Equipa da Universidade de Pittsburgh descobre método de baixo custo para produzir grafite de alta qualidade

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação da Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh (University of Pittsburgh Swanson School of Engineering), ao explorar processos limpos para a produção de etileno a partir de etano, descobriu acidentalmente um método de baixo custo para produzir grafite de alta qualidade. Durante o processo de bombagem de etano para dentro de metal fundido a temperaturas inferiores a 1000 graus Celsius, a equipa observou que os subprodutos de carbono que subiam à superfície apresentavam uma textura "fofa", que, após análise, foi identificada como grafite de alta qualidade.

A grafite é um componente essencial das baterias de iões de lítio, amplamente utilizada em veículos elétricos, produtos eletrónicos e armazenamento de energia verde. Atualmente, o principal processo de produção de grafite requer o aquecimento da matéria-prima a 3000 graus Celsius, com uma eficiência energética extremamente baixa, e cerca de 95% do fornecimento global provém da China. Esta nova tecnologia descoberta foi obtida acidentalmente por Aime Laurent Twizerimana, então doutorando, no laboratório do Professor Götz Veser. A equipa solicitou subsequentemente uma patente provisória e fundou a startup Graphonos Materials (anteriormente conhecida como Grapheon).

Veser, Professor de Engenharia Química e de Petróleo na Escola Swanson, afirmou que esta investigação visa explorar caminhos que liguem o processamento de combustíveis fósseis a um futuro mais sustentável. Os membros principais da equipa incluem Veser, Twizerimana, o Professor Assistente Mohammad Masnadi e o doutorando Nader Sawtarie. Eles concentram-se num novo método de craqueamento de etano. O etano é o principal componente do gás natural no oeste da Pensilvânia, e o seu processo de craqueamento para produzir etileno requer grandes quantidades de energia térmica, gerando também subprodutos de carbono sólido. O processo tradicional utiliza injeção de vapor para evitar o entupimento do reator, mas este processo é energeticamente intensivo, com elevadas emissões, e requer paragens periódicas para limpeza do carbono acumulado.

Os investigadores recorreram então ao método de catálise por metal fundido. Embora esta tecnologia exista há quase um século, não é amplamente utilizada. Masnadi explicou que a densidade extremamente elevada do metal fundido permite que o carbono flutue até ao topo, facilitando a sua separação. Durante a sua investigação de doutoramento, Twizerimana descobriu que, ao utilizar certos metais, a estrutura de carbono formada era mais fofa. Após caracterização por Sawtarie, este subproduto foi identificado como grafite de alto valor.

Atualmente, a maior parte da grafite de qualidade para baterias é produzida na China através de um processo descontínuo que demora cerca de três semanas, exigindo o aquecimento de agulhas de coque a 3000 graus Celsius. O processo desenvolvido pela equipa da Universidade de Pittsburgh pode produzir grafite de qualidade para baterias a temperaturas inferiores a 1000 graus Celsius, gerando simultaneamente hidrogénio como subproduto valioso. A tecnologia já foi validada em laboratório e atraiu a atenção de capital de risco. Recentemente, a equipa ganhou o Prémio de Inovação Aramco (Aramco Innovator Prize) no valor de 20 mil dólares na Competição de Planos de Negócios da Rice (Rice Business Plan Competition) e um prémio de 25 mil dólares na Grande Competição de Ideias (Big Idea Competition) da Universidade de Pittsburgh.

O CEO da Graphonos Materials, Twizerimana, afirmou que existe uma forte procura no mercado por grafite de baixo custo e sustentável. A equipa está a angariar fundos para desenvolver o primeiro sistema completo à escala de bancada, com o objetivo de produzir vários quilogramas de grafite por dia. Veser salientou que, se o projeto for bem-sucedido, será possível converter localmente o etano do oeste da Pensilvânia em dois produtos cruciais para a transição para energias limpas.