Carvão betuminoso bruto da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, atinge área superficial específica de 1925 m²/g

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisas da Escola de Engenharia Química e Metalúrgica da Universidade de Witwatersrand (University of the Witwatersrand, Wits) mostram que o carvão sul-africano, além de ser utilizado como combustível, tem potencial para ser matéria-prima de carvão ativado de alta área superficial específica e carbono poroso, adsorventes para armazenamento de gás, materiais de eletrodos para armazenamento de energia e compósitos de carbono-cerâmica.

O professor Samson Bada, pesquisador sênior da escola, afirmou que a equipe produziu carvão ativado com área superficial específica Brunauer-Emmett-Teller (BET) entre aproximadamente 1485 m²/g e 1925 m²/g utilizando três materiais à base de carvão sul-africano. Entre eles, a lama de carvão (coal slurry) apresentou cerca de 1485 m²/g, o carvão descartado (discard coal) 1826 m²/g e o carvão bruto (run-of-mine, RoM) 1925 m²/g. Bada observou que o mesmo estudo também identificou aplicações potenciais do carvão ativado de alta área superficial específica no tratamento de água, remoção de corantes, purificação de ar e gases, separação em fase líquida e gasosa, extração de metais e armazenamento de gás.

A equipe demonstrou experimentalmente uma aplicação de armazenamento de gás: o carvão ativado à base de carvão mineral adsorveu até 162,7 cm³/g de metano, e a quantidade de adsorção de metano aumentou com o aumento da área superficial específica. Recentemente, carbono nanoporoso dopado com nitrogênio preparado a partir de carvão bruto sul-africano (RoM coal), utilizado como eletrodo de supercapacitor, alcançou capacitância específica de 169 farads por grama (farads a gram) e densidade de energia de 23,5 watts-hora por quilograma (watt-hours a kilogramme).

Bada afirmou que esses resultados laboratoriais são promissores para aplicações que exigem armazenamento e liberação rápida de energia, mas antes de comparar com dispositivos comerciais, ainda é necessário desenvolver células completas e ampliar a escala. Ele acrescentou que a equipe também desenvolveu cerâmicas e compósitos estruturais à base de carvão, e que esse trabalho está avançando da otimização em laboratório para a validação em escala de protótipo e escala piloto.

Além dos resultados da Universidade de Witwatersrand, Bada observou que pesquisas internacionais já demonstraram produtos mais amplos à base de carvão, incluindo fibras de carbono e espumas de carbono. Esses produtos são utilizados nos Estados Unidos na fabricação de carrocerias de automóveis, trazendo potenciais oportunidades futuras para a África do Sul; no entanto, esses produtos ainda não foram validados por pesquisas locais na Universidade de Witwatersrand.

A professora emérita Rosemary Falcon, diretora da organização de defesa do carvão FFF Carbon, observou que, além da dimensão elétrica, o carvão tem outras aplicações frequentemente negligenciadas. Ela explicou que, além do hidrogênio, o carbono presente no carvão é essencial para a redução de ferro e de metais como manganês, silício e alumínio. O presidente da FFF Carbon, Tumi Kgomo, acrescentou que células fotovoltaicas solares também são fabricadas com materiais à base de carvão, pois o carvão é utilizado no processo de fundição de silício.

Paul den Hoed, professor sênior honorário da Escola de Engenharia Química e Metalúrgica da Universidade de Witwatersrand, acrescentou que o carbono presente no carvão é igualmente indispensável como agente redutor de óxidos metálicos como o cromo; devido à posição desses óxidos no diagrama de Ellingham (Ellingham diagram), eles não podem ser reduzidos com hidrogênio. Portanto, den Hoed sugere que o carvão de qualidade superior seja reservado para usos metalúrgicos, enquanto o carvão de qualidade inferior seja utilizado para geração de energia em caldeiras do tipo leito fluidizado circulante (fluidised circulation bed) e outras aplicações valiosas.

Bada afirmou que estudos documentais da Universidade de Witwatersrand mostram que avanços internacionais em produtos como fibras de carbono e materiais de construção à base de carvão já oferecem caminhos úteis e lucrativos que a África do Sul pode avaliar e adaptar. No entanto, ele alertou que o fundamental é não tentar comercializar simultaneamente todos os possíveis produtos à base de carvão, mas sim identificar alguns poucos produtos nos quais o carvão ou os resíduos de carvão sul-africanos tenham vantagens técnicas e econômicas.

Após concluir essa triagem, ele afirmou que as tecnologias "mais promissoras" devem ser demonstradas em escala piloto e, em seguida, construídas para o mercado após a conclusão de avaliações tecnoeconômicas e de ciclo de vida com parceiros de fabricação. Além disso, ele enfatizou a necessidade de fortalecer a cooperação entre universidades, o setor carbonífero, fabricantes de produtos e o governo.