Em um avanço científico que seria a inveja do próprio George Washington Carver, os cientistas podem ter inventado o uso mais engenhoso do amendoim. Mas essas não são as leguminosas populares que Carver transformou em alimentos, corantes e cosméticos - eles estão empacotando amendoins. Uma equipe de engenheiros químicos da Universidade de Purdue desenvolveu agora uma maneira fascinante de reutilizar amendoins para a fabricação de anodos de carbono, um componente de baterias recarregáveis que supera as baterias concorrentes no mercado.
Amendoins de embalagem provaram ser incrivelmente úteis para garantir a chegada segura de parcelas volumosas com peso adicional insignificante. No entanto, eles são um demônio para se desfazer. Como eles ocupam muito espaço e são caros para o transporte, muitos serviços de reciclagem não aceitam mais o amendoim. Como resultado, apenas uma fração dos amendoins é adequadamente reciclada.
A maioria restante é despejada em aterros onde podem representar uma ameaça ambiental significativa. Além de tomar várias gerações para se decompor, o poliestireno (isopor, a marca comum), o amendoim à base, contém substâncias químicas que se acredita serem carcinogênicas. Em resposta às críticas a estes efeitos ambientais nocivos, os fabricantes introduziram amendoins biodegradáveis à base de amido e não tóxicos. No entanto, os pesquisadores da Purdue afirmam que essa alternativa “verde” também pode conter substâncias químicas potencialmente perigosas que são usadas para “inchar” esses amendoins.
Vilas Pol, um professor associado da Escola de Engenharia Química da Purdue e principal autor do estudo, diz que sua inspiração para o projeto veio ao encomendar materiais para seu novo laboratório experimental de pesquisa de bateria. “Estávamos recebendo muitos equipamentos e produtos químicos contidos em muitas caixas cheias de amendoim e, em algum momento, percebi que todos esses amendoins seriam desperdiçados”, diz Pol. "Queríamos fazer algo que fosse bom para a sociedade e o meio ambiente".
As baterias de íons de lítio consistem principalmente de um eletrodo positivo (catodo) feito de uma substância à base de lítio, um eletrodo negativo (ânodo) feito de carbono, uma membrana polimérica separando-os e uma substância fluida eletrolítica que pode carregar através da membrana. Quando a bateria carrega, os íons de lítio positivos se movem do catodo positivo para o anodo negativo e são armazenados no carbono. Por outro lado, quando a bateria está em uso, os íons de lítio fluem na direção oposta, gerando eletricidade.
Depois de uma análise inicial ter revelado que os componentes primários do amendoim são carbono, hidrogênio e oxigênio, a equipe procurou desenvolver um processo que pudesse utilizar o carbono para criar um ânodo para uma bateria de íons de lítio. Ao aquecer o amendoim sob condições específicas, a equipe conseguiu isolar o carbono, tomando um cuidado especial para eliminar o oxigênio e o hidrogênio através da formação de vapor de água, de modo a não criar um subproduto perigoso para o meio ambiente. A equipe então aplicou calor adicional ao carbono remanescente, moldando-o em folhas muito finas capazes de servir como um ânodo para sua bateria.
Surpreendentemente, a nova bateria “upcycled” excedeu amplamente as expectativas dos cientistas - armazenando mais carga geral, em cerca de 15%, e carregando mais rápido do que outras baterias comparáveis de íons de lítio. Acontece que o processo de fabricação exclusivo da equipe alterou inadvertidamente a estrutura do carbono a seu favor. Investigações posteriores revelaram que, quando a água era liberada do amido, produzia pequenos poros e cavidades - aumentando a área total da superfície capaz de conter a carga de lítio. Pol e seus colegas também descobriram que seu processo aumentou o espaçamento entre os átomos de carbono, facilitando uma carga mais rápida, permitindo que os íons de lítio tenham acesso mais eficiente a cada átomo de carbono. "É como se você tivesse uma porta maior para o lítio atravessar", diz Pol. "E esse espaço maior motiva o lítio a se mover mais rápido".
Além do impacto ambiental inerente positivo da reutilização de amendoim que, de outra forma, lotaria os aterros sanitários, o isolamento do carbono puro dos amendoins requer energia mínima (apenas 1.100 graus Fahrenheit). Por outro lado, a temperatura necessária para produzir o carbono convencional usado para ânodos de bateria está entre 3.600 e 4.500 graus Fahrenheit e leva vários dias, afirma Pol.
Os pesquisadores solicitaram uma patente para sua nova tecnologia, na esperança de trazê-la ao mercado nos próximos dois anos, e planejam investigar outros usos para o carbono também. "Este é um processo muito escalável", diz Pol. E “essas baterias são apenas uma das aplicações. O carbono está em todo lugar.
