Resíduos baratos e impuros produzem oxigênio puro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/11/2024

A pesquisadora Frida Danmo mostra seu material barato - hoje ele é até descartado como rejeito - para a produção de oxigênio.
[Imagem: Per Henning/NTNU-Frida Danmo]

Produção de oxigênio industrial

A atmosfera terrestre nos supre com oxigênio suficiente, mas colocar oxigênio puro em tanques para uso industrial e médico é outra história, o que alimenta uma indústria com demanda crescente.

E esse aumento de demanda poderá ser suprido com uma técnica que não apenas produz oxigênio mais barato, mas virtualmente coloca em xeque os métodos tradicionais de produção do gás.

"Nós identificamos materiais que podem armazenar e liberar oxigênio puro muito mais rápido e em temperaturas muito mais baixas do que os materiais conhecidos atualmente usados para essa finalidade," disse o professor Sverre Selbach, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia.

O oxigênio é um elemento, então ele não pode ser fabricado, apenas liberado de outras moléculas ou compostos. O método mais comum hoje consiste em destilar oxigênio diretamente do ar atmosférico, mas ele também pode ser extraído de materiais que tenham oxigênio ligado a outros átomos.

Vários materiais absorvem oxigênio do ar. Quando esses materiais são aquecidos, eles liberam esse oxigênio. E pequenas mudanças nos materiais podem mudar suas propriedades e o modo e a velocidade com que o oxigênio pode ser liberado. Foi justamente nestes dois aspectos que a equipe norueguesa inovou, facilitando a liberação do oxigênio e fazendo tudo em uma temperatura mais baixa.

Estrutura cristalina de uma manganita hexagonal e amostras do material.
[Imagem: Esquerda: Gerado por IA/Gemini. Direita: Frida Danmo]

Manganitas hexagonais

Acelerar um processo químico em um material é algo que os cientistas chamam de "tornar a cinética mais rápida". E o fato de que o processo possa ocorrer em baixas temperaturas é uma grande vantagem: Além de consumir menos energia para aquecimento, os reatores podem ser feitos de materiais mais baratos e precisarão de menos manutenção do que se tivessem que ser expostos a temperaturas mais altas.

"Ambas as melhorias nas propriedades dos materiais os tornam mais competitivos," disse a pesquisadora Frida Danmo, que identificou as novas "matérias-primas para produção de oxigênio".

Os materiais são chamados de manganitas hexagonais, que pertencem a uma classe conhecida como "materiais de alta entropia". Manganitas são uma classe de óxidos que possuem a fórmula geral ABO₃, onde A é um íon de terras raras ou um íon bivalente de metal alcalino terroso, e B são íons de manganês. Isso significa que esses materiais não são nem puros e nem têm uma estrutura cristalina particularmente bem ordenada, mas é justamente aí que está o segredo de seu rendimento excepcional para a liberação de oxigênio.

"Como o oxigênio é absorvido tão rapidamente pelo material, podemos usar materiais a granel que podem ser produzidos em grandes quantidades usando métodos mais baratos do que aqueles necessários para produzir nanopartículas," explica Danmo. Em comparação, os materiais usados hoje precisam ser triturados a ponto de gerarem nanopartículas.

A ilustração mostra como ocorrerá o processo de separação de oxigênio, com o oxigênio entrando no material em um reator (produção da matéria-prima) e sendo liberado do material em outro (produção de oxigênio).
[Imagem: Frida Hemstad Danmo]

Rejeito que vira matéria-prima

Esses materiais não apenas são baratos, como também não há grande exigência quanto à sua composição química: Impurezas e pequenos defeitos no material não são um problema. Em termos simples, as coisas não precisam ser tão precisas, o processo funciona de qualquer maneira, de modo que se torna possível atingir uma produção mais barata em escala industrial.

Os pesquisadores usaram seis metais de terras raras diferentes na mistura com a qual fizeram os experimentos [Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er(MnO₃)], e o resultado foi muito melhor do que quando foram usados materiais bem ordenados com apenas um ou dois metais de terras raras.

"A indústria pode usar matérias-primas mais baratas, como óxidos de metais de terras raras reciclados ou minério de baixa qualidade. Essas matérias-primas sobram depois que elementos mais caros, como neodímio e disprósio, são extraídos para uso em motores elétricos para turbinas eólicas e carros elétricos," disse Selbach.

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