
Perda de 1% por dispersão
1973
2000
Vida útil média do cobre nos produtos
Figura 12. Exemplo da brecha de reciclagem devido ao crescimento
do mercado (MT: milhões de toneladas (CdM15)).
A substituição
Já discutimos anteriormente o preço como importante variável
de substituição, uma vez que, se o preço do cobre sobe mais
do que o dos concorrentes em longo prazo, poderia perder
importantes segmentos do mercado. Isso não deveria ocorrer,
a menos que houvesse uma escassez de oferta.
Os mercados mais ameaçados por novas tecnologias até
2007 eram os de cabos de telecomunicação e os radiadores
automobilísticos (CRU, 2008). Em suma, em 2007 o cobre
perdeu cerca de 3% de mercado frente à substituição, e a
grande maioria dessas perdas foi causada pelo maior custo
frente aos concorrentes.
A volatilidade do preço do cobre, isto é, o nível de variação no
tempo, também seria um fator que afetaria a decisão de
fabricantes de produtos. Por outro lado, a substituição poderia
ameaçar alguns produtos específicos, devido à evolução de
novas tecnologias em que o cobre é menos eficaz que os
materiais competitivos ou em que suas propriedades são
menos vantajosas.
73
Copper Connects Life. ™
Tabela 4. Aumento das exigências regulatórias(CdM16) para a água
potável. (Fonte: Tercera Edición de la Guía de Calidad del Agua Potable, OMS, 2004, y
Guías de los años 1997, 1993 y 1984).
Valores guia da OMS de algumas substâncias químicas
inorgânicas com importância para a saúde quando estão
presentes em água potável, março 2009.
1984
1993
1997
2002 Comentário
Elemento
(ppm) (ppm) (ppm) (ppm)
Regulamentação
para a saúde
e o meio ambiente
Antimónio
(Sb)
0,05
(P)
0,02
Cancerígeno
Arsênio
(As)
0,5
(P)
0,01
(P)
0,01
(P)
0,01
(P)
Cancerígeno, guia provisório
Cádmio
(Cd)
0,005
0,003
0,003
0,003
Cancerígeno
Sem
valor
de
referência
2,0
(P)
2,0
(P')
2,0
0,001
0,001
0,001
0,001
Mercúrio total é o mercúrio inorgânico
e orgânico. Efeitos neurológicos e
renais, colapso cardiovascular.
Sem
0,07
valor
de
referência
0,07
0,07
Elemento essencial, potencial toxicidade
reprodutiva e mutagênica.
0,01
0,01
Acumulativo no organismo, efeito
neurológicos, possível cancerígeno.
Cobre
(Cu)
Mercúrio
total (Hg)
Molibdeno
(Mo)
As regulamentações ambientais do cobre são diversas:
Chumbo
(Pb)
• Normas de uso do cobre em aplicações, tais como as
instalações elétricas, construções e solos, entre outras.
• Normas de materiais que entram em contato com água
potável e com alimentos.
• Emissões.
• Periculosidade de substâncias que contêm cobre,
classificação e rotulagem das substâncias.
• Normas sobre resíduos.
• Normas de qualidade ambiental: concentrações máximas
permitidas no meio ambiente e na saúde.
• Normas de cobre como material sanitário.
• Normas de cobre como elemento essencial.
Sem
0,05
valor
(P)
de
referência
0,05
0,01
Potenciais efeitos crônicos no fígado (1993);
substituído em 2007 pelo mesmo valor
provisório, mas por efeitos agudos
(náusea); em 2004 o valor é definitivo,
devido a efeitos agudos (náuseas).
O Guia da Organização Mundial da Saúde (OMS) apresenta
os valores para alguns metais de relevância para a saúde,
quando presentes em água potável, como o antimônio, o
arsênio, o cádmio, o cobre, o mercúrio, o molibdeno e o
chumbo. Exceto o cobre, todos estão regulamentados devido
a evidência ou suspeita de evidência de serem causadores
de graves doenças e efeitos na saúde humana. Observa-se
que em todos os casos, menos para o mercúrio, a
regulamentação se fez mais estrita depois de 1984.
Esse trabalho cobre fundamentalmente as normas de
qualidade ambiental, isto é, as concentrações máximas
permitidas no meio ambiente e na saúde. Alguns aspectos
das regulamentações sobre o cobre, como material sanitário
e elemento essencial, serão discutidos mais adiante.
No caso do antimônio, o valor referência de 0,05 ppm foi
introduzido em 1993, e em 2004 foi reduzido a 0,02 ppm.
Esse valor não é provisório, o que significa que há evidências
científicas de que o antimônio em água potável, em
concentrações superiores ao valor de referência, gera câncer
em quantidade que não é aceitável para a sociedade. Essa
quantidade é considerada pela OMS como um caso adicional
por ano, entre cem mil que foram expostos a tal água
contaminada.
A evolução dos padrões da água potável
A ciência tem contribuído para que as regulamentações
ambientais se tornem cada vez mais rigorosas, como indica
a tabela 4.
75
Copper Connects Life. ™
A razão básica para o aumento das exigências dos padrões
ao longo do tempo é que as técnicas de análise e teoria
estatística, os computadores para processar dados e as
ciências e técnicas médicas para estudar os efeitos estão
se tornando mais poderosos.
Como resultados desses fatos, em 1994, o governo chileno,
mediante o Ministério da Saúde, solicitou à OMS a revisão da
norma, e se criou uma comissão assessora presidencial, que
seguia em funcionamento em 2009. Concedeu um orçamento
à comissão e atribuiu a missão de assessorar o presidente
da República nas negociações internacionais relativas ao tema
de cobre na água potável. Devia ainda assegurar que as
pesquisas eram necessárias para elucidar os efeitos do cobre
na saúde do ser humano.
Outra causa do progresso é a destinação de mais recursos
nos últimos 30 anos para estudar as causas de contaminação
e seus efeitos. Assim, como a ciência permitiu avanços nas
orientações para a água potável, também houve um enorme
avanço nos padrões para águas superficiais, subterrâneas e
marinhas, para o solo, ar, flora e fauna.
A indústria mundial do cobre, por meio da International Copper
Association (ICA), por outro lado, incrementou fortemente seu
pressuposto de pesquisa sobre os efeitos do cobre na saúde
e no meio ambiente.
A Organização Mundial da Saúde e a Agência
Ambiental dos Estados Unidos
O que ficou claro desde o início, é que é necessário ter uma
sólida posição científica para que se tenha poder de
negociação. Em 1994 havia pouco consenso sobre a
contribuição das tubulações de cobre e em que condições
geravam altas concentrações de cobre na água potável.
Também não havia conhecimento sobre os efeitos
gastrointestinais ou sobre os potenciais efeitos hepáticos.
Estava quase tudo por fazer.
Muito progresso tem ocorrido desde 7 de junho de 1991,
quando a Agência Ambiental dos Estados Unidos (EPA)
publicou no Registro Federal a célebre norma de “cobre e
chumbo”, definindo o cobre como elemento contaminante
de água potável, cujo excesso gerava efeitos gastrointestinais,
tais como náusea, vômitos e inclusive diarreia. Essa decisão,
que culminava em um processo iniciado cinco anos antes
com a modificação da lei da “Água Limpa”, provaria ser de
grande influência para o cobre, não somente nos Estados
Unidos, mas também na Europa e no resto do mundo.
Nesse mesmo ano, um comitê de pesquisadores da
Organização Mundial da Saúde colocava o cobre, pela
primeira vez, em uma lista de elementos que, quando
presentes em água potável, produzem efeitos na saúde.
Essa classificação (publicada em 1993) tinha caráter provisório
devido a falta de evidência científica e colocava o cobre
junto a alguns dos metais mais tóxicos conhecidos, como o
chumbo, o mercúrio, o cádmio e o arsênio. As razões da
OMS eram mais graves que as dadas pela EPA, já que
indicavam que o excesso de cobre na água potável gerava
cirrose hepática em crianças(16) menores de um ano, podendo
inclusive conduzir à morte.
A EPA, assim como a OMS, identificou as tubulações de
cobre instaladas em casas e edifícios como as responsáveis
de gerar altas concentrações de cobre. O Chile, bem como
a indústria mundial do cobre, foi surpreendido por essa
decisão da OMS, que teve um impacto no mercado futuro
e na própria imagem do cobre.
(16) Este mal é a toxicose idiopática de cobre (ICT).
76
As pesquisas que mudaram o Guia da OMS
Após quinze anos do início da era do cobre e saúde, há um
enorme avanço do conhecimento sobre o tema, mas ainda
está longe de se responder a todas as perguntas, como ocorre
normalmente na ciência.
Os marcos mais importantes do progresso gerado desde
então são:
• Em 1996 um painel de peritos do IPCS (Programa
Internacional de Segurança Química, formado pela OMS,
a FAO e a OIT) decidiu que não havia evidência científica
que relacionava o cobre na água potável com danos
hepáticos em crianças pequenas.
O resultado de um processo em que o ferro havia sido
declarado essencial em 1988 e o selênio em 1996 e que as
propriedades e características de todos os elementos da
lista obedecem rigorosos critérios contribuiu de maneira chave
para o governo do Chile, que organizou uma reunião que
culminou com a preparação das bases desta resolução, em
Marbella (Chile) em fevereiro de 2001.
• Essa conclusão foi adotada pela OMS em 1997, o que mudou
a classificação de 1993, utilizando desta vez os efeitos
gastrointestinais como causal, embora este valor fosse de
caráter provisório. Isso indicou que esses efeitos são leves
e inteiramente reversíveis, enquanto que a cirrose hepática
é um efeito grave.
Quando os seres humanos e outros organismos vivos
desenvolvem um déficit de ETE, geram-se efeitos subclínicos
mensuráveis, utilizando-se biomarcadores. Quando o déficit
aumenta, desenvolvem-se efeitos clínicos reconhecíveis.
Quando ultrapassa certos limites, causa a morte. Por outro
lado, quando há excesso e o organismo não pode eliminar
esses elementos, ocorre a toxicidade.
• A União Europeia, por sua vez, mudou seu padrão de água
seguindo os passos da OMS. Dessa forma, o cobre foi
classificado devido aos efeitos gastrointestinais pela EPA,
a União Europeia e a OMS. Essa última ficou à espera
dos estudos gerados pelo Chile e pela ICA para determinar
exatamente o valor de referência para o cobre.
Os ETE são elementos que existem naturalmente na crosta
terrestre e estão nos alimentos e na água, em maior ou
menor escala. Por isso os seres humanos, assim como
outras espécies, ingerem e excretam ETE diariamente. Se a
ingestão é insuficiente, ocorre a deficiência. Em contrapartida,
se é excessiva, desenvolve-se a toxicidade. O organismo
humano tem um mecanismo que permite regular a absorção
de ETE(19). Quando a ingestão é alta, há menor absorção, e o
contrário ocorre quando há déficit de ingestão de ETE.
• Com a nova evidência publicada por cientistas do Chile,
dos Estados Unidos, Irlanda e China, em 2004 a OMS
culminou o novo processo de revisão do Guia da Água
Potável e concluiu que o nível de 2 mg/l de cobre em água
potável (ver tabela 4) não gerava efeitos gastrointestinais.
Fixou-se o guia de cobre neste nível e eliminou o valor de
caráter provisório.
Entre os anos 1996 e 2004, a Organização Mundial da Saúde
realizou uma série de estudos científicos, que concluíram
no novo processo de revisão do Guia da Água Potável, que o
nível de 2 mg/l de cobre em água potável não gerava efeitos
gastrointestinais.
A OMS declarou esses elementos como essenciais, porque
a janela entre deficiência e toxicidade foi mínima em alguns
casos, não sendo possível aplicar fatores de segurança nas
normas ambientais, que são geralmente dez ou mais vezes,
já que isso poderia induzir a deficiência. A figura 13 mostra
no eixo horizontal a concentração de cobre e no eixo vertical o
número de indivíduos afetados pela deficiência ou toxicidade.
Essas curvas são genéricas para todos os elementos
essenciais e a curva de deficiência é usualmente distinta em
forma e alcance da curva de toxicidade.
O cobre, elemento essencial para a vida
O ferro (Bodwell, 1988), o zinco, o cobre, o cromo, o iodo,
o cobalto, o molibdeno e o selênio foram declarados como
oligoelementos essenciais (ETE) pela Organização Mundial
da Saúde em 2002 (Environmental Health Criteria, 2002).
(19) Se denomina homeostasis
77
Copper Connects Life. ™
Outras espécies também ingerem cobre nos alimentos e
na água. As plantas assimilam o metal contido em água do
solo por absorção ativa por meio das raízes. “Organismos
mais simples de vida aquática podem absorver o cobre
e outros metais diretamente da água que os rodeia”
(Torres, 2002).
Modelos de elementos essenciais
Efeitos
Faixa aceitável
de ingestão oral
As tubulações de cobre e seu papel na saúde e no
meio ambiente
Deficiência
Estima-se que cerca de 200 milhões de casas no mundo
têm instalações de tubulações de cobre para o abastecimento
de água potável da rede pública. Isso compreende uma
população estimada de cerca de 700 milhões de pessoas, o
que representa aproximadamente 11% da população mundial.
Toxicidade
Concentração
Figura 13. Curva genérica de deficiência, toxicidade e faixa aceitável
de ingestão oral para um elemento essencial.
Quando a água potável está em contato com a tubulação
de cobre, pequenas quantidades deste metal se liberam
na água. A quantidade que se acumula na água depende do
tempo em que a água está sem circular (estagnação), da
sua composição e da temperatura. As águas “agressivas”
de cobre geram uma maior liberação de metal, o que pode
gerar mau gosto e também efeitos como náusea e vômito,
quando a concentração da alcança quatro ou mais miligramas
por litro.
O Programa Internacional de Segurança Química (IPCS, 1998)
indica que os casos de deficiência de cobre são muito mais
comuns que os casos de toxicidade.
O espaço que existe na figura 13, entre a curva da esquerda
(deficiência) e da direita (toxicidade), é a Faixa Aceitável de
Ingestão Oral (AROI). Há deficiência quando a ingestão diária
é menor que o indicado pela curva da esquerda e há
toxidade quando é maior do que a curva da direita. Por isso
é que a forma segura de estimar a dose máxima de ingestão
deve levar em conta se o elemento é essencial, caso contrário,
se o fator de segurança é muito grande, pode ser introduzido
na zona de deficiência.
O efeito não é tão fácil de avaliar, já que depende da
sensibilidade dos consumidores. Se estão em jejum, aumentase o efeito. Se a água está misturada com sucos, café ou outras
bebidas o efeito é reduzido. O resultado é transitório, durando
de poucos minutos a poucas horas,
sendo que os indivíduos afetados
voltam à normalidade. Em geral
se conhecem os lugares
onde a água pode chegar
a gerar altas concentrações de cobre
na presença de
tubulações
deste metal.
Na próxima seção será discutida a toxidade do cobre. Quanto
à deficiência, em homens adultos, a recomendação de
ingestão mínima de cobre pela OMS é de 0,81 mg/dia
(WHO, 1996), enquanto que a dose máxima segura é de
12 mg/dia. Em mulheres, a dose total é levemente menor,
devido seu peso corporal ser menor, em média. A maior
parte desta dose é ingerida nos alimento, enquanto que
a água potável pode contribuir de 0,05 mg/dia, em caso
de água cristalina transportada em tubulação que não seja de
cobre, até uma média de 0,4 mg/dia, se há tubulação de
cobre instalada em casa.
O conteúdo de cobre nos alimentos varia fortemente, sendo
maior em carne bovina do que em vegetais e frutas. Os mais
altos conteúdos de cobre em alimentos no Chile estão
nas amêndoas, nas nozes, no chocolate, no feijão, na lentilha,
no amendoim e nos camarões (Olivares, 2003).
As maiores patologias causadas pela deficiência de cobre
em animais e em humanos são a anemia, a neutropenia, a
hipopigmentação de cabelo e pele, as malformações ósseas
com fragilidade esquelética e a osteoporose, as anomalias
vasculares e os cabelos torcidos (WHO,1996).
78
Copper Connects Life. ™
Há basicamente dois enfoques regulatórios. Um deles é
encabeçado pelos Estados Unidos e trata a água agressiva
para torná-la menos agressiva e prevenir altas concentrações
de ferro, cobre e chumbo, atingindo importantes êxitos desde
começo da década de 90. Isso gera um custo alto para os
consumidores. O outro enfoque, utilizado pela Alemanha,
proíbe o uso do cobre em tubulações de lugares onde a
água é agressiva. O problema consiste, nesse caso, em
predizer que águas são agressivas, para os quais temos
desenvolvido um complexo modelo preditivo(20), que está
em uso desde o final da década. Até finais dos anos 90,
estimava-se que cerca de 5% do território da Alemanha tinha
água agressiva para o cobre. Muitos países, no entanto, não
possuem nem um e nem outro enfoque, talvez porque os
casos de águas agressivas não sejam abundantes.
Isso representa cerca de 0,1% do uso mundial de cobre
a cada ano. De acordo com os dados do European Copper
Institute, cerca de 90% das águas das casas na Europa
são tratadas em estações de esgoto, enquanto que 11%
se descarregam em águas superficiais. Os metais, incluindo
o cobre, contidos nas águas tratadas, usualmente são
utilizados como fertilizantes em solos que carecem de cobre,
com o objetivo de elevar a produtividade agrícola.
Embora as estatísticas de reclamações dos consumidores
por esse motivo não sejam confiáveis, ano após ano há
registros de dezenas de casos, quase todos provenientes das
mesmas regiões nas quais já haviam registrados casos
previamente. Os fabricantes de tubulações têm desenvolvido
tecnologias para reduzir a liberação de cobre na água
potável, com importantes êxitos nas últimas três décadas.
No entanto, não há ainda uma solução definitiva para esse
tema. A exposição humana a altos níveis de cobre na água
potável não é uma preocupação mundial, como demonstram
diversos estudos.
Tem sido substancial a efetividade das tubulações de cobre
no combate de infecções de preocupação pública tais
como Legionella pneumophila (presente nas tubulações,
tanques e sistemas de refrigeração), methicillin-resistante
Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA),
Escherichia coli O157 (E coli O157); Listeria monocytogenes
e Verocytotoxigenic Escherichia coli (VTEC O157). O cloro e
outros agentes desinfetantes de água potável não são efetivos
na eliminação destas bactérias.
Os benefícios de usar tubulações de cobre na condução da
água são a duração da tubulação, sua confiabilidade, a baixa
necessidade de manutenção e a propriedade bactericida, que
permite que o uso desse metal evite à propagação de bactérias
e vírus que constituem uma séria ameaça à saúde.
A concorrência que existe entre as indústrias de plástico
e cobre no mercado de tubulações, tem gerado numerosos
estudos que sugerem que as tubulações de cobre não são
eficazes em determinadas condições. Isso tem dificultado
que os organismos regulatórios reconheçam os benefícios
de canalizações de cobre como agentes sanitários.
Por outro lado, as emissões de cobre a partir das tubulações
deste metal terminam nas águas superficiais, nos solos e
nos sedimentos, como indica conceitualmente a figura 14.
Estima-se que os 200 milhões de casas e edifícios que
possuem tubulação de cobre emitem cerca de 15 mil
toneladas do metal por ano na água, que vai para estações
de tratamento de esgoto.
(20) O desenvolvimento desse modelo foi financiado pelo ICA e pela CTA do Chile.
80
Concentração de cobre no meio ambiente
Por isso as espécies aquáticas mais sensíveis são estudadas
e se repetem em vários lugares do mundo, embora muitas
vezes se encontram variações genéticas, ainda que leves, entre
as espécies de um lugar e outro.
A tabela 5 mostra algumas das regulamentações mais
importantes do cobre em águas superficiais, subterrâneas,
potáveis, no ar, nos solos e nos sedimentos. Entre todas
estas normas, a única verdadeiramente universal é a regra da
água potável, que foi discutida na seção sobre as tubulações
de cobre. Ela é aplicada praticamente em todo o mundo,
salvo nos Estados Unidos e na China, onde a regra poderia
ser mais ou menos exigente dependendo das medições
realizadas no terreno(21).
Até 2008, muitas nações, incluindo todos os países latinoamericanos, não usavam a norma da EPA e a maior parte
deles aplicava uma regra baseada no cobre total que existe
na água. Demonstra-se, no entanto, que o cobre total(22)
não possui relação alguma com a toxicidade deste metal
para os organismos aquáticos.
Tabela 5 - Algumas normas ambientais para o cobre na água, solo, ar e sedimentos
Águas superficiais (µg/L)
3,0 a >100
A toxicidade do cobre para organismos aquáticos depende de organismos e da composição da água.
Por isso a norma do cobre se regula mediante o Modelo do Ligante Biótico (BLM) nos Estados Unidos.
Águas subterrâneas (µg/L)
2,5
Legislação Federal do Canadá, Soil, Ground Water and Sediment Standars for Use Under Part XV.1
of the Environmental Protection Act, March 9, 2004, http://www.ene.gov.on.ca/envision/gp/4697e.pdf
Águas potáveis (mg/L)
2,0
OMS, Guia Nível recomendado pela OMS, 2004.
Ar em locais de trabalho
(mg/m3)
0,1
Ocupational Safety and Health Administration, OSHA, 2009, Section 6 - VI. Health Effects
Discussion and Determination of Final PEL (Permissible exposure level),
http://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=PREAMBLES&p_id=770
Solo A, nível de background
(mg/kg peso seco)
50
Guias da Holanda para o cobre no solo, Soils and the Environment, S.Ellis and a. Mellor, Routledge,
London, 1995
Solo B, nível para ser
investigado (mg/kg peso seco)
100
Guias da Holanda para o cobre no solo, Soils and the Environment, S.Ellis and a. Mellor, Routledge,
London, 1995
Solo C, valor para tomar
ação (mg/kg peso seco
500
Guias da Holanda para o cobre no solo, Soils and the Environment, S.Ellis and a. Mellor, Routledge,
London, 1995
Solos agrícolas
(mg/kg peso seco)
56
Legislação Federal do Canadá, Soil, Ground Water and Sediment Standards for Use Under Part XV.1
of the Environmental Protection Act, March 9, 2004, http://www.ene.gov.on.ca/envision/gp/4697e.pdf
Todos os outros tipos de
solo (mg/kg peso seco)
85
Legislação Federal do Canadá, Soil, Ground Water and Sediment Standards for Use Under Part XV.1
of the Environmental Protection Act, March 9, 2004, http://www.ene.gov.on.ca/envision/gp/4697e.pdf
Sedimentos
(mg/kg peso seco)
16
Legislação Federal do Canadá, Soil, Ground Water and Sediment Standards for Use Under Part XV.1
of the Environmental Protection Act, March 9, 2004, http://www.ene.gov.on.ca/envision/gp/4697e.pdf
Os outros padrões da tabela 5 não são universais, embora
os padrões de cobre em águas superficiais utilizado pela
Agência Ambiental dos Estados Unidos (EPA) poderiam ser
aplicados universalmente, o que provavelmente acontecerá
no futuro. Esse é um padrão complexo, baseado no princípio
de que apenas uma fração de cobre nas águas superficiais é
biodisponível. As normas de proteção dos organismos
aquáticos são colocadas como destinadas a proteger 95%
das espécies presentes em um determinado local.
Mais adiante será analisado em detalhes o Modelo do Ligante
Biótico, o que levou ao atual regulamento de vários metais
em águas superficiais pela EPA. A mesma prática de cobre
total foi aplicada em praticamente todos os países do mundo
em 2008, para regulamentação de metais em solo e
sedimentos, e por isso o conceito de biodisponibilidade não
se aplicava nestes meios também.
(21) Nos Estados Unidos mede-se a concentração de cobre nas torneiras das casas, abastecidas por uma determinada empresa de água potável, depois de 6 horas de estagnação da água. Posteriormente listam-se
todas as medições de menor a maior concentração. A casa em que a medição foi maior, pode ser superior a 1,2, até 2 mg/L. A norma indica que a casa que está 90% maior não deve exceder 1,3 mg/L. Se exceder
esse valor, a empresa de água potável responsável pelo abastecimento deve tomar as medidas para que a água abastecida seja menos agressiva ao cobre, e também a outros metais, como o ferro e o chumbo.
(22) Que é igual ao cobre dissolvido mais o cobre em partículas.
81
Copper Connects Life. ™
Isso resultou nos padrões de solo e sedimentos altamente
variáveis no mundo, uma vez que dependem da composição
dos solos e sedimentos, que é obviamente mutável
dependendo da geologia do lugar. Observa-se na tabela 5
que o Canadá aplicava em 2007 um padrão para sedimentos
de 16 mg/kg peso seco ao cobre, sendo que a composição
média da crosta terrestre em cobre é considerada como
68 mg/kg peso seco.
Linha base natural e contribuição antropogênica
A linha base de um elemento ou composto químico, em um
dos componentes do meio ambiente (por exemplo, no ar ou
na água) se refere a uma medida tomada em um momento,
geralmente antes da intervenção do lugar, por uma atividade
industrial ou outra. Considerando a evidência das geleiras
(Suminn Hong, 1996) é possível que não fiquem livres da
influência do homem no mundo. Por isso, adota-se como
referência lugares que são primitivos e que apresentem pouca
evidência de intervenção. As medições realizadas nestes
lugares se denominaram linha base ou “background”.
O cobre não é regulamentado no ar, salvo em locais de
trabalho, em que a exposição pode ser superior às
concentrações encontradas no ambiente. O padrão de 0,1
mg/m3 de cobre para o ar foi estabelecido pela OSHA(23)
e está baseado em estudos de toxicidade da fumaça de
solda elétrica e de oxiacetileno de ácido inoxidável, cádmio,
cobre, níquel e cromo.
A figura 14 mostra a circulação do cobre antropogênico,
ou seja, o cobre emitido no ambiente por atividades
humanas. Observa-se que o metal emitido provém de dois
tipos de fontes. O primeiro tipo tem origem nas atividades
industriais, nas minas de cobre e de outros metais(24), na
produção de energia e em outras atividades. O segundo está
nos produtos de cobre tais como tubulação, cabos elétricos
sem capa, telhas, fertilizantes, pinturas, pastilhas de freio,
automóveis e telefones celulares, entre outros.
Os fumos de soldagem consistem em óxidos metálicos
causados pelo aquecimento do metal no ar. A exposição a
esses fumos podem produzir uma variedade de distúrbios,
especificamente, “febre de fumo de solda”, manifestação
com sintomas de gripe, incluindo tosse, dor muscular e
nas articulações, febre e calafrios. O efeito é reversível em um
período de um a dois dias.
Figura 14. Fluxo de cobre
no ambiente (CdM 19)
(23) Occupational Safety and Health Administration dos Estados Unidos.
(24) As minas de outros metais e materiais também contêm cobre, mas em concentrações menores que os depósitos de cobre.
82
Os estudos mostram que quando o solo se carrega de
cobre, retém uma parte do metal, enquanto que o resto acaba
em águas subterrâneas, curso de águas superficiais, plantas
e animais. O cobre que permanece no solo geralmente não é
dissolvido, e por isso não é lavado.
começaram a desenvolver um modelo que descreve o destino
do cobre e de outros metais no ambiente. Esse modelo se
denomina Modelo Unitário do Mundo (Unit World Model, 2008).
Normalmente apenas uma fração de metal é biodisponível(25),
ou seja, não é absorvido por plantas e pela flora em geral.
Assim, a concentração total de cobre e de outros metais
no solo não é um bom indicador de toxicidade nem de
biodisponibilidade. O solo acumula metal, mas a concentração
de cobre residual depende da composição do solo, e se
esta composição possibilitar a dissolução de metais, o
acúmulo pode ser nulo. Um solo que acumula muito metal
pode indicar que este não é solúvel e seguro para as espécies
da fauna e da flora.
A tabela 5 apresenta concentrações médias de cobre na
Europa. É importante estabelecer que essas concentrações não
representam todo o continente europeu, mas um número de
medições realizadas em diversos lugares. Imediatamente se
observa que a concentração de cobre no ar é muito pequena,
sendo uma fração de nanograma(28) por metro cúbico.
A concentração de cobre no meio ambiente
A concentração em águas superficiais(29) é de 3,1 micrograma
por litro, ou seja, dez vezes menor que a concentração média
de água potável quando não há tubulações de cobre, e cem
vezes menor que a concentração de cobre na saída de casas
com tubulações de cobre. Esta concentração medida em
sedimentos é quase igual à concentração de cobre estimada
na crosta terrestre.
Se nem todo cobre permanece no solo, onde vai parar o cobre
que entra no ambiente? Qual é seu destino final? Certamente
não é o ar, já que todo o cobre que está no ar(26) tende a se
precipitar em algum momento, seja no solo, no curso da água
A concentração de cobre em solos agrícolas medidos é
25% mais alta que em solos naturais, devido aos adubos
adicionados para tornar o solo agrícola mais produtivo. E os
solos medidos em zonas industriais contêm pouco mais que
o dobro de cobre dos solos naturais. O cobre foi medido em
solos jusantes das áreas de mineração e se verificou que
a concentração desse metal pode superar dez ou mais vezes a
concentração de cobre de “áreas naturais”. Isso é devido a
resíduos minerais e a zonas que se exploraram no passado, que
incorporam o cobre quando entram em contato com a água de
chuvas e degelo. Nestes casos, verificou-se que a contribuição
do metal ocorre principalmente como cobre insolúvel, que não
reage com o meio ambiente (Ginocchio, 2002).
ou no oceano. Por outro lado, o cobre permanece na água
somente se for solúvel, desde que não reaja com os
sedimentos.
Muitas das minas de cobre que podem gerar incorporação
do metal aos cursos da água têm estações de tratamento
nas quais se recupera o cobre que foi incorporado. Esse é o
caso das minas de El Teniente (Codelco Chile) e de Los
Bronces (propriedade anglo-americana). Ambos os depósitos
estão localizados na cordilheira na região central do Chile,
onde existe abundância de chuva e degelo durante o ano.
Em outros casos, as minas estão localizadas no deserto
e sua vulnerabilidade ambiental consiste mais na escassez de
água do que no excesso.
Demonstra-se que quando os sedimentos contêm sulfato de
ferro(27), o cobre solúvel em água se modifica mediante um
processo eletroquímico natural com o metal, ficando o ferro
como metal solúvel em água, enquanto que o cobre fica
“apanhado” como sulfato de cobre no sedimento. Por outro
lado, o cobre em partículas tende a sedimentar em longo
prazo. Em suma, o destino final do cobre são os sedimentos
de curso d’água, assim como os sedimentos marinhos. Pouco
depois de 2000, pesquisadores dos Estados Unidos
(25) A fração biodisponível deve estar dissolvida, portanto o cobre insolúvel não está disponível. Outra forma de explicar esse fenômeno é que a absorção de metais por parte da flora se dá mediante a água que contém
materiais dissolvidos. Sem água não há absorção, e tampouco há a flora.
(26) O cobre levantado do solo chega ao ar por ação do vento, da poeira cósmica e outras fontes indicada na figura 2, na página 62.
(27) Esse tipo de sedimento é bastante comum no fundo do mar e nos cursos de águas continentais.
(28) Um nanograma é um milionésimo de miligrama. Um miligrama é um milésimo de grama.
(29) Rios e lagos.
83
Copper Connects Life. ™
Produtos
Concentrações de cobre no meio ambiente
Ar rural (n/m
3 ) 30
Água superficial (dissolvida) (µg/L)
Emissões em 2004 (ton. / ano)
< 10
3,1
Água potável que não passou por tubulações
de cobre (µg /L) 31
Sedimentos (mg/kg peso seco)
64,1
Construções (externas)
Solo agrícola ((mg/kg peso seco)
34,9
Radiadores automotivos
27,4
Fio de contato de trem
Solo natural (mg/kg peso seco)
17.520 que distribuem:
1.930 ➔ águas superficiais
15.590 ➔ instalações de esgoto
(lodo) ➔ fertilizante
Tubulações de água
29
6.888 ➔ água
32
33
235 ➔ água
588 ➔ ar ➔ solo
34
Substâncias químicas para
proteção de plantas 35
8.719 ➔ solo
Tabela 5. Concentrações de cobre no meio ambiente na Europa,
medidas por encomenda do European Copper Institute (2004).
Alimentos para animais
3.007 ➔ solo
Fonte: European Copper Institute (CdM19).
Pastilhas de freios
Solo industrial (mg/kg peso seco)
49 - 72,5
36
2.285 ➔ ar ➔ solo
37
Conservantes de madeira
Emissões a partir de produtos de cobre
Pinturas
A tabela 6 mostra uma estimativa das emissões de produtos
de cobre, realizada a partir das informações obtidas pelo
European Copper Institute em 2004, para a Europa e pela
Agência Ambiental dos Estados Unidos em 1984. Os valores
europeus do ECI, assim como os valores da USEPA, são
extrapolados para o mundo.
Total de emissões a partir
de produtos (toneladas)
Percentual de emissões a
partir de produtos de cobre
quanto ao uso de cobre
em 2004 no mundo
38
101 ➔ ar – água – solo
487 ➔ ar – água – solo
39.830
0,24
Tabela 6. Emissões geradas a partir de produtos de cobre e destino
mais provável dessas emissões.
Cerca de 90% das emissões de cobre das águas de uso
doméstico são tratadas em estações de tratamento de
esgotos, precipitando os metais no iodo, e posteriormente
são vendidas como fertilizantes para solos. Assim, os cerca
de 10% restante vão diretamente ao meio ambiente.
Fonte Estimativas do Centro de Minería, PUC, Santiago, Chile, 2009 (CdM20)
Se essa emissão for comparada com o total de cobre em
uso no mundo, que foi cerca de 210 milhões de toneladas
no final do século XX (ver tabela 2), as emissões a partir de
produtos são 0,02% ao ano.
Como referência, o total de cobre emitido pelos seres humanos
no mundo, tanto na urina como nas fezes, são da ordem de
4 mil toneladas anuais (CdM21), considerando que cada pessoa
ingere e excreta 1,5 e 2,0 mg/dia de cobre. Deve-se estimar
que as emissões de cobre geradas por animais, pássaros e
outros seres vivos excedem largamente aquela dos seres
humanos. Como indica a tabela 6, as emissões de produtos
de cobre têm representado 0,24% sobre a utilização total de
cobre no ano 2004.
O Modelo de Ligante Biótico
O Modelo de Ligante Biótico indica que os metais dissolvidos
em água tendem a se associar com outros compostos
químicos, denominados ligantes químicos. Essa associação
ocorre rapidamente quando o metal ingressa na água. Uma
vez que o metal está associado, deixa de estar livre para
“se associar” com os órgãos respiratórios das espécies
aquáticas(39). Esses órgãos, denominados brânquias nos
peixes, constituem o ligante biótico (Paul Paquin, 2002).
30) Holgate S., Samet J, Koren H., Maynard R., Air Pollution and Health, Academic Press, 1999, NY, USA.
(31) Lagos et al., 1999.
(32) Refere-se a telhas e outros tipos de superfícies em edifícios e construções.
(33) A emissão do radiador ocorre devido a água que entra em contato com o cobre no interior do radiador.
(34) Esses são os conectores expostos que proporcionam eletricidade aos trens.
(35) Geralmente se trata de sulfato de cobre adicionado a solos para suprir a deficiência natural do solo, aumentando sua produtividade agrícola.
(36) O sulfato de cobre é fornecido em alimentos para animais, especialmente suíno.
(37) As pastilhas são os artefatos que pressionam o disco do automóvel para que este freie, gerando poeira de cobre, que é emitida ao ar, mas posteriormente precipitada, chegando a cursos da água e ao solo.
(38) Substâncias químicas que contêm cobre e que permitem uma maior preservação da madeira.
(39) Esses órgãos cumprem funções similares as renais em mamíferos.
84
O conceito desse modelo surgiu na segunda
metade da década de 90, junto a um grupo de
cientistas nos Estados Unidos, impulsionados
fortemente pela International Copper Association
(ICA), particularmente por seu diretor-científico,
dr. Christopher Lee.
Naquela época não se esperava que essa
teoria fosse a norma regulatória da EPA para o
cobre e muitos outros metais, o que veio a
acontecer somente dez anos depois. O BLM
é o resultado dos avanços na química, na
fisiologia e na toxicologia e compreende um
amplo grupo de pessoas que contribuíram
para desenvolver esse modelo. A teoria que
tornou possível a expansão do BLM era
conhecida desde décadas anteriores, embora a
fisiologia dos organismos aquáticos progrediu
em décadas recentes, assim como os
instrumentos para medir concentrações de
metal em níveis de parte por bilhão ou trilhão.
A figura 15 indica, como exemplo, que o
Figura 15. As interações entre os metais, outros compostos da água e o ligante biótioco.
metal M se associa ou se “liga” com o carbono (Figura obtida na International Copper Association)
orgânico dissolvido (DOC), com os íons
hidróxidos (OH), carbonato (CO3) e com o cloreto
(Cl). O cobre liberado é bastante baixo em relação ao
O cádmio e o zinco, íons bivalentes, perturbam o metabolismo
cobre dissolvido que entrou em solução. É este cobre
do cálcio, também bivalente. O chumbo e o mercúrio, íons
livre, chamado de íons metálicos livres, que pode entrar
bivalentes, atravessam as brânquias e atuam toxicamente
em contato com a brânquia ou o ligante biótico, gerando
sobre a fisiologia dos peixes. Por isso o cobre é menos tóxico
danos tóxicos. O cálcio e o sódio livres competem com
para espécies aquáticas em águas que contêm cálcio, sódio,
metais livres para se associar com o ligante biótico, mas
carbono orgânico dissolvido, carbonato, cloruro, hidróxidos
ao contrário dos metais, estes íons contribuem para dar vida
e outros ânions. A capacidade do cobre para se associar
ao ligante.
com outros compostos químicos na água está fortemente
determinada pelo pH ou acidez e também pela temperatura.
A toxicidade(40) de metais para organismos aquáticos em água
é definida como a concentração crítica de íons metálicos
Não é surpreendente descobrir que quando o cobre dissolvido
livres na superfície do ligante biótico. Trata-se de toxicidade
em água com estas características (por exemplo, de 30 ou
aguda, porque a exposição ocorre durante curtos períodos
40 µg/L), o cobre que contribui com a toxicidade é apenas de
de exposição (CdM22).
1 a 5%. O cobre livre é chamado de cobre biodisponível,
enquanto o resto do cobre é “capturado”.
A evidência mostra que esta toxicidade em peixes de água
doce produz danos morfológicos às brânquias, levando à
No caso de um ligante orgânico ou inorgânico com metal
asfixia e a um aumento da absorção e perda de íons, como o
entrar em contato com a brânquia de um organismo aquático,
cálcio e o sódio nos organismos. O cobre e a prata atuam
o que é “visto” não é o metal, mas seu envoltório, ou seja,
como metais monovalentes nas brânquias, e, portanto, afetam
o composto orgânico ou inorgânico, que não é tóxico. A figura
o transporte do sódio monovalente de e para a espécie.
16 mostra a distribuição do cobre na água.
(40) Nesse caso, a toxicidade significa a mortalidade do organismo aquático.
85
Copper Connects Life. ™
O BLM se aplica às águas superficiais e subterrâneas, mas se
desenvolve um BLM marinho e de estuários, já que o princípio
de associação e toxicidade dos metais é o mesmo. A diferença
entre ter o BLM e não tê-lo é que com esse modelo as regras
de metais com relação a organismos aquáticos podem ser
universais, enquanto que sem o modelo é necessário medir a
toxicidade para cada espécie em cada lugar, cada vez que há
uma questão em relação à ação dos metais.
Cobre dissolvido
Cutotal = Cuparticulado+ Culigantes inorgânicos + Cu ligantes orgânicos+ Culivre
Figura 16. Relação entre concentração de cobre total e fração
dissolvida e em partículas.
O T-BLM
O T-BLM é o modelo de ligante biótico terrestre, que se
encontra em desenvolvimento. A toxicidade do solo para
plantas e outros organismos terrestres ocorre por meio da
água. Se não houvesse água no solo, os metais depositados
seriam inofensivos, a menos que fossem ingeridos por um
animal ou por humanos. O T-BLM é consideravelmente mais
complexo que o BLM para organismos aquáticos, uma vez
que incorpora a composição dos solos, que é extremamente
variável, dependendo da geologia e da geoquímica.
O cobre particulado é aquele que não passa por um filtro com
abertura de 0,45 mícrons(41) de diâmetro, enquanto que o metal
dissolvido é o que passa por esse filtro. O metal livre é a parte
do metal dissolvida, mas não basta medir o metal dissolvido
para conhecer a sua toxicidade para os organismos aquáticos.
Chama a atenção que o padrão de cobre na água potável
seja 2 mg/l e que em alguns casos o padrão de cobre para
organismos aquáticos seja mil vezes menor. Por que o cobre
é tão mais tóxico para os organismos aquáticos do que para
os seres humanos?
O conhecimento dos tipos de solos
existentes no mundo, assim como a
compreensão de suas propriedades
químicas e físicas, foi necessário
para a elaboração do T-BLM. Os
metais encontrados no solo devem
ser transferidos para o meio aquoso,
onde se comportariam igual ao
descrito para a água.
A resposta é conceitualmente simples: porque o mecanismo
é diferente. A toxicidade do cobre na água potável está
relacionada com o efeito que ocorre no estômago, enquanto
o efeito dos íons livres na água entra em contato com os
órgãos respiratórios dos organismos aquáticos, que é muito
mais sensível que o estômago. A toxicidade por ingestão de
metais dos organismos aquáticos também é muito menor que
em seus organismos respiratórios.
Embora as raízes das plantas tenham funções distintas das
brânquias, elas constituiriam a superfície de contato em que
a toxicidade de metais seria mais importante. Existe uma
variedade de mecanismos de transferência do solo à água, o
que depende não somente da composição do solo e da
água, mas da velocidade de transferência.
Em suma, a existência do BLM permite estimar a toxicidade
de vários metais para organismos aquáticos, em particular
do cobre, conhecendo somente o pH, a temperatura, e as
concentrações de cálcio, magnésio, carbonato, hidróxido,
cloruro e matéria orgânica dissolvida. O cálculo que se realiza
primeiro, de natureza termodinâmica, estima a quantidade de
cobre livre na água. Posteriormente, há uma base de dados
com a toxicidade do cobre e outros metais para diversos
organismos aquáticos.
Enquanto na água as reações químicas são geralmente velozes,
atingindo um rápido equilíbrio, as reações de migração,
difusão, dessorção e outros mecanismos de transferência
dos metais na água são muito mais lentos. Dependendo
do tipo de solo e da água que estiver presente, o metal
pode ficar preso no solo por tempo indeterminado, enquanto
que em outras ocasiões, o metal pode ser transferido para
água. É possível que o T-BLM adquira no futuro, após o
desenvolvimento científico, um papel tão significativo como
o BLM aquático.
O que é feito é identificar o organismo que está presente
e buscar na tabela sua toxidade(42) para o cobre. Se essa
concentração, calculada por um computador, é maior que a
concentração de cobre medido no corpo de água (rio, lago,
etc), então a espécie está protegida. Se a concentração medida
é maior que a calculada pelo BLM, então há toxicidade para
essa espécie.
(41) Um mícron é um milionésimo de metro
(42) Obtém-se uma concentração de cobre que representa a concentração letal 50 (e também outras concentrações letais), o que significa que com essa concentração de cobre, 50% destes organismos morrem em um
período determinado.
86
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87
Copper Connects Life. ™
A tecnologia em
novas aplicações
do Cobre
Extraído do Guia de Inovação Tecnológica de Aplicação do Cobre
International Copper Association (ICA)
Neste Guia de Inovação, a indústria do cobre fornece uma
linha base para os esforços de desenvolvimento de novas
aplicações do cobre. Esforços posteriores podem gerar
caminhos mais diretos e eficazes para atingir o êxito em
mercados específicos. A cooperação em pesquisa entre os
pesquisadores da ciência dos materiais, metalurgia e
processamento de materiais, engenheiros de projeto e
aplicação, fabricantes e o governo pode gerar a energia e
ímpeto necessários para conduzir o cobre e suas indústrias
nessas direções.
Quando a indústria olhar para o futuro, o êxito deste Guia de
Inovação poderá ser medido tanto pelo número e alcance
dos projetos de I&D realizados em cooperação, como pelos
seus benefícios somados. Entre os benefícios complementares,
igualmente importantes, estará a melhoria na percepção do
cobre como um material tecnicamente avançado, ecológico
e conectado com a vida.
Este Guia de Inovação foi desenvolvido por meio do
conhecimento coletivo dos produtores de cobre e fabricantes,
das indústrias que utilizam o metal, das universidades, dos
laboratórios governamentais, dos empresários e dos
tecnólogos independentes, com a expectativa que de a
indústria use esse conhecimento para guiar seu futuro.
O cobre tem um notável recorde ininterrupto como parte
integral da vida e da civilização humana. É um metal que
ajudou a impulsionar a Revolução Industrial, tem sido
insubstituível no avanço das tecnologias de informação e
comunicação, tem ajudado a proporcionar água potável
limpa e inócua para milhares de famílias e tem contribuído
com a redução de infecções microbianas. As propriedades
fundamentais do cobre têm permitido satisfazer as
necessidades da sociedade ao longo da história, e são
essas as características que a indústria deve continuar
investigando com a finalidade de descobrir novas maneiras
em que o cobre possa motivar a inovação.
Introdução
À medida que a indústria continua avançando, deve
trabalhar junto com seus parceiros para analisar as formas
em que as vantagens intrínsecas do cobre podem ajudar o
progresso da sociedade no futuro. Em alguns casos, o êxito
virá por meio do desenvolvimento de novos materiais (ligas
e compostos) e em formas melhores e mais rentáveis para
produzir e processar estes materiais. As indústrias de
conectores elétricos e de arranjos (packaging) eletrônicos
são dois exemplos, entre muitos, em que esse enfoque é
utilizado de forma rotineira.
A indústria de cobre continua um processo que se iniciou
há vários anos: traçar diretrizes para um crescimento
sustentável e responsável na utilização do cobre nas
décadas futuras. O primeiro esforço da indústria foi o Guia
de Inovação Tecnológica do Cobre (Copper Technology
Roadmap, 2004), voltado para mineração e extração, que
enfocou a forma como aquelas tecnologias mudaram (ou
poderiam induzir mudanças) e como elas interagem com
uma variedade de forças condutoras, sejam elas
tecnológicas, sociais, econômicas, políticas e industriais.
Existem também situações que incentivam a melhoria da
maneira na qual o cobre é utilizado ou fabricado. O sucesso
no desenvolvimento de um processo de fundição (die casting)
de cobre a menores custos, patrocinado pela International
Copper Association (ICA), é um bom exemplo de I&D em
cooperação na indústria de cobre (anexo A).
O desenvolvimento do Guia de Inovação “primário” foi guiado
pela AMIRA International, associação de pesquisa mineira
da indústria. Embora seja cedo para identificar alguns “eventos
eureka” específicos, as publicações técnicas relatam
melhorias contínuas em áreas como sistemas de controle,
utilização da água, robótica e automação, local de exploração
e processamento – todos identificados como prioridades de
investigação na publicação do ano de 2004.
Por último, há desenvolvimentos que são necessários
para neutralizar um substituto em potencial, para combater a
troca de materiais alternativos. No entanto, esses problemas
podem ser superados pela inovação que utiliza adequadamente
os muitos atributos do cobre.
O campo visual da indústria tem expandido. O Guia de
Inovação Tecnológica de Aplicações do Cobre tem a intenção
de ir além das minas, fábricas, fundições e refinarias dos
fabricantes, processadores e em disciplinas específicas
e industriais, bem como aplicações específicas (figura 1.1).
O objetivo aqui é identificar as áreas nas quais a investigação
e o desenvolvimento tecnológico levarão, a um elevado grau
de probabilidade, a um impacto significativo no valor do cobre
em mercados em elaboração e emergentes.
Vantagens intrínsecas do cobre
Nenhum outro metal, sozinho ou em forma de ligas, oferece
de maneira tão efetiva a quantidade e amplitude de
propriedades úteis como o cobre. As mais importantes
são as altas condutividades térmica e elétrica, a resistência
91
Copper Connects Life. ™
à corrosão, a eficácia antimicrobiana, a facilidade de
fabricação, a versatilidade de formar ligas e sua aparência
estética agradável.
Tendências e desafios no uso do cobre
Descrevemos as tendências que afetam o uso do cobre, junto
com algumas das propriedades relevantes para esses temas.
O anexo D fornece informações sobre as tendências gerais
do uso do cobre.
O progresso tecnológico das próximas décadas dependerá
fortemente dos materiais avançados: metais, ligas, compostos
e de outras estruturas, muitas das quais podem conter
cobre. Esses materiais não somente terão que funcionar
bem, como também podem ter um impacto positivo, ou ao
menos sem influências negativas, em áreas como a
saúde, eficiência energética, sustentabilidade e padrão de vida.
O cobre e os materiais baseados em cobre cumprem
plenamente com esses critérios. O anexo C traz informações
sobre as propriedades úteis do cobre e anexo C sobre o
papel do cobre na satisfação das necessidades da sociedade.
• Redução dos custos de processamento – Para serem
competitivos, os fabricantes devem continuar reduzindo
seus custos de fabricação e manter a alta qualidade de
seus produtos. O cobre é rotineiramente processado por
métodos comuns de fabricação e está disponível em
várias formas e ligas que permitem uma produção eficiente.
O cobre é adaptável também a técnicas de processamento
de conformação tipo “net shape” e é possível semifabricar
alguns produtos de cobre usando a etapa de
eletrodeposição, utilizada na produção de cátodos de
cobre. A indústria de cobre deve continuar elevando o
nível de sofisticação na fabricação e nas tecnologias de
processamento de materiais que permitam fabricar
produtos confiáveis, de alta qualidade, de maneira eficiente
a baixo custo.
Do cátodo ao produto acabado: engenharia de
projeto e desenvolvimento de
produtos/processos
Os cátodos de cobre e o cobre reciclado são os materiais
básicos para iniciar as aplicações “corrente abaixo”. As
companhias de cobre semimanufaturado processam esses
materiais, muitas vezes com elementos para ligas, para
produzir uma forma intermediária com propriedades
adequadas para a fabricação e produtos acabados. Estes
materiais de cobre com valor agregado são usados para
fabricar com precisão o produto acabado. Os especialistas
em empresas de materiais de cobre semimanufaturados, os
engenheiros e seus clientes interagem com o projeto de
engenharia e os processos de desenvolvimento para
assegurar que a composição e a pureza das ligas de cobre
obtenham a funcionalidade e desempenho desejados na
aplicação final.
• Maximização do valor agregado no uso do cobre – Os
fabricantes geralmente buscam utilizar a menor quantidade
de material compatível com a ótima funcionalidade.
Melhorias nas análises, métodos de projeto e simulações
de processo permitem que os materiais sejam usados
somente onde são necessários. Nas aplicações de
cobre que existem no mercado, há a possibilidade de
se usar menos metal, mantendo ou melhorando o
desempenho do produto. Além disso, o valor do cobre
pode ser melhorado por meio da utilização de outros
materiais em forma conjunta e do processo de seleção,
no qual a indústria de cobre fornece suporte técnico
e novas ligas específicas da indústria em geral. Por exemplo,
o número crescente de aplicações elétricas requer novas
ligas porque outras propriedades, tais como a força
mecânica, são necessárias em combinação com a
condutividade. O mesmo conceito é útil para as aplicações
em aquicultura, na qual é preciso uma grande força
mecânica em combinação com resistência a corrosão e
as incrustrações.
A indústria de cobre, utilizando seus próprios representantes
e os 29 centros de cobre distribuídos ao redor do mundo,
oferece aos usuários um alto nível de apoio para auxiliá-los
na escolha da solução mais eficaz em termos de materiais
de cobre. O capítulo 2.1 fornece detalhes adicionais sobre
os temas-chave, oportunidades e diretrizes recomendadas para
o cobre que respaldam no futuro a colaboração técnica com os
engenheiros de processos e produtos.
• Aumento da pressão competitiva de outros materiais – Os
metais, compostos, polímeros, sistemas multicamadas e
outros materiais alternativos têm desafiado muito os
mercados tradicionais do cobre. Ainda assim o cobre,
com sua combinação única de propriedades úteis,
92
Figura 1.1 Cadeia de valores da indústria de cobre
frequentemente oferece potenciais melhorias sistêmicas
e/ou econômicas que não se obtêm com outros materiais.
Neste caso, o desafio dos engenheiros é fazer um uso
mais eficiente de um material inerentemente melhor.
Embora a influência dos altos custos do cobre não pode
ser negada, o cobre historicamente tem encontrado
aplicações nas quais é o único adequado, eliminando com
sucesso este sensível tema – custos – na decisão de compra.
Guia de Inovação –
Produtores “Primários”
• Mudança nos regulamentos, códigos e normas – As
questões de eficiência energética e sustentabilidade foram
rapidamente colocadas nas agendas das políticas de
negócios e dos governos. Cada dia mais cresce a
percepção de que o cobre é eficiente nas aplicações
energéticas, é infinitamente reciclável e biologicamente
essencial. Como resultado, o metal tem mantido sua
posição com sucesso.
Guia de Inovação –
Produtores “Secundários”
• Garantia do desempenho dos produtos elaborados com
cobre – A simulação computacional está sendo cada dia
mais aplicada para predizer e validar o desempenho do
cobre em novas aplicações. Poucos sistemas metálicos
são tão bem compreendidos (ou tão intensamente) como a
família do cobre e suas ligas. A grande maioria das
publicações técnicas sobre o cobre está disponível
on-line gratuitamente e é apoiada por mais de duas
dezenas de organizações regionais e nacionais de
desenvolvimento do cobre.
• Aumento no uso de materiais complementares
elaborados - O cobre raramente é aplicado sozinho. É usado
mais frequentemente em combinação com outros materiais
elaborados para projetar um sistema sob medida para
as propriedades finais, de acordo com as necessidades
de uma aplicação específica. Os materiais complementares
podem, por exemplo, proporcionar capas mais finas de
isolamento elétrico, proteção contra a manipulação brusca
e corrosão e muitas outras qualidades desejáveis.
Produtos
acabados
• Projeto para recuperação e reutilização – Projetos que
promovam a reciclagem preservarão o valor do cobre, uma
vez que beneficiarão o meio ambiente. O cobre está entre
os metais que mais é reciclado eficientemente no comércio
global. É 100% reciclável sem nenhuma perda em seu
desempenho; 34% da demanda global de cobre é satisfeita
com cobre reciclado. Quando o custo do ciclo de vida
total é analisado, sua maior eficiência energética e de
reciclagem fazem do cobre uma alternativa atrativa em
aplicações relacionadas à energia.
93
Copper Connects Life. ™
razoável (em torno de cinco anos), contado a partir do início
do projeto. Cumprir esse critério não é inerentemente
difícil, mas exige que as atividades sejam criteriosamente
escolhidas, cuidadosamente planejadas, bem organizadas
e rigorosamente geridas.
• As atividades prioritárias devem reforçar a percepção
positiva do cobre no meio ambiente e na sociedade, quando
for importante. O cobre é essencial para a saúde, seu uso
promove eficiência energética e reciclagem, sendo quase
insuperável entre todos os materiais elaborados.
Prioridades do
Guia de
Inovação
A incerteza nos mercados, os regulamentos, os avanços
tecnológicos e concorrência exigem que a indústria do cobre
mantenha uma carteira de pesquisa sólida, que possa
responder de forme eficaz a uma variedade de possíveis
cenários futuros. É difícil prever a importância de cada
mercado ao longo do tempo. O que parece importante
hoje em dia pode mudar com as transformações de temas
fundamentais que afetam o uso do cobre. À medida que a
indústria desenvolva as oportunidades contidas neste Guia
de Inovação, ele deve ser revisado, avaliado e ajustado ao
mix de projetos que conduzirão ao êxito no futuro.
O Guia de Inovação, em combinação com outras iniciativas,
orienta programas de I&D em conjunto e pré-competitivos,
que beneficiem a indústria do cobre e a sociedade. A indústria
favorece esse enfoque de cooperação, ao invés de
concorrência, uma vez que os custos são distribuídos entre
as partes que esperam obter benefícios e uma vasta gama
de conhecimentos disponíveis aos participantes dos projetos.
Os seguintes critérios gerais de seleção de atividades
prioritárias foram estabelecidos pelas associações da indústria
de cobre, os produtores de bens semimanufaturados e
manufaturados e os fabricantes de produtos acabados:
Classificação das oportunidades priorizadas
As oportunidades priorizadas descritas no Guia de Inovação
estão agrupadas em três grandes classificações: Aplicações
transversais, aplicações existentes/em elaboração e aplicações
emergentes.
As aplicações transversais apoiam o projeto de engenharia
e o desenvolvimento de produtos/processos para avançar
com um ou mais usos do cobre. O objetivo é melhorar os
processos de produção intermediários para atingir o valor
máximo do produto final. Por exemplo, o aperfeiçoamento do
modelo semissólido das ligas de cobre melhora a habilidade do
fabricante para produzir componentes de alta resistência e de
formas complexas, a menores custos e com menor impacto.
• As atividades prioritárias devem resultar em um impacto
positivo e significativo na utilização do cobre e os resultados
dos esforços de I&D devem mostrar inovação ou melhorias
substanciais nas tecnologias respectivas ou mercados
setoriais. Por exemplo, embora o mercado de distribuição
de água (tubo de canalização e etc) represente uma
significativa aplicação de cobre, correspondendo a 13%
do consumo, hoje em dia não é considerada uma área
prioritária para I&D. Isso ocorre porque há um crescente uso
de materiais alternativos, e as condições do mercado
sugerem que a inovação tecnológica não é a chave para
sustentar o uso de cobre na aplicação de distribuição de
água. Contudo, o I&D na área da energia é importante e
necessário, sendo que o cobre é um metal estrategicamente
importante, com um grande potencial de crescimento em
sistemas de energias renováveis e em propulsão automotriz.
As aplicações existentes / em elaboração mantêm ou
expandem os usos atuais do cobre em grande escala.
Elas são caracterizadas por pressão do custo, concorrência
entre materiais e restrições de projeto (por exemplo,
miniaturização), que podem influenciar o uso do cobre
nessas aplicações. O objetivo é aumentar a participação
do mercado por meio do desenvolvimento de novos produtos
de cobre ou produtos melhorados, reforçando a posição do
cobre. Um exemplo útil deste enfoque é o desenvolvimento
dos dispositivos de transferência de calor melhorada à base
no cobre.
• As atividades prioritárias devem ter uma alta probabilidade
de aplicação comercial dentro de um período de tempo
95
Copper Connects Life. ™
As aplicações emergentes abrem mercados totalmente
novos para o cobre e ampliam seu uso. O enfoque aqui está
na aplicação criativa das propriedades do cobre para
resolver novos problemas tecnológicos. Um exemplo nesta
categoria é a exploração da eficácia antimicrobiana do cobre
para superfícies de contato. Há uma quantidade considerável
de pesquisas nesta área, embora ainda existam alguns
aspectos fundamentais pendentes, como trabalho em
Figura 2.1.
Prioridades de
pesquisa ao longo
da cadeia de valor.
transferência de tecnologia, bem como o desenvolvimento
/promoção de mercado.
A seguir detalhes adicionais sobre as aplicações listadas
na figura 2.1. Os resumos são gerais, incluem poucos
exemplos específicos, com o propósito de promover uma
discussão entre os potenciais colaboradores de novas ideias
para a inovação do cobre.
Cátodos acabados
Guia de Inovação Tecnológica do
Cobre – Uso Primário (2004).
Guia de Inovação Tecnológica do
Cobre (2007)
Propriedades fundamentais do cobre
• Condutividade eletrônica
• Condutividade térmica
• Formabilidade
• Resistência à corrosão
• Efeito antimicrobiano
• Cor / aparência estética
• Habilidade de liga
Aplicações
existentes /
em elaboração
Aplicações
emergentes
Transmissão de
ernergia elétrica
Transmissão de
dados / sinais
Fiação
automotiva
Propulsão
elétrica
Desenvolvimento
de produtos e
processos
Projeto de
engenharia
Energia
renovável
Componentes de sistema e
produtos acabados elaborados /
manufaturados
Sistemas de
motores
Tendências e desafios
• Redução de custos
de processamento
• Maximização do
valor agregado do
uso do cobre
• Aumento de pressão
competitiva de
outros materiais.
• Mudança nos
regulamentos,
códigos e normas
Interconexão
eletrônica
Utilização
térmica
eletrônica
Troca de calor
em aparelhos
eletrônicos
Aquicultura
• Assegurar
comportamento dos
produtos elaborados
com cobre
• Aumento do uso
de materiais
complementares
elaborados.
• Projeto para
recuperação e
reutilização
Superfícies
higiênicas
(antimicrobianas)
Potencial
para
aplicações
futuras
Uso de componentes e produtos acabados
Sucata de Cobre
(material secundário)
Gestão no final da vida
Sucata de Cobre
(limpo)
Necessidade da sociedade a longo prazo
• Melhor saúde humana
• Maior eficiência energética
• Sustentabilidade ambiental
• Melhores padrões de vida
96
Oportunidades transversais: Projeto de
engenharia e desenvolvimento de
produtos/processos.
A inovação nas técnicas de processamento de materiais é
necessária para incorporar materiais avançados em produto,
tais como conectores de cobre flexíveis de alta resistência,
materiais compostos para trocadores de calor e superfícies
de contato antimicrobianas sem os efeitos do “envelhecimento”
(tarnishing).
A seleção dos materiais e dos processos para um dado
componente depende de sua complexidade e funcionalidade
desejadas, a qualidade do produto, as especificações de
desempenho e o nível de custos projetados. Tanto as
propriedades físicas quanto as mecânicas desempenham
um papel importante na seleção de uma liga adequada e
seus subsequentes passos de processamento tais como a
impressão, o desenho e a soldagem, entre outros.
Cada dia mais os usuários exigem suporte técnico para
obter o máximo valor do cobre. Os clientes esperam o suporte
técnico para tomar decisões sobre assuntos como a melhoria
do uso de materiais complexos multicomponentes para
superar obstáculos específicos ou para obter informação
necessária de uma determinada aplicação. Enquanto a
indústria do cobre oferece aos clientes um alto nível de
suporte para auxiliá-los na escolha da solução do material
de cobre mais eficaz, as atividades adicionais são necessárias
para apoiar a cooperação técnica com relação às aplicações
emergentes e em elaboração para o cobre.
A pesquisa no processamento, manufatura e fabricação de
materiais está se integrando cada vez mais com a pesquisa
sobre o projeto de engenharia dos componentes e estruturas.
Uma maior sofisticação no projeto de engenharia, fabricação
e tecnologias de processamento de materiais é necessária
para originar produtos confiáveis, de alta qualidade e de uma
maneira eficiente e rentável.
97
Copper Connects Life. ™
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
•
Maior sofisticação e requisitos de desempenho dos componentes do cobre
Maior miniaturização, complexidade e densidade dos componentes.
Pressão constante para reduzir custos e utilizar menos materiais
Maiores níveis de compostos versus monomateriais necessários para satisfazer as necessidades de aplicação.
Aumento das expectativas do nível de serviço e suporte às companhias de semifabricação.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Compostos
(ligas)
• Desenvolver ligas com excelentes propriedades de fabricação, que não contenham elementos perigosos.
• Desenvolver ligas resistentes – oxidação e perda de brilho – especialmente aquelas que mantêm
propriedades antimicrobianas.
• Desenvolver ligas de alta resistência utilizando elementos benignos.
• Projetar ligas para otimizar os processos de aplicações específicas, tais como moldados semissólidos.
Microestruturas
• Esclarecer a dinâmica de mecanismos microestruturais complexos para os quais os materiais avançados
de cobre se deformam, degradam e quebram.
• Melhorar a detecção e caracterização dos defeitos obtidos no processamento, manufatura e fabricação
para rastrear a evolução dos defeitos em novas aplicações de serviços.
• Determinar os dados necessários para a simulação, o desenho de ligas e a melhoria da fabricação.
Forma
• Melhorar os modelos de solidificação para simulação de moldes de formas com as técnicas de conformação
(Near Net Shape Casting).
• Atualizar os dados de trituração, para incluir novos materiais como ferramentas de corte (por exemplo
diamantes, revestimentos com características similares ao diamante, cerâmicas).
• Promover a aplicação de processos inovadores de moldes (por exemplo formação por gás quente,
processamento de semissólidos, moldados a pressão).
Superfícies
• Melhorar o entendimento das interfaces para um melhor manuseamento e controle das interfaces que
separam diversos componentes de substâncias complexas.
• Desenvolver novos revestimentos autorregenerativos que permitam a liberação controlada de íons de cobre.
Métodos
de união
• Estudar as interfaces do cobre - materiais diferentes para prever a durabilidade das estruturas compostas.
• Investigar novas tecnologias para uniões.
• Estabelecer uma rede de aplicação de técnicas avançadas de uniões (como feixe de elétrons, CuproBraze®,
laser, etc.) para dar apoio aos fabricantes.
Aplicação
Reciclagem
• Colaborar com organizações multimetais, organizações específicas de cobre e organizações de outros
materiais específicos para melhorar a aplicação dos compostos de cobre.
• Melhorar métodos de previsão e garantir a durabilidade da vida de serviço, incluindo a combinação
dos projetos de engenharia integrados para atender aos requisitos de desempenho e de modelagem de etapas
de fabricação e processamento necessários para as aplicações dos materiais de cobre.
• Melhorar o projeto do produto para recuperação do cobre.
• Fornecer informação sobre o custo do ciclo de vida do produto em relação ao cobre e às especificações
dos materiais.
• Informar os fabricantes sobre as melhores práticas para os processos de fabricação com cobre.
98
Oportunidades existentes/em elaboração:
Transmissão de energia elétrica
há oportunidades para o cobre nos cabos protegidos à
prova d’água para serem utilizados no fundo do mar e aqueles
que sobem à superfície, uma vez que oferecem uma melhor
resistência à fadiga, comparados aos cabos tradicionais
revestidos de chumbo.
A maior parte do mercado de cobre (cabos e arames elétricos)
compreende produtos de alta amperagem, usados nos sistemas
interconectados de transmissão e de distribuição de energia
elétrica, assim como em grandes instalações industriais. A
crescente demanda por esses produtos ocorre devido à expansão
das infraestruturas de energia.
O cobre também é usado como regulador térmico e elétrico
em dispositivos supercondutores, uma tecnologia que só
recentemente está emergindo como uma fonte importante de
novas aplicações para o cobre.
Nas economias em desenvolvimento, a capacidade limitada das
redes existentes exigirá expansões e melhorias nas infraestruturas
de distribuição. A construção de redes extensas para instalações
de distribuição de serviço ou para instalações geradoras
localizadas em regiões remotas, tais como as eólicas e solares,
causa uma demanda ainda maior de cabos para a distribuição de
energia. Existe ainda um interesse crescente na transmissão
subterrânea e nos cabos de distribuição para obter um serviço
seguro e sem interrupção e o desejo de evitar maior custo de
manutenção e operação nas linhas de cabo aéreas.
O mercado de cabos submarinos de energia elétrica de alta
voltagem está se expandindo para atender a aplicações como a de
plataformas oceânicas de produção de petróleo/gás, parques
eólicos em alto mar e redes elétricas. As exigências incluem cabos
com maior voltagem (>275 kV) e uma maior capacidade as de
transmissão de energia elétrica. Além dos condutores elétricos,
Tendências,
problemas,
motivadores
• Interesse na confiabilidade dos cabos submarinos, juntamente com a crescente demanda de transmissão
de energia elétrica oceânica (especialmente as tecnologias de geração oceânica).
• Infraestrutura em rápida expansão.
• Crescente saturação nas infraestruturas existentes em economias em crescimento.
• Ampliação e liberação dos mercados de geração e distribuição de energia elétrica em economias maduras.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Alta voltagem
Média voltagem
• Substituir o revestimento de chumbo por um revestimento resistente à fadiga e impermeável à dinâmica de
cabos submarinos (por exemplo plataforma marítima) e estáticos (por exemplo o fundo do mar).
• Revisar a avaliação econômica de compostos de cobre de alta resistência e alta condutividade,
como alternativas para núcleos tradicionais em cabos de transmissão aéreos.
• Desenvolver sistemas de isolamento mais flexíveis e finos.
Baixa voltagem
• Desenvolver sistemas de isolamento mais finos.
Componentes
do sistema
de transmissão
e distribuição
• Desenvolver enrolamentos de transformadores com embalagens de maior densidade.
Outras
aplicações
• Desenvolver materiais supercondutores rentáveis contendo cobre.
99
Copper Connects Life. ™
Oportunidades existentes/em elaboração:
Transmissão de dados/sinais.
Os cabos e conectores de cobre são usados em mais de 80%
dos equipamentos de interconexão e transportes de sinal nos
centros de dados. Sabe-se que as instalações em computadores
pessoais, industriais e comerciais continuaram demandando
uma maior capacidade de banda larga para as interconexões.
Em muitos casos, o cobre compete com sucesso com a fibra ótica.
Por exemplo, para uma rede de menos de 100 m de comprimento,
os cabos de cobre com larguras de banda de até 10 Gbps
estão disponíveis em uma fração de custo das fibras óticas e
provaram ainda ser vantajosos até 100 Gbps.
O uso de cobre ao invés de fibra evita a necessidade de
dispositivos de acoplamento ótico/eletrônicos, reduzindo tanto
o custo como a complexidade. No entanto, o custo das
instalações de fibras continua diminuindo e a realidade deste
mercado demanda um desenvolvimento contínuo em melhoria
dos sistemas com cabos de cobre, com a finalidade de se
manter competitivo. Além de oferecer uma largura de banda
adequada, os novos cabos de cobre devem reduzir o consumo
de energia e ainda devem ser mais simples que os sistemas
existentes com relação à instalação à conectividade.
Uma das principais propriedades do cobre é sua capacidade
de transmitir energia e dados simultaneamente, proporcionando
uma fonte confiável de energia que permite a utilização de
dispositivos em rede, tais como os telefones de protocolo
de Internet, nos quais os pontos de acesso sem fio e os
conectores de rede podem operar sem adaptadores de potência,
cabos ou tomadas de correntes AC separadamente.
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
•
Aumentos dos requisitos de desempenho
Contínua concorrência entre materiais, especialmente com base nos custos.
Aumento da confiabilidade.
Melhorar a eficiência elétrica, por exemplo, reduzindo o consumo de energia.
Aumentar a simplicidade nos cabeamentos.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Interfaces
do cobre de
alta velocidade
• Desenvolver métodos para superar a degradação do sinal além dos 100 metros, de preferência nos dispositivos
terminais de baixo custo.
• Promover o desenvolvimento de padrões da indústria aplicando os benefícios de interfaces do cobre.
Energia para
dispositivos
remotos da rede
• Desenvolver a capacidade de transmitir maior energia (por exemplo, 30 W) com a transmissão de dados por
meio de cabos de comunicação.
• Promover o desenvolvimento de padrões da indústria incorporando maior capacidade de transmissão de energia.
• Ampliar a disponibilidade dos produtos que aproveitam a energia disponível por meio de cabos de dados.
Menor consumo
de energia
• Desenvolver técnicas de sinais de baixa potência para reduzir o consumo energético das redes/centrais de dados.
100
3,4 Kg ou 12% para um sedan
de luxo com motor de 2.0 litros
ao substituir o chicote do painel
de instrumentos e o chicote do
piso, com os cabos de cobre
recentemente desenvolvidos de
0.006 mm2.
Oportunidades existentes/em elaboração:
Fiação automotiva
Os automóveis utilizam cada vez mais dispositivos eletrônicos
para seu funcionamento, conforto, segurança e equipamentos
acessórios de entretenimento. A fiação de energia e conectividade
continuará influenciando o uso do cobre na indústria automotiva,
especialmente em relação aos cabeamentos e conectores.
A sobrecapacidade persiste na
indústria automotiva de capital
intensivo fazendo com que as
montadoras enfrentem uma
pressão contínua para reduzir
seus custos. A confiabilidade
continuará sendo um tema
para resguardar a segurança dos passageiros. A faixa de
temperatura sob o capô é de -40°C a 200°C e é esperado que a
temperatura máxima de projeto aumente em torno de 20°C.
Além disso, a tendência contínua para o controle de
computadores e microprocessadores pressionará a demanda
por sensores confiáveis e econômicos, o que representa um
mercado fértil e cada dia mais atraente para o bronze e outras
ligas de cobre.
As limitações de espaço estão impulsionando os fabricantes
de automóveis a reduzir o tamanho tanto dos chicotes como
dos conectores. Essa tendência de miniaturização implica em
uma maior exigência nas propriedades mecânicas dos
materiais condutores e conectores, principalmente uma
resistência maior nos condutores, e uma melhor resistência
de relaxamento de tensões nas ligas de cobre, usadas nos
conectores. Até o momento, o cabo mais fino de cobre
para cabeamento automotivo é de 0.13 mm2 (corte transversal).
Os cabeamentos automotivos podem ser atenuados em
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
•
•
A resistência inerente do cobre à corrosão, sua conformabilidade,
sua estabilidade térmica, sua reciclabilidade e compatibilidade
com muitos processos de fabricação existentes proporcionam
muitas oportunidades para que a importância do cobre cresça e
continue sendo viável no setor de fiação automotiva.
Miniaturização.
Aumento do número de funções elétricas / eletrônicas.
Aumento da necessidade por qualidade, custo e estabilidade de fornecimento.
Aumento das temperaturas sob o capô.
Comunicações com maior largura de banda.
Aumento das preocupações ambientais (por exemplo, resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos,
e restrições no uso de certas substâncias perigosas, tais como chumbo, mercúrio e cádmio)
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Cabeamento /
interconexão
Ligas para
conectores com
melhores
propriedades e
temperaturas
elevadas
Terminais
e barras
condutoras
Métodos
de união
• Desenvolver cabos compactos de cobre para dados / sinais de menor custo que os produtos atuais.
• Desenvolver arames finos e flexíveis com maior resistência à tensão para transmissão de dados de curto
alcance e / ou baixa potência.
• Integração de técnicas de transferência de calor baseadas em cabeamento.
• Melhorar a resistência a temperaturas elevadas.
• Aumentar a resistência ao relaxamento de tensões.
• Melhorar a resistência à oxidação.
• Desenvolver terminais pequenos com melhor resistência, resistência ao calor e a ao relaxamento por tensões.
• Desenvolver os relés e as barras condutoras com uma melhor condutividade elétrica.
• Melhorar a maleabilidade de flexão de mini e micros terminais.
• Desenvolver técnicas aperfeiçoadas para unir o cobre a materiais diferentes.
101
Copper Connects Life. ™
Oportunidades existentes/em elaboração:
Sistemas impulsionados por motor.
como resultado melhorias na
eficiência de energia do motor e
redução de custo. A utilização
de motores de velocidade
variável, contendo rotores de
cobre, sempre resulta em um
ganho significativo em termos
de eficiência em condições de
carga parcial.
Os sistemas impulsionados por motores elétricos energizam
aplicações de poucos watts em equipamentos pessoais até
motores de 1000+ kW que impulsionam grandes processos de
fabricação. Esses motores são responsáveis por cerca de 40%
do consumo global de eletricidade, tornando-o importante para
melhorar a eficiência.
No entanto, enquanto os rotores
de cobre fundidos para motores
CMR já são um produto estabelecido, uma redução nos custos
de produção permitiria uma aplicação mais ampla. A utilização
de motores com rotores de cobre em aplicações que requerem
uma alta relação torção-peso, magnetização permanente, água
de refrigeração e de alta frequência está crescendo. Os designers
buscam o aumento da densidade da embalagem do enrolamento
do estator, que causa 60% das perdas de eletricidade nos
motores de indução AC. A tecnologia de motores de velocidade
variável depende do cobre para os componentes do sistema
e da gestão térmica dos componentes eletrônicos.
Uma redução de 7% no consumo de eletricidade é possível
se a EU-27 aplicar a melhor tecnologia disponível em sistemas
impulsionados por motores. O Departamento de Energia dos
Estados Unidos estima que os motores industriais consumam
23% da geração de energia elétrica e que o uso de eletricidade
poderia ser reduzido entre 11 e 18% (62 – 104 bilhões de kWh/ano)
se as instalações industriais aproveitassem todas as medidas de
eficiência disponíveis.
Os motores estão atualmente submetidos a regulamentações
mais severas, elevando custos de energia e com uma maior
aceitação das considerações do custo do ciclo de vida. O uso do
cobre fundido para as barras condutoras e anéis terminais tem
Tendências,
problemas,
motivadores
• Normas e regulamentações mais rígidas de eficiência energética.
• Alta nos custos da energia.
• Aumentar a conscientização sobre o custo de operação durante o ciclo de vida, de modo a substituir o custo
inicial como o ativador primário na decisão de compra.
• A maior utilização de motores de velocidade variável aumenta a eficiência do sistema ativado por motor.
• Redução de custos de produção de motores CMR.
• Redução do peso do tamanho de motores em aplicações militares e na aviação.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Eficiência /
desempenho
do motor
•
•
•
•
Desenhar motores CMR monofásicos, econômicos e com processos de produção de baixo custo.
Desenvolver normas e métodos de prova para motores superpremium eficientes.
Melhorar os projetos específicos de motores e das formas de barras condutoras que utilizam cobre.
Quantificar o efeito do rotor de cobre na força de torque (início, falha, bloqueio do rotor), especialmente
em motores de alta potência.
• Desenvolver motores com melhor eficiência energética para os componentes de equipamentos de ar
condicionado de operação contínua.
Gestão
térmica em
transmissores
e motores de
velocidade
variável
• Aperfeiçoar a tecnologia no gerenciamento térmico dos semicondutores de alta potência utilizados em
motores com velocidade variável.
• Desenvolver refrigeradores compactos para grandes sistemas de arrefecimento de ar que utilizem motores de
velocidade variável.
• Desenvolver refrigeradores ultracompactos e melhorar as tecnologias de gerenciamento térmico para motores
pequenos.
• Explorar tecnologias de refrigeração interna de rotores.
Eficiência
na fabricação
• Reduzir o custo de produção para os motores CMR moldados.
• Aumentar a vida dos moldes de fundição na produção de motores CMR. Por exemplo, custo-efetividade,
embutidos em moldes, revestimentos para criar barreiras térmicas ou materiais de moldes de alta resistência
a temperaturas elevadas, para fundição que tenham propriedades térmicas ou termoelásticas propícias para
minimizar a tensão induzida termicamente.
• Desenvolver um método de baixo custo para obter uma maior densidade de empacotamento (>80%)
nos enrolamentos do estator.
102
Oportunidades existentes/em elaboração:
Interconexão eletrônica.
Comuns em todos os equipamentos eletrônicos transistorizados,
os leadframes distribuem os sinais elétricos e a energia entre
chips de circuitos integrados (IC) e circuitos externos, transferem
o calor dos chips aos dissipadores de calor e mantêm chips
dentro do material encapsulado. As conexões são feitas por um
fio de solda entre o chip e o leadframe.
Os leadframes, as tomadas, as tiras de conexão, os conectores
separáveis e outras formas de conectores são amplamente
usados em equipamentos eletrônicos. As taxas anuais de
crescimento para esses aparelhos atualmente variam entre
15 e 20%, devido ao aumento global na produção de
produtos eletrônicos.
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
Atualmente os leadframes representam mais de 60% do mercado
de embalagem de semicondutores para as ligas de cobre.
Esta indústria enfrenta continuamente as exigências de maior
desempenho para apoiar produtos nos mercados de memória
com entradas/saídas (I/O) de alta frequência, cuja demanda
corresponde ao mercado de computação de alto desempenho,
peso leve, embalagem resistente, utilizado nos equipamentos
portáteis e da indústria automotiva. O processo de
miniaturização requer uma integração mais densa de materiais
diferentes para o reforço mecânico e um melhor desempenho.
As indústrias de conectores e leadframes, por serem
inovadoras, devem ser consideradas parceiras viáveis para
desenvolver programas conjuntos.
Maior miniaturização.
Redução de custos de processamento.
Aumento das competências entre materiais.
Aumento das restrições regulatórias de certos elementos de ligas, tais como cádmio, chumbo, etc.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Miniaturização
Ambiente
térmico
Tratamento
de calor
• Desenvolver conectores miniaturas de banda larga para >10 Gbps, com baixa emissão de radiação
e interferência.
• Melhorar a integração de circuitos de refrigeração de escala micro / nano dentro dos leadframes
• Desenvolver tecnologias para a gestão de refrigeradores ultracompactos.
• Definir o comportamento elétrico das regiões de superfície e subsuperfície de cobre e ligas de cobre.
• Melhorar a adesão do composto moldado e a condutividade térmica para melhorar o desempenho térmico
e a confiabilidade.
• Desenvolver tecnologias de produção para os difusores de calor e produtos de transferência de calor à base
de cobre, usando técnicas e materiais para inibir ou aumentar o fluxo de calor na direção desejada.
• Desenvolver processos de solidificação preferencialmente térmicos (exemplo, material de dopagem,
introdução de sementes, áreas de crescimento direcional assistidas por refrigeradores).
União
• Avaliar e desenvolver partículas de solda e tecnologias de fusão (exemplo: CuproBraze®).
• Expandir o conhecimento do comportamento mecânico quando se reduz a quantidade de cobre ou ligas de
cobre em pequenos sistemas.
• Estudar as interfaces de cobre para materiais diferentes para prever a durabilidade de uma estrutura composta.
Reciclagem
• Melhorar os métodos para recuperar materiais valiosos de componentes e cartões ao final da vida útil.
• Melhorar o conhecimento dos temas sobre contaminação quando materiais com cobre integrado são reciclados.
103
Copper Connects Life. ™
O cobre pode melhorar no
gerenciamento
térmico
dos
sistemas eletrônicos em todos os
níveis, incluindo o chip (ruptura
dielétrica, envelhecimento do transportador de calor, eletromigração),
embalagem (fissuração da matriz,
popcorning na solda) e cartão
(fadiga de juntas soldadas,
laminação do cartão). Os dissipadores de calor construídos com
compostos de cobre com
mudança de fases podem ajudar a controlar o calor em sistemas
operacionais cíclicos, absorvendo e dissipando o calor da fonte.
Devido ao fato do cobre ser o material de transferência de calor
eleito em muitas aplicações, tais como sistemas de refrigeração
por convecção de ar forçada de computadores e sistemas de
resfriamento com líquidos, a indústria deve permanecer vigilante
para manter a posição competitiva do cobre.
Oportunidades existentes/em elaboração:
Gestão térmica eletrônica.
A gestão térmica trata os problemas gerados pela dissipação
de calor e a tensão térmica induzida nos dispositivos
microeletrônicos e optoeletrônicos. É a chave para melhorar o
desempenho, especialmente em sistemas eletrônicos compactos,
semicondutores de energia em equipamentos de velocidade
variável, equipamentos aeroespaciais, sistemas de laser de alta
potência e eletrônica automotiva. As tecnologias de resfriamento
necessitam gerenciar dispositivos com fluxos de calor de até 1000
W/cm2, e possivelmente mais altos.
Os dissipadores de calor de cobre e os tubos dissipadores
de calor são amplamente utilizados na eletrônica para eliminar
o calor dos componentes até o exterior, eficientemente. Os
circuitos térmicos flexíveis feitos de compostos de cobre
conduzem a eletricidade, proporcionando um excelente
gerenciamento térmico para aplicações, tais como as interfaces
de circuito e os cabeamentos.
Tendências,
problemas,
motivadores
• Elevando a energia e frequência, aumenta-se o fluxo de calor.
• Elevando o uso de mecanismos optoeletrônicos, aumenta-se o fluxo de calor.
• Aumentar o uso de materiais diferentes, com diferentes comportamentos.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Semicondutores de energia em variações de velocidade, aplicações aeroespaciais, sistemas laser de
alto poder e eletrônica automotiva.
Gestão
térmica
• Desenvolver compostos de alta condutividade baseados em cobre.
• Desenvolver sistemas de compostos de cobre passivos para gestão térmica, baseados em materiais com
mudança de fase.
• Melhorar os sistemas de produção de placas de cobre para refrigeração.
• Desenvolver técnicas de produção para difusores de calor baseados em cobre e produtos de transmissão de
calor, usando técnicas e matérias que inibam ou aumentem o fluxo de calor nas direções desejadas.
Sistemas eletrônicos compactos
• Criar superfícies isotérmicas com sistemas mais rápidos e mais eficientes para remover, dispersar e transferir
o calor.
• Desenvolver materiais e compostos de alta condutividade e dispersão térmica.
Conexão
de cobre
Aparelhos de
transferência de
calor de
ültima geração
• Desenvolver conexões de alta condutividade térmica nos dissipadores de calor de cobre em substratos
cerâmicos e dispositivos embalados.
• Desenvolver métodos para produzir as ligações sem a necessidade de aquecer os aparelhos.
• Desenvolver processos a microescala de mecanização, adaptação e encaixe, para influenciar o uso de
materiais à base de cobre em trocadores de calor de fluidos.
• Projetar dispositivos de transferência de calor de última geração a microescala usando fluídos de uma fase
(exemplo refrigeradores, aquecedores) ou fluidos de duas fases (exemplo evaporadores, condensadores,
tubulação de calor, termosifão).
• Desenvolver tecnologias de refrigeração integradas em chips.
• Explorar tecnologias de onda do momento e ondas térmicas para aumentar o desempenho térmico de
sistemas de aletas a microescala sobre 500 W/m2k.
104
As tecnologias que utilizam tubos de cobre de menor diâmetro
(< 5 mm de diâmetro) e tubos planos oferecem importantes
vantagens, entre elas a redução de tamanho, a redução de
carga refrigerante e o menor custo. Os desafios técnicos
incluem a elaboração de tubos planos, multiporto de bronze
ou cobre, capazes de suportar uma pressão de trabalho de
38.6 bar (560 psi) e uma pressão de ruptura três vezes maior
que a pressão de trabalho. Obter soluções rentáveis implica
I&D em união de materiais, fabricação de metais, projeto de
engenharia, transferência de calor aplicada e desenvolvimento /
aplicação de ligas.
O R410A e outros hidrofluorcarbonos são os atuais refrigeradores
preferidos utilizados em transferência de calor de aparelhos
elétricos. Os sistemas que usam o R410A funcionam com uma
pressão que é aproximadamente 60% maior que sistemas
similares que usam o R22, o qual apresenta implicações de
projeto e oportunidades para o cobre. Em longo prazo, o
dióxido de carbono pode se converter na alternativa preferida.
No entanto, o contínuo interesse mundial em refrigeradores de
hidrocarbonetos, como o butano e o propano, significa que o cobre
deve continuar considerando o uso de refrigeradores ecológicos
em evolução. Também existe interesse em outras tecnologias,
como a refrigeração magnetocalórica, que pode influenciar na
intensidade do uso de cobre neste tipo de sistema no futuro.
Oportunidades existentes/em elaboração:
Trocadores de calor de aparelhos elétricos.
Os atuais trocadores de calor dos sistemas de ar condicionado
residenciais são fabricados com tubos de cobre redondos, que
vão de 5 a 16 mm de diâmetro. Devido ao alto custo dos
materiais e o desejo de se obter mais eficiência, os fabricantes
estão substituindo os tubos de cobre redondos por tubos de
diâmetros menores, tubos de diferentes geometrias e/ou tubo
de diferentes materiais. Tendências técnicas similares e de
mercado aplicam-se a sistemas de refrigeração e sistema de
comercialização de alimentos.
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
Aumento da demanda por sistemas de ar condicionado mais eficientes e compactos.
Intensificação da concorrência entre os materiais.
Redução dos custos de fabricação.
Mudança em refrigeradores para reduzir a diminuição da camada de ozônio.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Fluidos
ecológicos
de última
geração
Trocadores
de calor
menores
e eficientes
Eficiência
energética
• Melhorar os projetos de troca de calor de cobre para as próximas gerações, os uso de fluidos ecológicos
de última geração e os possíveis refrigeradores futuros, incluindo as nanopartículas.
• Desenvolver evaporadores superfinos para reduzir o espaço a ser ocupado em uma sala e perdas
desnecessárias no sistema de aquecimento e ventilação para uso doméstico, sistemas de ar condicionado
(HVAC) e aplicações em refrigeração.
• Desenvolver ferramentas de projeto e tecnologia de produção para os trocadores de calor de ar
condicionado com tubos redondos de 5 mm ou menos de diâmetro.
• Desenvolver métodos para fabricar tubos multicanal planos e redondos e trocadores de calor
(evaporadores e condensadores).
• Desenvolver métodos para alcançar a montagem e soldagem de trocadores de calor, feitos inteiramente
de cobre, em produção em grande escala.
• Melhorar a condutividade térmica da interface tubo e aleta ao se expandir mecanicamente 5 mm e nas
condições de utilização de tubos de cobre com as aletas de alumíno.
•
•
•
•
Explorar o uso de nanopartículas de cobre nos refrigeradores para melhorar a troca de calor.
Melhorar a condensação e evaporação do refrigerador dentro de tubos redondos e multiportos.
Desenvolver aletas de cobre de alto rendimento na transferência de calor em tubos finos.
Desenvolver sistemas que distribuam o calor ou o frio, sem aplicar energia para circular em fluido.
105
Copper Connects Life. ™
Novas oportunidades: Propulsão elétrica
Os veículos com células de combustível necessitam de uma
área de transferência de calor muito maior que os veículos
tradicionais com combustíveis fósseis. Por exemplo, alguns
protótipos de veículos a células de combustíveis necessitam de
três trocadores de calor, em comparação com um único trocador
nos veículos tradicionais. Para resolver as limitações de espaço, os
dispositivos de transferência térmica devem ser preferencialmente
ultracompactos.
Os setores ferroviários, marítimos, de construção pesada e
automotivos são importantes mercados que empregam a
tecnologia de propulsão elétrica, na qual o cobre é um componente
integral. Os sistemas de propulsão elétrica no setor automotivo
estão experimentando um desenvolvimento substancial,
afastando-se de sistemas baseados em motores elétricos
relativamente simples e aproximando para um de desenho mais
compacto e eficiente.
Um fabricante dos EUA recentemente introduziu motores AC
de indução utilizando o rotor de cobre (CMR), como motores
de tração em caminhões militares e comerciais. Sabe-se que
alguns fabricantes de automóveis favorecem os motores AC de
indução para veículos de passageiros, e para essas aplicações
a introdução da tecnologia CMR produziria um importante ganho
no uso do cobre.
Oportunidades adicionais incluem os componentes de cobre para
alta capacidade de corrente elétrica e gerenciamento térmico nos
componentes eletrônicos, assim como a infraestrutura para
suportar o carregamento de veículos elétricos. Desenvolvimentos
promissores estão em curso com os sistemas de propulsão
utilizando supercondutores, incluindo a construção de grandes
motores marítimos de propulsão, que são intensivos em cobre.
Os designers de veículos buscam motores menores, mais baratos
e mais eficientes. A taxa típica de bobinas de cobre nos estatores
de máquinas elétricas é em torno de 50 a 60%. Para acelerar a
transição dos sistemas de transmissão elétrica automotiva para
novos componentes intensivos em cobre, deve-se aumentar
a taxa de bobinado acima de 80%, com a finalidade de reduzir
o tamanho e o peso dos componentes.
Para carregar uma bateria de 35 kWh em 10 minutos são
necessários 250 kW. Uma estação de carga elétrica para
quatro automóveis necessitaria 1 MW. A carga rápida elimina a
necessidade de armazenamento de energia em grande escala e é
muito mais atraente para os consumidores que preferem carregar
os automóveis em casa ou quando estacionados. A excelente
condutividade térmica do cobre pode oferecer soluções de
transferência térmica que melhoram a capacidade de
refrigeração/arrefecimento das estações de cargas rápidas.
Tendências,
problemas,
motivadores
• Crescente aceitação dos veículos elétricos.
• Crescente interesse nos grandes motores supercondutores de propulsão marinhos.
• Constante melhoria na tecnologia das baterias.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
•
•
•
•
•
•
•
•
Desenvolver novas topologias de motores com maior densidade elétrica.
Desenvolver a produção em grande escala de transmissão eletromagnética para eliminar a caixa de velocidades.
Desenvolver tecnologia de motores de indução de alta velocidade, de alta e baixa voltagem.
Explorar o papel desempenhado pelo cobre nos conceitos avançados de baterias.
Aumentar a taxa de bobina superior de cobre nas ranhuras das lâminas do estator para superar os 80%.
Explorar a necessidade de componentes de cobre na infraestrutura de carregamento.
Continuar o desenvolvimento de bicicletas a propulsão elétrica e de outros dispositivos de transporte pessoal.
Desenvolver a propulsão elétrica para aviões.
106
Novas oportunidades: Energia renovável
O cobre desempenha um papel importante nos sistemas de
energia limpa, especialmente nos geradores, componentes
elétricos, fios, controles e equipamentos de proteção utilizados
nas indústrias de energia (eólica, marítima, de biocombustíveis,
das ondas, geotérmica e térmica solar). Os sistemas solares
fotovoltaicos necessitam de cobre para a transmissão de
correntes, de conexões com a terra e diversos componentes
do sistema. Os sistemas baseados em energia oceânica
podem se beneficiar da resistência das ligas de cobre à corrosão
e às incrustações biológicas. Os novos sistemas necessitarão
ser ainda mais eficientes e produzir um menor impacto ao
meio ambiente.
O desenvolvimento do uso do cobre nesta área pode exigir uma
estreita cooperação técnica entre os tecnólogos que
desenvolvem os sistemas de energias renováveis e a indústria do
cobre, de modo a assegurar que sejam selecionados os
materiais de cobre mais apropriados, as formas e as técnicas de
processamento mais adequadas para as aplicações específicas.
O cobre é um importante “metal energético”, com notáveis
propriedades térmicas e elétricas que são fundamentais nos
sistemas de energia renovável.
Tendências,
problemas,
motivadores
• Interesse nacional na melhoria da segurança / confiabilidade da energia.
• Evitar a volatilidade do mercado e os problemas de oferta relacionados com os combustíveis fósseis.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
• Sistemas avançados de grande escala ou sistema de distribuição para:
- Energia térmica solar
- Geração de energia eólica
- Energia elétrica das ondas do oceano
- Energia solar fotovoltaica
• Desenvolver dispositivos de armazenamento de energia térmica compacta e baseada em mudança de fases dos
materiais que contêm cobre.
• Desenvolver novas topologias em geradores de alta densidade de energia e eficiência em baixa velocidade
rotacional de operação.
107
Copper Connects Life. ™
Novas oportunidades: Aquicultura
na Escócia e nos Estados Unidos. As recentes melhorias
nas ligas de cobre e no design permitem que as gaiolas
adotem a forma de redes tecidas de arame, com vida útil
superior a quatro anos. As redes também admitem 50% mais
peixes por jaula, uma taxa de crescimento dos peixes de 10 a
15% mais rápido e o aumento dos lucros para os proprietários
das fazendas.
A aquicultura é uma indústria global multimilionária. Existe a
preocupação com a poluição (incrustações) nas redes para
peixes por organismos marinhos aderidos, a propagação de
doenças infecciosas, o ataque de predadores, a contaminação
por resíduos dos peixes e possíveis ameaças à saúde humana
devido a antibióticos fornecidos aos peixes nas granjas de
piscicultura. A combinação das propriedades anti-incrustante,
antibacterianas e a resistência mecânica das ligas de cobre
resolve esses problemas.
A propriedade anti-incrustante do cobre e de suas ligas
permite que a água limpa e oxigenada flua através de redes
ou gaiolas de peixes, eliminando os resíduos e, assim,
mantendo um ambiente saudável. Além disso, o cobre pode
atenuar a propagação de doenças infecciosas, eliminando o
ambiente que se cria em torno das incrustações (ou seja,
películas de algas e diversos braquiópodes aderidos), ou
ambiente no qual os agentes patógenos possam prosperar,
portanto pode reduzir ou eliminar a necessidade de
antibióticos. A resistência mecânica e a flexibilidade de uma
estrutura de liga de cobre também impediriam o ataque de
predadores ou a fuga dos peixes. Ao contrário das redes
feitas de materiais sintéticos, as estruturas de liga de cobre
são completamente recicláveis ao final de sua vida útil.
Da década de 1960 até a de 1980, a indústria de cobre
desenvolveu diversas gaiolas de cobre para a aquicultura.
Essas gaiolas eram rígidas e difíceis de reproduzir a escala
para uma produção de grande volume. No entanto,
demonstraram o conceito em gaiolas para peixes de tamanho
semicomercial instaladas em fazendas comerciais de salmão
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
Expansão global da aquicultura.
Redução das perdas de peixes devido aos parasitas, aos predadores, às infecções e à manipulação.
Distanciamento das áreas costeiras protegidas para zonas mais expostas a condições marinhas severas.
Redução do uso de antibióticos.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Design
da gaiola
Desenvolvimento
de ligas
•
•
•
•
•
Melhorar o diâmetro do arame e o design da malha para diversas espécies de peixes.
Projetar gaiolas e sistemas de flutuação para aplicações costeiras e de alto mar.
Pesquisar sistemas submersos e estruturas flutuantes que possam submergir de acordo com as necessidades.
Reduzir o peso da gaiola ao tempo que se estende sua vida útil.
Reconsiderar as gaiolas de metal de menor custo.
• Desenvolver ligas com melhor resistência à corrosão causada por atrito, evitando a perda de material.
• Desenvolver / pesquisar as ligas que possam satisfazer as necessidades de desempenho anti-incrustantes
com liberação de íons de cobre.
108
• Destroem 99% das bactérias resistentes em duas horas;
• Previnem a reinfestação por 24 horas ou mais;
• Reduzem continuamente o apressamento de bactérias.
Assim, a instalação de ligas de cobre nas “superfícies de
contato” nos hospitais, nas escolas, nos sistemas de transporte
público e nos edifícios públicos deveria reduzir a transmissão
de doenças e ao mesmo tempo gerar um novo e importante
mercado para o cobre e suas ligas.
Promover o uso do cobre nas indústrias de saúde e
manipulação de alimentos exige a cooperação entre a indústria
de cobre e os possíveis usuários, para garantir uma adequada
seleção de ligas e produtos.
Em uma aplicação relacionada, sabe-se que as superfícies
ricas em cobre podem impedir o crescimento de fungos
nos sistemas de ar condicionado, melhorando a qualidade
do ar e mantendo as superfícies de troca de calor e
condensação funcionando em sua máxima eficiência.
Vários ensaios em superfícies à base de cobre foram
feitos esperando-se a aprovação por parte do governo dos
Estados Unidos para a promoção de cobre como um
material bioestático. As normas internacionais exigem que os
dispositivos médicos cumpram com os regulamentos
pertinentes e passem nos testes relacionados à sua aplicação.
As ligas de cobre, incluindo alguns compostos resistentes
à opacidade (tarnishing), vêm superando com êxito as
pesquisas na Alemanha e planejando testes de ligas de
cobre para portas e grades de cama.
Novas oportunidades: Superfícies higiênicas
Segundo muitos estudos, as superfícies (não em cobre) das
maçanetas de portas, grades das camas e pranchetas
metálicas nos hospitais estão infestadas com altas
concentrações de microrganismos, incluindo perigosos
patógenos. Uma pesquisa apoiada pela ICA, que incluiu
milhares de testes estritamente controlados em amostras
metálicas de cobre em condições de laboratório, confirmou
que as superfícies com teor de cobre maior ou igual a 65%:
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
•
Aumento da resistência das bactérias a múltiplas drogas.
Aumento de número de viagens, o que aumenta a velocidade e magnitude da transmissão de doenças.
Aumento das taxas de infecção nos hospitais e comunidades.
Envelhecimento da população, o que implica menor resistência às doenças.
Necessidade de transferência de dados do laboratório à clínica.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
•
•
•
•
Desenvolver e promover produtos sanitários de cobre e ligas de cobre.
Desenvolver ou determinar os materiais / métodos ideais de limpeza para superfícies de ligas de cobre.
Melhorar a resistência ao envelhecimento para manter seu apelo estético, sem comprometer as propriedades antimicrobianas.
Em última instância, desenvolver produtos de cobre e de ligas de cobre “inoxidáveis” com propriedades antimicrobianas
permanentes.
• Promover a transferência de tecnologia para os potenciais produtores de materiais sanitários com cobre.
• Promover o uso das aletas e coletores de gotejo de cobre nos sistemas de calefação, ventilação e ar condicionado
(HVAC) em edifícios, veículos e transporte público.
109
Copper Connects Life. ™
Novas oportunidades:
Futuras aplicações potenciais
Além das áreas de oportunidade apresentadas nesse
documento, a indústria de cobre busca outros projetos
aplicados para promover novas aplicações para o cobre,
identificar os avanços necessários e descrever uma abordagem
técnica crível para sua realização com sucesso. A indústria,
atuando
por
meio
da
Associação
Internacional
de Cobre e sua rede de organizações nacionais/regionais
que promovem o seu uso, financia a pesquisa competitiva
que conduz à criação de novas e importantes aplicações
deste metal. Os pesquisadores no mundo acadêmico ou na
indústria que estão trabalhando em qualquer pesquisa
básica ou aplicada em relação ao cobre, e cujo trabalho
coincida com os interesses da indústria de cobre, são
encorajados a manter contato com a ICA.
As propostas podem abordar problemas técnicos encontrados
no desenvolvimento de um produto específico ou simplesmente
realizar uma investigação exploratória. Propostas de pesquisas
interdisciplinares ou que incluam parceiros da indústria são
bem-vindas e a ICA está sempre disposta a avaliar o seu
financiamento.
Tendências,
problemas,
motivadores
•
•
•
•
•
•
“Fertilização cruzada” de ideias e criatividade em conjunto.
Digitalização, comunicação e computação dominantes.
Simulação e modelagem dos fenômenos metalúrgicos.
Compreensão científica mais profunda dos sistemas vivos.
Maior preocupação pelas consequências sobre o meio ambiente.
Propagação global do modelo de investimento de capital de risco.
Oportunidades e diretrizes recomendadas
Exemplos
atuais
de pesquisa
sobre
aplicações
• Desenvolver tecnologia para controlar o tamanho o limite das partículas em formação de ligas de cobre,
que possuam ao mesmo tempo alta resistência à deformação e alta ductilidade.
• As zeólitas com cobre têm o potencial de ser uma solução econômica para a dessulfurização do combustível
para o transporte. As atuais tecnologias de dessulfurização são caras, quando usadas para remover traços de
enxofre dos combustíveis para o transporte. Sabe-se que os sais de cobre, como cloreto de cobre, mostram
uma forte afinidade com a remoção (absorção) de compostos contendo enxofre.
• A espuma de cobre combinada com um material que pode mudar de fase no intervalo de temperatura de
aplicação tem um potencial de melhorar significativamente a eficiência energética dos edifícios.
Um produto compacto para a construção de edifícios que armazene e libere energia térmica pode proporcionar
uma temperatura interior uniforme com reduzido gasto de energia.
110
Figura A.1. Comparação de um rotor tradicional (esquerda) com um
rotor de cobre (direita)
Inovação
na Indústria
do Cobre
Um estudo de caso sobre os rotores de cobre
para motores
Em meados da década de 1990 houve um grande interesse
no desenvolvimento dos motores AC de indução mais
eficientes, mais leves e menores para uso na indústria e nos
setores governamentais. A aprovação da Lei de Política
Energética de 1992 nos Estado Unidos e uma região similar
na Europa refletiram uma crescente conscientização da
importância da eficiência dos motores no campo da
conservação de energia. A indústria respondeu com motores
mais eficientes mediante um aumento da quantidade de
cobre no bobinado dos estatores, o que reduz a resistência
ou perdas I2R.
Perseguindo a oportunidade
Depois de décadas de graduais melhorias na eficiência dos
motores, ficam as possibilidades técnicas para alcançar a
eficiência significativamente superior a um custo razoável. O
rotor de cobre fundido à pressão parece ser a melhor alternativa
com potencial para reduzir as perdas totais entre 10% e 20%,
em comparação com os rotores convencionais. Os rotores de
cobre poderiam ter menor volume de metal e assim serem mais
leves e operarem com maior eficiência e menor temperatura,
aumentando a vida do motor. Apesar destas vantagens, os
métodos de fundição de cobre existentes não eram
econômicos para produções em grande escala. Os fabricantes
de motores exigiram que o rotor de cobre fundido pudesse
ser produzido em equipamentos comerciais existentes.
Reconhecendo que o rotor de cobre é essencial para
aumentar ainda mais a eficiência dos motores e obter
economia de custo e aplicações de energia impulsionadas
pelos motores, a International Copper Association (ICA)
começou a financiar um projeto de I&D para criar um
prático rotor de cobre para motores, adequado para produção
em massa. Liderados pela Copper Development Association
(CDA) dos Estados Unidos, um consórcio de fabricantes de
motores, fundições e representantes dos governos, iniciraram
(e financiaram cooperativamente) o programa Die-Cast
Copper Motor Rotor Program (Programa de Fundição de
Rotores de Cobre em Motores).
113
Copper Connects Life. ™
Desafios
(Índia) estão sendo realizandos outros trabalhos no processo
de fundição à pressão. Esse trabalho conta com o apoio da
ICA e com cofinanciamento do Fundo Comum para os
Produtos Básicos das Nações Unidas. A transferência de
tecnologia está sendo conduzida por diversas organizações
relacionadas com o cobre e pelo Programa de Tecnologias com
Base no Cobre, apoiado pelo governo dos Estados Unidos.
Os pesquisadores enfrentaram o duplo desafio de reduzir os
custos de processamento e garantir um adequado rendimento
do rotor de cobre. Durante o processo de moldagem, os aços
convencionais são suscetíveis à quebra (craqueamento
térmico) quando as temperaturas oscilam de maneira
repetitiva, de algumas centenas de graus até o ponto de
fusão do cobre (em torno de 2000°F; 1100°C). A vida útil dos
moldes diminui drasticamente em comparação com o uso
dos metais tradicionais, que se fundem a menor temperatura
e induzem os moldes a uma fadiga e tensão térmica
significantemente menores.
Figua A.2. Aproximação de um dos muitos novos projetos potenciais
de soluções de rotor de barra.
Soluções
A equipe liderada pela CDA determinou que poderia reduzir
a quebra e prolongar a vida útil do molde, fazendo duas
coisas: substituir partes críticas do molde de aço por uma
superliga à base de níquel, dúctil e resistente ao calor, e
pré-aquecer o molde a aproximadamente 600°C (1100ºF).
Essas ações tornaram o processo de fundição de cobre
economicamente viável.
O formato das barras e ranhuras do rotor foi modificado
para melhorar ainda mais as características de desempenho
do motor. A alta condutividade do cobre permite que o
projetista do rotor utilizando o "efeito de pele" (tendência
do fluxo de corrente alternada para se reunir na superfície
externa dos condutores) melhore o torque de partida e
operação do rotor. A melhoria dessas barras continua, mas a
equipe já passou suas descobertas iniciais aos membros do
setor industrial para serem aplicadas imediatamente, podendo
tornar os desevolvimentos posteriores mais independentes.
Resultados
Em 2006, um importante fabricante internacional de motores
havia adotado a nova tecnologia de rotores de cobre fundidos
à pressão e lançou no mercado uma linha de motores
extraordinariamente eficientes. Depois de um ano, os motores
foram amplamente aceitos para comercialização nos Estados
Unidos. Atualmente, os motores são até dois pontos
percentuais mais eficientes do que aqueles que cumprem
as normas NEMA Premium™, e, portanto, oferecem custos
substancialmente menores em seu ciclo de vida.
Conclusão
O Programa de Rotores de Cobre Fundidos à Pressão
(Die-Cast) incorpora os princípios e objetivos do Guia de
Inovação Tecnológica de Aplicações de Cobre. Dada a
necessidade tecnológica bem definida, a indústria tem
organizado um consórcio para financiar e implementar
projetos que produzam soluções inovadoras para benefício
de toda a sociedade.
A pesquisa em andamento é dirigida, entre outros parâmetros,
a melhorar os projetos do rotor para aproveitar plenamente as
propriedades dos rotores de cobre para motores. No Centro de
Desenvolvimento de Tecnologias Não-Ferrosas em Hyderabad
114
• Conformabilidade – Esta característica pode reduzir o
tempo de instalação e o custo de mão-de-obra, particularmente
nos encanamentos. Os tubos e acessórios são fáceis de unir
com soldas e as conexões à pressão reduzem o tempo de
instalação. O cobre e suas ligas são ubíquos nos componentes
elétricos e eletrônicos, incluindo os interruptores, molas que
levam eletricidade, conectores e leadframes. Os produtos de
cobre forjados (quente ou frio) são aplicados quando
necessitam de fiabilidade e boa maquinabilidade. A diversidade
de ligas de cobre fundido também é abundante, particularmente quando combinada a necessidade de resistência à
corrosão com uma boa condutividade térmica ou elétrica.
Propriedades
fundamentais
do Cobre
• Resistência à corrosão – Os metais de cobre podem resistir
ao ataque de vários ambientes corrosivos, tornando-os ideais
para o uso em aplicações nas indútrias de dessalinização,
produtoras de energia, petróleo e gás em alto mar. Na presença
de umidade e de diversos componentes atmosféricos (naturais
e artificiais), o cobre finalmente muda para uma pátina protetora
e agradável que conserva sua funcionalidade durante séculos.
• Efeito antimicrobiano – Há uma crescente preocupação
com as infecções contraídas em hospitais e com origem na
indústria alimentícia. As propriedades bactericida, fungicida e
antiviral do cobre, de seus compostos e ligas são conhecidas
há séculos. O cobre e suas ligas em superfícies demonstram
ser um importante fator para impedir a transmissão de doenças
nas áreas de saúde e nos sistemas de tratamento do ar.
Puro ou em ligas, em centenas de compostos destinados a
satisfazer necessidades específicas, os metais com base de
cobre proporcionam propriedades ideais para inúmeros
produtos.
• Aparência estética/cor - O cobre é utilizado cada vez mais
por seu aspecto esteticamente agradável e o amplo leque
oferecido por suas ligas. À medida que o uso do cobre se
extende às superfícies sanitárias, a “aparência” do cobre
ganha aceitação por parte dos consumidores como um
metal “saudável”.
• Condutividade elétrica – O cobre tem uma excepcional
capacidade para transportar a corrente elétrica, melhor do
que qualquer outro condutor, não supercondutor, exceto a
prata. A fiação de cobre dos edifícios tem uma taxa de
condutividade superior a 100% da norma internacional dos
cabos reconhecidos (International Annealed Copper Standard
(IACS)), o máximo aceito há um século. A excelente
condutividade elétrica do cobre significa que os motores
com novos rotores de cobre podem ser menores e funcionar
a menor temperatura que os motores tradicionais.
• Facilidade de união – A importância industrial do cobre
cresce pela facilidade com que se liga com com outros metais.
O resultado é uma extensa família de mais de 400 materiais
em uso hoje em dia. Esse esforço está longe de ser esgotado.
• Condutividade térmica – O cobre conduz calor até oito
vezes mais que outros metais. Devido sua alta resistência
inerente à corrosão, sua fácil formabilidade e a condutividade
térmica, o cobre é um metal ideal para os trocadores de
calor de todos os tipos, incluindo os sistemas solares de
aquecimento de água. Uma vez que o aquecimento da
água (tanto com o uso de eletricidade como o de gás) é um
dos maiores gastos de energia para qualquer edifício ou
casa, o cobre pode reduzir de maneira significativa os
custos de energia.
115
Copper Connects Life. ™
O cobre pode ser laminado frio em folhas finas, que apesar de
sua alta resistência aparente (ligas endurecidas ou rolos de
tratamento térmico) podem ser facilmente transformadas
em componentes conectores, simplesmente dobrando-as.
A combinação única de força e conformidade faz do cobre (e
suas ligas) um metal ideal para o uso em ações repetitivas, que
se submetem a tensão dos componentes, como por exemplo,
os conectores elétricos, molas e interruptores elétricos.
O Cobre
e a Sociedade
Necessidades da sociedade em longo prazo
Enquanto o cobre desfruta de largo uso histórico, há uma
grande parte da população que ainda não tem acesso à
eletricidade ou à água potável. Além disso, as preocupações da
sociedade pela melhoria da saúde pública, pelo aumento da
eficiência energética, pela sustentabilidade do meio ambiente
e por melhores níveis de vida têm promovido o desenvolvimento de sistemas de energia menos contamináveis, a
aquicultura marinha, a eletrônica portátil e ilimitadas formas
de comunicação.
Reconhecendo o profundo afeto que a tecnologia tem em
quase todos os aspectos da vida, a indústria de cobre planeja
continuar participando do avanço da tecnologia e explorar
outros usos. Ao mesmo tempo, devem-se adotar medidas
para fomentar uma maior integração entre a inovação
tecnológica e algumas considerações mais amplas pelos
temas sociais, econômicos e ambientais.
O cobre é essencial para os organismos vivos e tem um papel
fundamental na tecnologia. Desde os sistemas de irrigação
dos antigos reis do Egito até invenções revolucionárias
como o telefone celular, o cobre tem contribuído para o
desenvolvimento da sociedade.
• Melhorar a saúde - O cobre é necessário para o normal
funcionamento das plantas, dos animais, dos seres humanos e
inclusive dos microorganismos. Está incorporado em diversas
proteínas que realizam funções metabólicas específicas. Sua
necessidade dietética diária tem sido recomendada por uma
série de organismos em todo o mundo. Alguns dos usos do
cobre vêm de sua capacidade de controlar o crescimento dos
organismos. Por exemplo, foi provado que o cobre é um
efetivo agente anti-patógeno e antisséptico nos enxágues
bucais e pastas de dentes. As superfícies de contato feitas
com o metal podem ajudar na prevenção de doenças, mediante
o controle de crescimento de patógenos perigosos.
O metal é praticamente o único utilizado na transmissão de
eletricidade e de dados, contribuindo com a evolução para a
era das telecomunicações. Talvez na história da humanidade mesmo levando em conta o ritmo acelerado do progresso
contemporâneo - nunca uma nova invenção tenha sido
comercializada com tanta rapidez como foi o telefone.
Introduzido em 1930, o fio de cobre para telefones foi
utilizado no lugar do ferro para enviar pequenos sinais de
voz, de alta frequência, a mais de 50 milhas sem perder o
sinal ao longo da linha. As características de um fio forte,
homogêneo e de alta condutividade favoreceram, sem
dúvida, o uso do cobre nas telecomunicações.
• Melhorar a eficiência energética - A energia desperdiçada
eleva os custos para os consumidores e pode ter impactos
ambientais negativos. A melhoria na eficiência da energia
elétrica é útil para assegurar melhor qualidade de vida.
A conversão de equipamentos energeticamente eficientes,
especialmente motores premium e superpremium com
rotores de cobre (CMR), assim como um bobinado de cobre
em transformadores de alta eficiência, ajuda a reduzir custos
e atenuar a emissão.
Combinada com sua força, resistência à corrosão e
durabilidade, a beleza natural do cobre tem inspirado inúmeros
arquitetos e designers a integrar o metal tanto em superfícies
externas como internas dos edifícios. O cobre tem coberto
e protegido alguns dos mais importantes edifícios da
antiguidade, como também centenas de universidades,
instituições financeiras, edifícios governamentais e lugares
sagrados.
117
Copper Connects Life. ™
• Sustentabilidade do meio ambiente - A reciclagem tem
sido utilizada há muito tempo para reduzir os resíduos e
para conservar recursos valiosos. O cobre é 100% reciclável,
sem perda de rendimento. Não se consome no sentido de
“acabar”. Ele é utilizado, reciclado e reutilizado (figura C.1).
O cobre tem a maior tradição na reciclagem que qualquer
outro material conhecido pela civilização. Estima-se que
80% de todo o cobre extraído das minas durante os últimos
10 mil anos se encontra em uso. O cobre recuperado por
meio de reciclagem também requer uma energia 75 a 92%
inferior a quantidade necessária para converter o mineral de
cobre a metal.
• Maior nível de vida - A proporção da população mundial
que vive nas cidades com mais de 10 milhões de habitantes
está continuamente aumentando. Este crescimento, sobretudo
quando se concentra em grupos que requerem enormes
infraestruturas elétricas, aumenta a necessidade de materiais
e energia, que deve ser satisfeita de uma maneira econômica
e respeitosa ao meio ambiente. A população que envelhece
atualmente é grande e aumenta a demanda por tecnologias
que ajudem a corrigir a visão, audição, motricidade e outras
deficiências, o que permite aos idosos seguir vivendo
comodamente como membros ativos da sociedade. Atingir
níveis de vida mais altos em meio a um “boom” populacional
requer materiais e produtos que possam ajudar no
desenvolvimento sustentável e uma melhor qualidade de vida
para todos.
Figura C.1. Reciclagem de cobre: refinação,
fabricação, recuperação e reutilização.
118
Figura D.1. Cobre e tendências da população mundial
6.5
300
280
260
6.0
Uso de cobre per capita
População mundial
5.5
5.0
220
200
4.5
180
4.0
População (102 )
O Cobre
hoje em dia
1950=100
240
160
3.5
140
3.0
120
100
2.5
50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 06
19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20
Figura D.2. Mercados finais para o cobre – 2006.
Nos últimos 50 anos, o uso per capita de cobre duplicou,
refletindo o papel do cobre no desenvolvimento da tecnologia,
na expansão da atividade econômica e no aumento dos
níveis de vida (figura D.1). O cobre contribui para muitos
sistemas técnicos em regiões desenvolvidas, como a
construção, a energia, as comunicações e o transporte.
Nas regiões menos desenvolvidas, o cobre apoia a construção
de importantes blocos necessários para elevar os padrões
de vida, levando eletricidade, água potável e transporte
eficiente para alimentar a crescente economia.
Outros 3%
Produtos de consumo 8%
Arquitetura 2%
Distribuição de água 13%
Componentes mecânicos 6%
Trocador de calor
automotivo <1%
Trocador de calor para
construção <1%
Em 2006 a demanda mundial de cobre refinado e reciclado
foi de 22 milhões de toneladas, com aproximadamente um
terço dessa quantia suprida por cobre reciclado a partir da
sucata de cobre.
Trocador de calor para
aparelhos 8%
Gestão térmica
eletrônica 1%
A necessidade de cobre está principalmente na transmissão
de energia elétrica, na transmissão de dados/sinais e nos
sistemas impulsionados por motores na indústria. O fio de
cobre recém-refinado é utilizado devido às exigentes
especificações de rendimento e segurança. As tubulações
e acessórios industriais (por exemplo, distribuição de água)
constituem um dos mais importantes usos do cobre, depois
dos cabos. A figura D.2 ilustra os mercados finais de cobre
e seus percentuais relativos ao total do uso de cobre.
Interconexão
eletrônica 2%
Propulsão elétrica,
automotriz e marinha 9%
Sistemas impulsionados por motores 12%
Cabeamento automotiva 5%
Transmissão de dados / sinais 5%
Transmissão de energia elétrica 26%
119
Copper Connects Life. ™
Por exemplo, os componente para fusíveis do tipo blowouts
de 150A e 200A utilizados nos equipamentos para a mineração
de carvão foram produzidas pela conversão de barras de
cobre em pó de cobre, economizando aproximadamente
25% dos custo de produção.
Tendências e desafios
que influenciam o
uso do Cobre
• Maximizar o valor agregado da utilização de cobre – os
designers de produtos finais tendem a buscar maior economia
(ou seja, a quantidade mínima) de material para uma
funcionalidade adequada, evitando o excesso de engenharia
e mantendo uma aceitável vida útil de produto. O desejo dos
processadores de cobre em agregar valor (e lucros) pode
ser satisfeito com o cumprimento das exigências do usuário
final mediante o aumento do teor de engenharia de produtos,
por exemplo, o tamanho reduzido, a utilização de ligas
especiais e perfis, etc. Os produtos de cobre de engenharia
são materiais de alto valor agregado que normalmente têm
melhor rendimento que o cobre puro ou produtos elaborados
por métodos de fabricação convencionais. Esses produtos
são mais rápidos, apresentam intervalos de temperatura
mais amplos, são multifuncionais ou têm menor custo por ciclo
de vida.
De acordo com os planos da indústria do cobre para os
próximos cinco anos, deve-se considerar como o uso do
cobre mudará em resposta às tendências, às condições
econômicas e aos diferentes impulsionadores de mercado,
assim como aos obstáculos que esses fatores podem
provocar. Embora seja obviamente impossível prever o futuro,
pode-se ter uma ideia das prováveis vias de desenvolvimento
e prioridades considerando-se as forças tecnológicas,
econômicas e sociais que comumente influenciam as
indústrias de cobre.
A capacidade do cobre de bom funcionamento, inclusive
quando se utiliza em espessuras e pesos reduzidos, é uma
característica que produz valor agregado. Por exemplo, nos
tubos de cobre utilizados para água potável, a espessura da
parede pode ser reduzida de 1 mm a 0,3 mm sem destruir sua
funcionalidade. Em coletores térmicos solares, a redução da
espessura da lâmina de cobre de 0,2 mm a 0,12 mm diminui
o uso de cobre e o custo dos produtos, permitindo que o
cobre mantenha 60% de participação nos produtos no
mercado que aumenta a um ritmo de 30% por ano na Europa.
Em aplicações automotivas, a conformabilidade do cobre e a
alta condutividade dão ao metal uma posição favorável para
reduzir o tamanho dos circuitos, conectores e cabeamentos.
• Redução dos custos de processamento – Durante as duas
últimas décadas, as indústrias automotivas e de metais
primários têm sido obrigadas a reduzir o custo de fabricação,
sem reduzir a qualidade. A indústria dos semicondutores
na atualidade está muito preocupada em diminuir os custos,
e o aumento drástico da demanda de bens na China e Índia
tem aumentado os custos de muitas matérias-primas, incluindo
o cobre.
• Aumento da pressão competitiva de outros materiais – A
natureza mutante da pressão concorrencial obriga as empresas
a competir simultaneamente em vários aspectos de
desempenho. Há cerca de quinze anos, o aço foi considerado
como um material antigo, pesado e de duvidosa uniformidade
e os fabricantes de automóveis ameaçaram fabricar as
principais peças com plástico. Depois de anos de esforço
constante pela melhoria de qualidade, o aço continua
superando os materiais da concorrência. O alumínio e
outros materiais têm histórias similares de êxito. O cobre, com
suas características únicas, deve oferecer melhorias que não
se pode atingir com outros materiais, diminuindo assim o efeito
de sensibilidade ao custo na decisão de compra.
Nas aplicações em que o cobre é o mais adequado para
um uso específico, o risco de substituição é demasiadamente
alto, sendo que os fabricantes começaram a responder aos
altos custos do cobre buscando processos de fabricação e
montagem mais eficientes para diminuir os custos. Os períodos
prolongados de altos custos finalmente conduzirão à redução
da quantidade de cobre a ser usado e, em última instância, a
substituição deste por materiais alternativos.
A capacidade do cobre para ser fabricado como um metal
forjado ou em pó (P/M) tem permitido importante redução nos
custos em uma grande variedade de aplicações eletrônicas.
121
Copper Connects Life. ™
• Mudanças de regulamentos, códigos e normas – Devido
principalmente ao aumento dos custos de energia e as
preocupações políticas sobre a futura segurança de
fornecimento, a eficiência energética tem aumentado
rapidamente na agenda política da União Europeia.
As indústrias estão dando cada vez mais atenção para o
valor da eficiência energética e seus efeitos sobre a economia
do ciclo de vida. Um bom exemplo é que as exigências
das instituições com normas mais rígidas em eficiência de
motores e o mercado para motores eficientes premium e
superpremium aumentaram em ritmo acelerado. Os motores
CMR de alta eficiência, eficiência premium e sobretudo
superpremium, utilizam mais de 20% de cobre nos
enrolamentos dos estatores e nos motores, também nas barras
condutoras, em comparação com os antigos motores de
“eficiência-padrão”.
físicas e mecânicas, melhora-se também o desempenho do
cobre nas aplicações avançadas.
• O uso crescente de materiais complementares – Os
materiais que podem mudar as características de
funcionamento de cobre podem se agregar à superfície ou se
incorporar no cobre. O cobre é utilizado mais frequentemente
em combinação com outros materiais e as propriedades
do sistema de materiais resultantes se ajustam às necessidades
de uma aplicação específica. Os materiais complementares
aplicados às superfícies de cobre podem proporcionar
capas mais finas de isolamento elétrico, proteção contra
a manipulação, proteção contra a corrosão ou muitas outras
qualidades desejáveis.
A demanda por materiais com maior resistência/peso tem
aumentado o interesse pelos materiais compostos, nos quais
se agrega um material de reforço dentro de outro
material, com a finalidade de aumentar a resistência e a
durabilidade e, em alguns casos, reduzir seu peso. O cobre
não é em si um material com alta relação força/peso e não
é frequentemente utilizado nos casos em que essa propriedade
é singularmente especificada. No entanto, as formulações
tais como materiais compostos, em que o cobre é reforçado
com fibras de carboneto de silício, têm alta condutividade
térmica e resistência a temperaturas elevadas. Outras possibilidades com base nesse exemplo devem ser procuradas.
Outros regulamentos que afetaram a indústria de cobre
envolvem os solos, as águas, os resíduos e os sedimentos.
Na Ásia, o aumento na industrialização, o desenvolvimento
na infraestrutura e as construções residenciais e comerciais
impulsionam os governos a apoiar os avanços científicos
para compreender o comportamento dos metais e a
toxicidade nos solos, nas águas e nos sedimentos. Nos anos
seguintes, também foram revisados regulamentos similares
no Chile e na América do Norte. Nos Estados Unidos aumenta
a preocupação pela carga de cobre nas águas e no solo
derivadas de fontes como a arquitetura, guarnições de
freios de automóveis, fertilizantes, pintura e irrigação, entre
outras. Em vários casos importantes (por exemplo, as
regiões de Connecticut e a Baía de São Francisco) essas
fontes têm sido atenuadas pela aplicação correta da ciência
do meio ambiente.
• Design para a recuperação e reutilização – O cobre e suas
ligas são 100% recicláveis e o cobre secundário é um
importante material industrial. Rotineiramente, o cobre é
extraído de automóveis, componentes eletrônicos e dos
edifícios no final de sua vida útil. É importante para os
engenheiros considerar de que forma os produtos serão
desmontados e o cobre recuperado. Durante os processos
de fabricação, nem todo o cobre se converte em produtos
úteis e esse material excedente precisa ser recuperado e
reciclado. É benéfico que esse material de sucata permaneça
sem contaminação, para facilitar sua reutilização.
• Assegurar o desempeno dos produtos que contenham
cobre – Cada vez mais se utiliza a simulação computacional
para predizer e validar o desempenho do cobre nas novas
aplicações. A miniaturização e a integração de materiais
impulsionaram investigações adicionais nas propriedades
mecânicas dos sistemas pequenos, no comportamento das
regiões superficiais e subsuperficiais do cobre e suas ligas, nos
fenômenos que afetam a interface do cobre com outros
materiais e no impacto de uma maior integração de diferentes
materiais na reciclagem.
O desenvolvimento e a utilização de novas ligas, combinado
com restrições de design mais estritas, requerem que
as propriedades dessas ligas (e outros materiais convencionais)
sejam conhecidas ou previsíveis com uma maior certeza.
Ao melhorar o controle das propriedades térmicas, elétricas,
122
A ICA apresenta três estratégias para a introdução do Guia
de Inovação de Aplicação do Cobre:
• Atividades de divulgação e desenvolvimento de alianças:
envolvem as pessoas e as organizações relevantes para inspirar
novas ideias sobre as oportunidades de aplicações futuras para
o cobre e as atividades de I&D necessárias.
• Fóruns de introdução do Guia de Inovação: proporcionarão
cenários para promover uma tempestade de ideias sobre áreas
de oportunidades específicas e compartilhar as conclusões
entre as redes criadas
Implementação do
Guia de
Inovação
Tecnológica
• Supervisão do Guia de Inovação e coordenação de
projetos: envolve gerenciar as interações entre as diversas
organizações que participam no uso do Guia de Inovação.
Historicamente a ICA tem um papel de coordenação de
desenvolvimento e adoção de I&D para as principais aplicações
de cobre e continuará assumindo esse papel. A ICA também
liderará esforços para assegurar o financiamento de terceiros,
incluindo os governos, as organizações não governamentais
e organizações industriais.
A figura 3.1 descreve os principais passos de instauração, que
têm tem por objetivo desencadear o diálogo sobre o cobre
e posteriormente instalar e gerenciar projetos de aplicações
de cobre. Serão necessárias uma forte liderança e
perseverança para garantir que as oportunidades não sejam
perdidas. Também é importante alcançar o sucesso precoce
a fim de manter o estímulo gerado pelo Guia de Inovação e
convencer as empresas de que o modelo de parceria
tecnológica pode funcionar.
O Guia de Inovação Tecnológica de aplicação de cobre
continuará evoluindo à medida que a indústria reagir às
tendências sociais, às pressões de competência e às evoluções
tecnológicas relacionadas, assim como às oportunidades
imprevistas. Embora não abranja todos os meios tecnológicos
para o futuro, esse guia de inovação foca no que seus
colaboradores estão convencidos serem as necessidades
prioritárias para a indústria de cobre e seus usuários.
Difusão e desenvolvimentos de alianças
Como tal, destina-se a orientar o planejamento e a adoção
de programas de conjuntos de I&D que envolvam os
produtores de cobre, indústrias que utilizam o cobre,
universidades, laboratórios governamentais, empresários e
tecnólogos independentes.
As associações em projetos conjuntos aproveitam os recursos
e as capacidades existentes entre semifabricantes de cobre,
produtores de componentes, fabricantes de sistemas e de
equipamentos originais (OEM), organizações governamentais,
universidades, produtores e outras partes interessadas.
A combinação das experiências e as perspectivas de todas
as facetas dos mercados relacionados com o cobre garantirão
que suas necessidades se satisfaçam. Além disso, a
informação e a divisão de custos minimizam a duplicação
dos esforços de desenvolvimento de tecnologia e maximizam
o uso de recursos para alcançar soluções de forma eficiente.
Embora os papéis das empresas e organizações na aplicação
deste guia não foram determinados ainda, eles vão tomando
forma à medida que o Guia de Inovação for difundido e
revisado por todos participantes.
Muitas das organizações que participaram na criação deste
guia investem anualmente importantes recursos no
desenvolvimento de produtos inovadores, novas ligas de cobre
e avançadas tecnologias de processos. Seus registros de
investimentos em tecnologia são, e continuarão sendo, uma
das principais fontes de seu próprio êxito futuro no mercado.
Ao trabalhar no desenvolvimento deste Guia de Inovação, a
indústria deu seu primeiro passo na transformação tecnológica
de negócios. Mas a aplicação de mudanças é o passo mais
difícil e complexo na obtenção dos resultados desejados. Sem
uma ideia clara de como instaurar este guia, ele se transformará
em outro relatório para as bibliotecas.
123
Copper Connects Life. ™
As atividades de divulgação são igualmente importantes,
já que elas mantêm os grupos da indústria informados e
atualizados com relação à tecnologia e às estratégias eficazes
para aumentar o valor dos produtos, utilizando as vantagens
inerentes do cobre. Os fóruns on-line da Web, artigos de
revistas, informes publicitários, conferências informativas e
atualizações de notícias de forma regular podem aumentar
a conscientização global sobre os últimos desenvolvimentos
das inovações de cobre.
Figura 3.1. Estimulando assuntos sobre o cobre – Unir pessoas e
redes dentro dos domínios chaves e estimular a reflexão sobre as
tecnologias relacionadas com o cobre.
Redes de ciência dos
materiais, metalurgia e
processamento de
materiais.
Redes de engenharia
em design e aplicações
relevantes para o cobre
Fontes de financiamento
interessadas em
tecnologias relacionadas
com o cobre
Estímulo
da ICA na ISO
Foros de
implementação
dos planos de
trabalho.
Divulgação e
desenvolvimento
de associações.
Supervisão e
coordenação de
projetos.
124
Um fórum sobre a implementação do Guia de Inovação
pode proporcionar os meios para obter novas ideias para
acelerar o progresso dos projetos mais sensíveis em curto
prazo. Se for determinado que uma oportunidade específica
do Guia de Inovação não está sendo tratado por meio dos
esforços em desenvolvimento, os líderes da indústria de
cobre, incluindo a ICA, devem agir para organizar atividades
que reúnam toda a gama de especialidades necessárias
para pensar de forma criativa sobre as possíveis respostas.
Esse investimento pode ser direcionado para a pesquisa
aplicada, a comercialização de tecnologia, a integração de
produtos, as experiências de campo, a formação/promoção
ou qualquer outro meio ou método que fomente uma
oportunidade em particular.
De acordo com sua missão, a ICA pode desempenhar esse
papel, proporcionando a necessária supervisão e colaboração
para iniciar e dotar de recursos os projetos e atividades.
A missão da ICA é promover o cobre como o material de
escolha para os mercados atuais e as novas aplicações, devido
seus atributos superiores em relação ao desempenho técnico,
o seu valor estético, sua sustentabilidade e a maneira pela
qual é essencial para a vida, assim como suas contribuições
para um melhor padrão de vida.
Antes de dar início a novos projetos, a indústria de cobre
deve definir claramente os resultados esperados, os recursos
e as capacidades exigidas e a forma como os resultados
contribuirão para a realização de uma conquista particular.
Cada um desses fatores será integrado às exigências para
as propostas de projetos inovadores, provenientes das
universidades, das empresas privadas, dos laboratórios
governamentais, dos pesquisadores ou da comunidade
técnica.
A missão da ICA:
Promover o cobre como o material
preferido para os mercados atuais e
novas aplicações, devido seus
atributos superiores em relação ao
Supervisão do Guia de Inovação e coordenação
de projetos
desempenho técnico,
o valor estético, a sustentabilidade e
O Guia de Inovação do Cobre incentiva as organizações e
indivíduos a participar da maneira que melhor aproveitem
as diferentes capacidades, habilidades e recursos para
desenvolver as oportunidades descritas neste documento.
Isso dá às empresas e às organizações a flexibilidade para
realizar projetos que correspondam aos seus interesses
particulares. No entanto, sem uma estrutura unificada
será difícil identificar, organizar, financiar e acompanhar as
diversas atividades e seus benefícios associados.
a essenciabilidade para a vida, assim
como suas contribuições para um
melhor padrão de vida.
Referências:
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p. 3. Translation by the International Copper Association, Ltd. (ICA). Santiago, Chile: Codelco, 2001.
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12, 2007, http://www.icsg.org/Factbook/copper_world/intensity.htm.
4. Lea, Tony. E-mail message to author. 21 May 2007.
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Technical Seminar Presentation, Tokyo, Japan 2005.
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15. ICA. “Impact Matrix.” Working PowerPoint slide, ICA, 2006.
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19. ICA. “Strategic Plan 2007-2011.” Working paper, ICA, 2006.
125
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Instituições
Contatos
Instituto de Nutrição e Tecnologia de Alimentos (INTA)
Magdalena Araya
Av. Macul 5540, Macul, Santiago
Tel.: 978-1468
www.inta.cl
Ph.D. Universidade de Sydney, NSW, Austrália
Médica-cirurgiã, Universidade do Chile, Pediatra-gastroenteoróloga
Professora Titular, Universidade do Chile
Pesquisadora do Instituto de Nutrição e Tecnologia de Alimentos (INTA)
Universidade do Chile
Email: [email protected]
Procobre Brasil
Antonio Maschietto, Jr. - Diretor-executivo
Av. Brigadeiro Faria Lima 2128 - 2 andar - conjunto 203
CEP 01451-903 - Jardim Paulistano - Sao Paulo - SP - Brasil
Tel.: (55-11) 3816-6383 - Fax: (55-11) 3816-6383
Email: [email protected]
www.procobre.org/br
Manuel Olivares Grohnert
Médico-cirurgião, Pediatra, Hematólogo-oncólogo infantil
Professor Titular, Universidade do Chile
Pesquisador do Instituto de Nutrição e Tecnologia de Alimentos (INTA)
Universidade do Chile
Email: [email protected]
Procobre Chile
Daniel de la Vega Wilson – Diretor-executivo
Vitacura 2909 of. 303
Las Condes, Santiago, Chile
Tel.: 56 (2) 335 3488 - Fax: 56 (2) 335 3264 x111
Email: [email protected]
www.procobre.org
Fernando Pizarro
Tecnólogo-médico, Laboratorio clínico
Professor Titular, Universidade do Chile
Chefe do Laboratório de Micronutrientes do Instituto de Nutrição e Tecnologia
de Alimentos (INTA), Universidade do Chile
Email: [email protected]
Procobre México
Efrén Franco Villaseñor – Diretor-executivo
Av. Sor Juana Inés de la Cruz 14 Oficina 305 - 54000 Tlalnepantla
Estado de México, México
Tel.: (52-55) 1665-6330 - Fax: (52-55) 1665-6562
Email: [email protected]
www.procobre.org
Guillermo Figueroa Gronemeyer
Procobre Perú
Gustavo Lagos
Miguel de la Puente Quesada – Diretor-executivo
Calle Francisco Graña 665-671, Magdalena del Mar, Lima 17, Perú
Tel.: (51-1) 261-4067 - Fax: (51-1) 460-1616
Email: [email protected]
www.procobre.org
Engenheiro de Minas, Universidade do Chile
Ph.D. em Eletroquímica, Universidade de Leeds, Inglaterra
Pós-graduado em Processamento de Minerais,
Universidade de Leeds, Inglaterra
Mestre em Engenharia de Minas da Pontifícia Universidade Católica do Chile
Diretor do Centro de Mineração da Pontifícia Universidade Católica do Chile
Email: [email protected]
Tecnólogo-médico, Microbiólogo
Professor Associado, Universidade do Chile
Chefe do Laboratório de Microbiologia e Probióticos do Instituto de Nutrição e
Tecnologia de Alimentos (INTA), Universidade do Chile
Email: [email protected]
Editor
Hernán Sierralta Worstman
Diretor de Comunicação para a América Latina
Email: [email protected]
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COBRE
Saúde, Meio Ambiente
e Novas Tecnologias