Pesquisadores desenvolveram um método poderoso e de baixo custo para reciclar óleo de cozinha usado e resíduos agrícolas em biodiesel, e transformar restos de comida e lixo plástico em produtos de alto valor.
Pela RMIT University publicado no Phys.
O método aproveita um novo tipo de catalisador ultra eficiente que pode fazer biodiesel de baixo carbono e outras moléculas complexas valiosas a partir de diversas matérias-primas impuras.
O óleo de cozinha usado atualmente precisa passar por um processo de limpeza que consome muita energia para ser usado no biodiesel, porque os métodos de produção comercial só podem lidar com matérias-primas puras com 1-2% de contaminantes.
O novo catalisador é tão resistente que pode produzir biodiesel a partir de ingredientes de baixo teor, conhecidos como matéria-prima, contendo até 50% de contaminantes.
É tão eficiente que poderia dobrar a produtividade dos processos de manufatura para transformar lixo como restos de comida, microplásticos e pneus velhos em precursores químicos de alto valor usados para fazer qualquer coisa, desde medicamentos e fertilizantes até embalagens biodegradáveis.
O projeto do catalisador é relatado em um novo estudo de uma colaboração internacional liderada pela RMIT University, publicado na Nature Catalysis .
O co-investigador principal, Professor Adam Lee, RMIT, disse que as tecnologias convencionais de catalisadores dependiam de matérias-primas de alta pureza e exigiam soluções de engenharia caras para compensar sua baixa eficiência.
“A qualidade da vida moderna depende criticamente de moléculas complexas para manter nossa saúde e fornecer alimentos nutritivos, água limpa e energia barata”, disse Lee.
“Atualmente, essas moléculas são produzidas por processos químicos insustentáveis que poluem a atmosfera, o solo e os cursos d’água.
“Nossos novos catalisadores podem nos ajudar a obter o valor total dos recursos que normalmente iriam para o lixo – de óleo de cozinha usado rançoso a cascas de arroz e cascas de vegetais – para fazer avançar a economia circular.
“E ao aumentar radicalmente a eficiência, eles poderiam nos ajudar a reduzir significativamente a poluição ambiental da fabricação de produtos químicos e nos aproximar da revolução da química verde.”
Esponja catalisadora: avançando a química verde
Para fazer o novo catalisador ultraeficiente, a equipe fabricou uma esponja de cerâmica de tamanho mícron (100 vezes mais fina que um cabelo humano ) que é altamente porosa e contém diferentes componentes ativos especializados.
As moléculas inicialmente entram na esponja através de grandes poros, onde passam por uma primeira reação química, e então passam para poros menores, onde sofrem uma segunda reação.
É a primeira vez que um catalisador multifuncional é desenvolvido que pode realizar várias reações químicas em sequência dentro de uma única partícula de catalisador e pode ser uma virada de jogo para o mercado global de catalisadores de US $ 34 bilhões.
A co-investigadora principal, Professora Karen Wilson, também da RMIT, disse que o novo design do catalisador imita a maneira como as enzimas nas células humanas coordenam reações químicas complexas.
“Catalisadores foram desenvolvidos anteriormente para realizar várias reações simultâneas, mas essas abordagens oferecem pouco controle sobre a química e tendem a ser ineficientes e imprevisíveis”, disse Wilson.
“Nossa abordagem bioinspirada olha para os catalisadores da natureza – enzimas – para desenvolver uma maneira poderosa e precisa de realizar várias reações em uma sequência definida.
“É como ter uma linha de produção em nanoescala para reações químicas – tudo alojado em uma partícula catalisadora minúscula e supereficiente.”
Diesel DIY: apoiando a produção distribuída de biocombustíveis
Os catalisadores esponjosos são baratos de fabricar, sem usar metais preciosos.
A produção de biodiesel de baixo carbono a partir de resíduos agrícolas com esses catalisadores requer pouco mais do que um grande recipiente, um pouco de aquecimento suave e agitação.
É uma abordagem de baixa tecnologia e baixo custo que poderia promover a produção distribuída de biocombustíveis e reduzir a dependência do diesel derivado de combustível fóssil.
“Isso é particularmente importante em países em desenvolvimento, onde o diesel é o principal combustível para alimentar geradores de eletricidade domésticos”, disse Wilson.
“Se pudéssemos capacitar os agricultores a produzir biodiesel diretamente de resíduos agrícolas como farelo de arroz, castanha de caju e cascas de mamona, em suas próprias terras, isso ajudaria a resolver os problemas críticos de pobreza energética e emissões de carbono.”
Embora os novos catalisadores possam ser usados imediatamente para a produção de biodiesel, com um desenvolvimento posterior eles poderiam ser facilmente adaptados para produzir combustível de aviação a partir de resíduos agrícolas e florestais, pneus de borracha velhos e até algas.
As próximas etapas para a equipe de pesquisa da Escola de Ciências da RMIT são aumentar a fabricação do catalisador de gramas para quilogramas e adotar tecnologias de impressão 3-D para acelerar a comercialização.
“Também esperamos expandir a gama de reações químicas para incluir luz e ativação elétrica para tecnologias de ponta, como fotossíntese artificial e células de combustível”, disse Lee.
“E estamos procurando trabalhar com potenciais parceiros de negócios para criar uma gama de catalisadores disponíveis comercialmente para diferentes aplicações.”
