Como árvores podem se transformarbetano firmabateriasbetano firmacarga rápida:betano firma

betano firma Com a demanda por veículos elétricos disparando, cientistas estãobetano firmabuscabetano firmamateriais para fabricar baterias sustentáveis. E uma forte candidata é a lignina presente nas árvores.

Cercabetano firmaoito anos atrás, um importante produtorbetano firmapapel na Finlândia percebeu que o mundo estava mudando.

O crescimento das mídias digitais, a queda do usobetano firmapapel nos escritórios e a redução da popularidade do enviobetano firmaobjetos e papéis pelo correio, entre outros fatores, significava que o consumobetano firmapapel passou a enfrentar um declínio constante.

A empresa finlandesa Stora Enso define a si própria como "um dos maiores proprietáriosbetano firmaflorestas particulares do mundo". Ou seja, ela possui muitas árvores, que são usadas para fabricar produtosbetano firmamadeira, papel e embalagens. E, agora, ela também quer produzir bateriasbetano firmaveículos elétricos que possam ser carregadasbetano firmaaté oito minutos.

A empresa contratou engenheiros para analisar a possibilidadebetano firmauso da lignina, que é um polímero encontrado nas árvores. A lignina compõe cercabetano firma30% das árvores, dependendo da espécie, enquanto o restante é basicamente celulose.

"A lignina é a cola das árvores, ela meio que cola as fibrasbetano firmacelulose entre si e também faz com que as árvores fiquem muito rígidas", explica Lauri Lehtonen, chefe da Lignode, a soluçãobetano firmabaterias baseadasbetano firmalignina da Stora Enso.

A lignina é um polímero e contém carbono. E o carbono é um ótimo material para produzir um componente vital das baterias, chamado ânodo. A bateriabetano firmaíonsbetano firmalítio do seu telefone celular, com quase toda certeza, tem um ânodobetano firmagrafite. E o grafite é uma formabetano firmacarbono com estrutura estratificada.

Os engenheiros da Stora Enso descobriram que podem extrair lignina da polpa residual que já é produzidabetano firmaalgumas das suas fábricas e processar essa lignina para fabricar materialbetano firmacarbono para os ânodos das baterias.

A empresa já firmou parceria com a companhia sueca Northvolt e planeja começar a fabricar baterias jábetano firma2025.

Com cada vez mais pessoas comprando carros elétricos e armazenando energiabetano firmacasa, estima-se que a demanda global por baterias apresente forte crescimento nos próximos anos.

Para Lehtonen, "a demanda é simplesmente alucinante".

Em 2015, foi necessário gerar algumas centenasbetano firmagigawatts-hora (GWh) a mais para carregar bateriasbetano firmatodo o mundo. Mas esta demanda irá disparar até atingir milharesbetano firmaGWh anuaisbetano firma2030, à medida que o mundo reduzir o consumobetano firmacombustíveis fósseis, segundo a empresabetano firmaconsultoria empresarial McKinsey & Company.

A questão é que as bateriasbetano firmaíonsbetano firmalítio que usamos hojebetano firmadia dependem,betano firmagrande parte, da mineração ebetano firmaprocessos industriais que prejudicam o meio ambiente.

E alguns dos materiais usados na fabricação dessas baterias são tóxicos ebetano firmadifícil reciclagem. Muitos deles vêmbetano firmapaíses com problemasbetano firmarelação aos direitos humanos.

Para produzir grafite sintético, por exemplo, o carbono precisa ser aquecido por semanas a fio a maisbetano firma3000 °C. A energia usada no aquecimento, muitas vezes, vembetano firmausinas elétricas movidas a carvão na China, segundo a empresabetano firmaconsultoria Wood Mackenzie.

Por isso, a busca por materiais sustentáveis para usobetano firmabaterias que sejam amplamente disponíveis está aberta. E algumas pessoas dizem que podemos encontrá-los nas árvores.

Geralmente, as baterias precisam incluir um cátodo e um ânodo - os eletrodos positivo e negativo, respectivamente - para que as partículas carregadas chamadas íons possam fluir entre eles.

Quando a bateria é carregada, os íonsbetano firmalítio ou sódio, por exemplo, são transferidos do cátodo para o ânodo, onde ficam estacionados como carrosbetano firmaum edifício-garagem, como explica a consultora independente Jill Pestana, engenheira e cientista especializadabetano firmabaterias da Califórnia, nos Estados Unidos.

"A principal propriedade desejável nessa estruturabetano firmaestacionamentobetano firmamaterial é que ela possa receber facilmente o lítio ou o sódio e deixar que ele saia, sem desintegrar-se", explica ela.

Quando a bateria é descarregada para alimentar algo como um carro elétrico, os íons retornam para o cátodo depoisbetano firmaliberar os elétrons, que se movem através do fiobetano firmaum circuito elétrico, transferindo energia, no caso, para o veículo.

Pestana afirma que o grafite é um material "espetacular". Seu funcionamento como ânodo é tão confiável que permite que essas reações aconteçam. Materiais alternativos, incluindo as estruturasbetano firmacarbono derivadasbetano firmalignina, enfrentam dificuldade para demonstrarbetano firmaadequação para o trabalho.

Mas existem diversas empresas que estão explorando o potencial da lignina no desenvolvimentobetano firmabaterias. Uma delas é a sueca Bright Day Graphene, que produz grafeno, que é outra formabetano firmacarbono, a partir da lignina.

Também Lehtonen exalta as virtudes do materialbetano firmaânodobetano firmacarbono dabetano firmaempresa, a Stora Enso, que o batizoubetano firmaLignode. Ele não revela exatamente como a companhia transforma a ligninabetano firmauma estruturabetano firmacarbono rígida, nem o que é exatamente essa estrutura.

Ele informa apenas que o processo envolve o aquecimento da lignina, mas a temperaturas muito abaixo das necessárias para a produçãobetano firmagrafite sintético.

Uma característica importante da estruturabetano firmacarbono resultante é que ela é "amorfa", ou irregular, segundo Lehtonen. "Realmente, ela permite muito mais mobilidadebetano firmaentrada e saída dos íons", afirma ele.

A Stora Enso afirma que isso os ajudará a fabricar bateriasbetano firmaíonsbetano firmalítio oubetano firmasódio que podem ser carregadasbetano firmaaté oito minutos. O carregamento rápido é um objetivo importante dos desenvolvedoresbetano firmabaterias para veículos elétricos.

Outra pesquisa sobre ânodosbetano firmacarbono derivadosbetano firmalignina está sendo conduzida por Magda Titirici, do Imperial Collegebetano firmaLondres, e seus colegas. Ela indica que é possível produzir esteiras condutoras que contêm estruturasbetano firmacarbono complexas e irregulares, com muitos defeitos ricosbetano firmaoxigênio.

Esses defeitos, aparentemente, ampliam a capacidadebetano firmareação do ânodo com íons transferidos do cátodobetano firmabateriasbetano firmaíonsbetano firmasódio, segundo Titirici. E, porbetano firmavez, esta capacidade reduz o tempobetano firmacarregamento. "Esta esteira condutora é fantástica para baterias", afirma ela.

Wyatt Tenhaeff, da Universidadebetano firmaRochester, no Estadobetano firmaNova York (EUA), também produziu ânodos derivadosbetano firmaligninabetano firmaambientebetano firmalaboratório.

A lignina "realmente é ótima", segundo ele, pois é um subproduto que, potencialmente, pode ter muitos usos.

Durante os experimentos, Tenhaeff e seus colegas descobriram que podem usar a lignina para produzir ânodos com estrutura autossustentante, que não necessitambetano firmacola, nembetano firmacoletoresbetano firmacorrentebetano firmacobre, que são componentes comuns das bateriasbetano firmaíonsbetano firmalítio.

Isso pode reduzir o custo dos ânodosbetano firmacarbono derivadosbetano firmalignina, mas o pesquisador tem dúvidas se eles poderão competir comercialmente com os ânodosbetano firmagrafite.

"Simplesmente não acho que será uma mudançabetano firmaprocesso suficiente,betano firmatermosbetano firmacusto ou desempenho, para substituir o grafite, que está consagrado", afirma ele.

Existe também a questão da sustentabilidade. A pesquisadora Chelsea Baldino, do Conselho Internacional sobre Transporte Limpo, ressalta que, desde que a lignina usada para a produçãobetano firmaânodos seja extraída como subproduto do processobetano firmafabricaçãobetano firmapapel, não será preciso cortar mais árvores para a produçãobetano firmabaterias.

Um porta-voz da Stora Enso confirmou que, atualmente, toda a lignina empregada pela companhia é "um subproduto do processobetano firmafabricaçãobetano firmapolpa" e que seu uso não aumenta o númerobetano firmaárvores derrubadas, nem o volumebetano firmamadeira consumido na fabricaçãobetano firmapolpa.

Mas Pestana acrescenta que qualquer pessoa que procurar fabricar ânodosbetano firmalignina deve garantir que a florestabetano firmaonde aquela lignina é extraída também seja sustentável. "Se a indústria da polpa não for sustentável, o materialbetano firmasi não é um material derivadobetano firmafontes sustentáveis", explica ela.

O relatório anual da Stora Ensobetano firma2021 afirma que a empresa "conhece a origembetano firmatoda a madeira que utiliza e 100% dela vêmbetano firmafontes sustentáveis".

Existe pelo menos mais uma formabetano firmaque a lignina pode ser utilizadabetano firmabaterias, além dos ânodos. Em abrilbetano firma2022, uma equipebetano firmapesquisa na Itália publicou um estudo sobre seus esforços para o desenvolvimentobetano firmaum eletrólito com basebetano firmalignina.

O eletrólito é o componente que fica entre o cátodo e o ânodo. Ele ajuda a fazer os fluxos fluírem entre os eletrodos, mas também força os elétrons a seguir o trajeto desejado através do circuito elétrico ao qual a bateria é conectada.

Em outras palavras, o eletrólito evita que os elétrons fiquem simplesmente pulando entre os eletrodos, o que deixaria o seu telefone celular morto e enterrado.

É possível conseguir polímeros para os eletrólitos a partirbetano firmaóleo, segundo Gianmarco Griffini, da Universidade Politécnicabetano firmaMilão, na Itália. Mas ele acrescenta que seria conveniente encontrar fontes alternativas, que sejam sustentáveis.

Griffini explica que a ideiabetano firmausar lignina surgiu depois que ele e seus colegas fizeram experiências com o uso do materialbetano firmapainéis solares, com resultados levemente abaixo do esperado.

"A eficiência que você obtém nas células solares é relativamente limitada porque a lignina é marrom e, por isso, realmente absorve parte da luz", explica ele. Mas, nas baterias, este problema não existe.

Para a produçãobetano firmaânodos, a lignina é tratada a quente para decompô-la nos seus carbonos constituintes. Mas Griffini, que se autodefine como o "'cara' dos polímeros", afirma que prefere usá-la na formabetano firmapolímero.

Com issobetano firmamente, ele e seus colegas desenvolveram um eletrólito poliméricobetano firmagel que auxiliou o movimento dos íonsbetano firmauma bateria experimentalbetano firmapotássio. "Realmente teve resultados muito bons", ele conta.

A viabilidade comercialbetano firmatodas essas ideias ainda precisa ser comprovada. Magda Titirici acrescenta que, teoricamente, é possível fabricar uma bateria que use polímerosbetano firmalignina no eletrólito e carbono derivadobetano firmalignina no ânodo.

Quem sabe podemos até usar essa bateria para alimentar os componentes eletrônicosbetano firmamadeira que foram descritosbetano firmaoutro estudo, no ano passado. Seria a tecnologia perfeita para iluminar uma casa na árvore, não? Ou será que estaríamos indo longe demais?

Leia a versão original desta reportagem (em inglês) no site BBC Future.

- Este texto foi publicadobetano firmahttp://www.mi-rob.com/geral-64243702