Como os metais líquidos podem mudar a face da Química

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2023

Os mesmos catalisadores usados hoje ficam disponíveis a temperaturas próximas das do ambiente.
[Imagem: University of Sydney/Philip Ritchie]

Química mais verde

Os metais líquidos podem ser a solução há muito esperada para "ecologizar" a indústria química, de acordo com cientistas que desenvolveram uma nova técnica para substituir processos de engenharia química com utilização intensiva de energia que vêm sendo utilizados desde o início do século XX.

A indústria química é responsável por algo entre 10 e 15 por cento do total das emissões de gases de efeito de estufa no mundo, e mais de 10% da energia total mundial é usada em fábricas de produtos químicos.

Junma Tang e colegas da Universidade de Sydney, na Austrália, desenvolveram agora uma técnica que pode ser a solução longamente esperada para deixarmos para trás os antigos catalisadores feitos de materiais sólidos, que são a alma desses processos com uso intensivo de energia.

Um catalisador é uma substância que faz com que as reações químicas ocorram de forma mais rápida e fácil, sem participar da reação. Catalisadores sólidos, normalmente metais sólidos ou compostos sólidos de metais, são comumente usados na indústria química para fabricar plásticos, fertilizantes, combustíveis e matérias-primas para outras indústrias.

No entanto, a produção química baseada em processos sólidos exige temperaturas de até 1.000 ºC, o que consome muita energia.

Em vez disso, o novo processo utiliza metais líquidos, metais que são líquidos à temperatura ambiente, como o gálio e suas ligas. Nesta primeira demonstração, a equipe dissolveu estanho e níquel na liga de metal líquido, o que lhes conferiu uma mobilidade única, permitindo-lhes migrar para a superfície do reator e reagir com as moléculas de entrada, neste caso o óleo de canola.

Isto resultou na rotação, fragmentação e remontagem das moléculas de óleo de canola em cadeias orgânicas menores, incluindo propileno, um combustível de alta energia crucial para muitas indústrias. "Nosso método oferece uma possibilidade incomparável para a indústria química de reduzir o consumo de energia e tornar as reações químicas mais ecológicas," disse o professor Kourosh Zadeh, coordenador da equipe.

Outra vantagem é que, por serem líquidos, os catalisadores ficam disponíveis em escala atômica, atingindo a maior área de reação possível.
[Imagem: University of Sydney/Philip Ritchie]

Catalisadores líquidos

Os átomos dos metais líquidos estão dispostos de forma mais aleatória e têm maior liberdade de movimento do que os átomos dos metais sólidos. Isso permite que eles entrem facilmente em contato com outros compostos e participem de reações químicas. "Teoricamente, eles podem catalisar produtos químicos a temperaturas muito mais baixas, o que significa que requerem muito menos energia," disse o professor Zadeh.

Em sua demonstração, a equipe dissolveu níquel e estanho, com pontos de fusão de 1.455 °C e 231,9 °C, respectivamente, em um metal líquido à base de gálio, que tem ponto de fusão de apenas 30 °C. Isso significa que os dois catalisadores ficaram disponíveis para otimizar as reações a temperaturas muito mais baixas, criando o que a equipe chama de um "supercatalisador".

Além disso, os metais ficaram dispersos nos solventes metálicos líquidos em nível atômico. "Portanto, temos acesso a catalisadores de átomo único. O átomo único é a maior área de superfície acessível para catálise, o que oferece uma vantagem notável para a indústria química," disse o Arifur Rahim, membro da equipe.

Os pesquisadores afirmam que sua fórmula também poderá ser usada para outras reações químicas, misturando metais usando processos de baixa temperatura. "A catalisação requer uma temperatura tão baixa que poderíamos, teoricamente, fazê-lo na cozinha com o fogão a gás - mas não tente isso em casa," disse Tang.

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