Alumínio verde pode evitar poluição, armazenar energia e gerar hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/09/2022

Em vez de emitir dióxido de carbono, a nova tecnologia pode liberar oxigênio puro na atmosfera.
[Imagem: Trimet/Divulgação]

Alumínio verde

O método convencional de produção de alumínio a partir do mineral bauxita (um óxido de alumínio, ou alumina) libera enormes quantidades do gás de efeito estufa CO₂ - até oito toneladas de CO₂ para cada tonelada de alumina processada se a eletricidade vier de termoelétricas a carvão.

"Mesmo se usássemos eletricidade verde, a fundição de uma tonelada de alumina ainda emitiria 1,5 tonelada de CO₂," acrescenta Isabella Gallino, da Universidade de Saarland, na Alemanha.

A razão disso está na forma como o alumínio é produzido industrialmente: A alumina (Al₂O₃) é eletrolisada no forno de fundição, onde é decomposta em seus componentes, carregados negativa e positivamente, que são separados um do outro pelo ânodo e pelo cátodo da célula eletrolítica.

Hoje, o oxigênio da alumina é separado do alumínio metálico por meio de um ânodo de grafite. O carbono do ânodo combina-se com o oxigênio da alumina para produzir CO₂, com pelo menos 1,5 tonelada de CO₂ emitida na atmosfera para cada tonelada de alumina processada.

O que resta é principalmente alumínio puro, uma matéria-prima valiosa, usado em muitos setores industriais, desde a fabricação automotiva até a indústria de bebidas e utensílios domésticos.

Isabella disse que dá para fazer melhor, e a maior produtora alemã de alumínio, a empresa Trimet, acreditou nela - a bem da verdade, ela vem dizendo isso há 20 anos, desde que colocou sua ideia em sua tese de doutorado.

Agora, finalmente a metalúrgica vai experimentar as ideias de Isabella em uma de suas plantas, que contém 300 células de fundição (ou "vasos", como são conhecidas), cada uma das quais abrigando ânodos de grafite do tamanho de uma mesa, que precisam ser substituídos mensalmente.

Tem havido progressos também na fabricação das ligas de alumínio, gastando menos energia.
[Imagem: Tianhao Wang et al. - 10.1016/j.matdes.2021.110374]

Ânodos inertes

Em sua tese de doutorado, Isabella demonstrou que os chamados ânodos inertes de fato funcionam na prática.

Em termos simples, ela substituiu o ânodo de grafite convencional por um feito de uma liga de ferro, cobre e níquel. Quando este ânodo é usado, o gás produzido em sua superfície não é o CO₂, mas o oxigênio (O₂). E, ao contrário do ânodo de grafite, o ânodo metálico não é consumido à medida que a eletrólise progride.

Em parceria com a Trimet, seu objetivo nos próximos três anos será fabricar ânodos metálicos inertes capazes de viabilizar um processo de produção de alumínio eficiente e neutro em carbono. Assim que os ânodos adequados estiverem disponíveis, os outros parceiros industriais desenvolverão um protótipo de sistema de eletrólise para os testes em escala piloto.

Se tudo correr bem, uma pequena instalação de fundição industrial será construída para produzir alumínio neutro em CO₂, abrindo caminho para a adoção da técnica nas grandes indústrias.

O protótipo de uma bateria de alumínio foi recarregado 10.000 vezes.
[Imagem: Jingxu Zheng et al. - 10.1038/s41560-021-00797-7]

Bateria de alumínio

E Isabella também já está estudando outra opção que poderá ser explorada no futuro, caso a produção de alumínio neutro em carbono se torne realidade.

"O alumínio é um excelente material para armazenar energia se ele for produzido com eletricidade verde. O alumínio é um elemento químico capaz de doar três elétrons (de valência) de uma só vez, então sua densidade energética é maior que a de outros elementos. E há um método de geração de eletricidade e gás hidrogênio pelo qual o alumínio elementar é oxidado de volta a Al₂O₃, deixando o alumínio fundido reagir com a água de maneira controlada," explica ela.

Ou seja, se o alumínio for "limpo" desde a origem, ele pode se tornar não apenas uma bateria para armazenar energia de fontes renováveis, como também funcionar como uma fonte ultralimpa de hidrogênio.

"Energia elétrica do alumínio em vez da queima de carvão? É uma ideia que pode se tornar realidade se formos capazes de produzir alumínio de forma neutra em carbono e compatível com o clima," finalizou a pesquisadora.

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