{"id":77032,"date":"2023-01-12T04:15:53","date_gmt":"2023-01-12T07:15:53","guid":{"rendered":"https:\/\/asmetro.org.br\/portalsn\/?p=77032"},"modified":"2023-01-12T04:41:26","modified_gmt":"2023-01-12T07:41:26","slug":"em-busca-da-sustentabilidade-como-arvores-podem-se-transformar-em-baterias-de-carga-rapida","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/asmetro.org.br\/portalsn\/2023\/01\/12\/em-busca-da-sustentabilidade-como-arvores-podem-se-transformar-em-baterias-de-carga-rapida\/","title":{"rendered":"Em busca da sustentabilidade: Como \u00e1rvores podem se transformar em baterias de carga r\u00e1pida"},"content":{"rendered":"
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Com a demanda por ve\u00edculos el\u00e9tricos disparando, cientistas est\u00e3o em busca de materiais para fabricar baterias sustent\u00e1veis. E uma forte candidata \u00e9 a lignina presente nas \u00e1rvores.<\/b><\/p>\n<\/div>\n

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Cerca de oito anos atr\u00e1s, um importante produtor de papel na Finl\u00e2ndia percebeu que o mundo estava mudando.<\/p>\n<\/div>\n

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O crescimento das m\u00eddias digitais, a queda do uso de papel nos escrit\u00f3rios e a redu\u00e7\u00e3o da popularidade do envio de objetos e pap\u00e9is pelo correio, entre outros fatores, significava que o consumo de papel passou a enfrentar um decl\u00ednio constante.<\/p>\n<\/div>\n

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A empresa finlandesa Stora Enso define a si pr\u00f3pria como “um dos maiores propriet\u00e1rios de florestas particulares do mundo”. Ou seja, ela possui muitas \u00e1rvores, que s\u00e3o usadas para fabricar produtos de madeira, papel e embalagens. E, agora, ela tamb\u00e9m quer produzir baterias de ve\u00edculos el\u00e9tricos que possam ser carregadas em at\u00e9 oito minutos.<\/p>\n<\/div>\n

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A empresa contratou engenheiros para analisar a possibilidade de uso da lignina, que \u00e9 um pol\u00edmero encontrado nas \u00e1rvores. A lignina comp\u00f5e cerca de 30% das \u00e1rvores, dependendo da esp\u00e9cie, enquanto o restante \u00e9 basicamente celulose.<\/p>\n<\/div>\n

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“A lignina \u00e9 a cola das \u00e1rvores, ela meio que cola as fibras de celulose entre si e tamb\u00e9m faz com que as \u00e1rvores fiquem muito r\u00edgidas”, explica Lauri Lehtonen, chefe da Lignode, a solu\u00e7\u00e3o de baterias baseadas em lignina da Stora Enso.<\/p>\n<\/div>\n

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A lignina \u00e9 um pol\u00edmero e cont\u00e9m carbono. E o carbono \u00e9 um \u00f3timo material para produzir um componente vital das baterias, chamado \u00e2nodo. A bateria de \u00edons de l\u00edtio do seu telefone celular, com quase toda certeza, tem um \u00e2nodo de grafite. E o grafite \u00e9 uma forma de carbono com estrutura estratificada.<\/p>\n<\/div>\n

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Os engenheiros da Stora Enso descobriram que podem extrair lignina da polpa residual que j\u00e1 \u00e9 produzida em algumas das suas f\u00e1bricas e processar essa lignina para fabricar material de carbono para os \u00e2nodos das baterias.<\/p>\n<\/div>\n

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A empresa j\u00e1 firmou parceria com a companhia sueca Northvolt e planeja come\u00e7ar a fabricar baterias j\u00e1 em 2025.<\/p>\n<\/div>\n

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As f\u00e1bricas de papel geram grandes quantidades de res\u00edduos de lignina @getty images<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/figure>\n<\/div>\n
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Com cada vez mais pessoas comprando carros el\u00e9tricos e armazenando energia em casa, estima-se que a demanda global por baterias apresente forte crescimento nos pr\u00f3ximos anos.<\/p>\n<\/div>\n

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Para Lehtonen, “a demanda \u00e9 simplesmente alucinante”.<\/p>\n<\/div>\n

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Em 2015, foi necess\u00e1rio gerar algumas centenas de gigawatts-hora (GWh) a mais para carregar baterias em todo o mundo. Mas esta demanda ir\u00e1 disparar at\u00e9 atingir milhares de GWh anuais em 2030, \u00e0 medida que o mundo reduzir o consumo de combust\u00edveis f\u00f3sseis, segundo a empresa de consultoria empresarial McKinsey & Company.<\/p>\n<\/div>\n

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A quest\u00e3o \u00e9 que as baterias de \u00edons de l\u00edtio que usamos hoje em dia dependem, em grande parte, da minera\u00e7\u00e3o e de processos industriais que prejudicam o meio ambiente.<\/p>\n<\/div>\n

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E alguns dos materiais usados na fabrica\u00e7\u00e3o dessas baterias s\u00e3o t\u00f3xicos e de dif\u00edcil reciclagem. Muitos deles v\u00eam de pa\u00edses com problemas em rela\u00e7\u00e3o aos direitos humanos.<\/p>\n<\/div>\n

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Para produzir grafite sint\u00e9tico, por exemplo, o carbono precisa ser aquecido por semanas a fio a mais de 3000 \u00b0C. A energia usada no aquecimento, muitas vezes, vem de usinas el\u00e9tricas movidas a carv\u00e3o na China, segundo a empresa de consultoria Wood Mackenzie.<\/p>\n<\/div>\n

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Por isso, a busca por materiais sustent\u00e1veis para uso em baterias que sejam amplamente dispon\u00edveis est\u00e1 aberta. E algumas pessoas dizem que podemos encontr\u00e1-los nas \u00e1rvores.<\/p>\n<\/div>\n

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Geralmente, as baterias precisam incluir um c\u00e1todo e um \u00e2nodo – os eletrodos positivo e negativo, respectivamente – para que as part\u00edculas carregadas chamadas \u00edons possam fluir entre eles.<\/p>\n<\/div>\n

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Quando a bateria \u00e9 carregada, os \u00edons de l\u00edtio ou s\u00f3dio, por exemplo, s\u00e3o transferidos do c\u00e1todo para o \u00e2nodo, onde ficam estacionados como carros em um edif\u00edcio-garagem, como explica a consultora independente Jill Pestana, engenheira e cientista especializada em baterias da Calif\u00f3rnia, nos Estados Unidos.<\/p>\n<\/div>\n

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“A principal propriedade desej\u00e1vel nessa estrutura de estacionamento de material \u00e9 que ela possa receber facilmente o l\u00edtio ou o s\u00f3dio e deixar que ele saia, sem desintegrar-se”, explica ela.<\/p>\n<\/div>\n

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Quando a bateria \u00e9 descarregada para alimentar algo como um carro el\u00e9trico, os \u00edons retornam para o c\u00e1todo depois de liberar os el\u00e9trons, que se movem atrav\u00e9s do fio de um circuito el\u00e9trico, transferindo energia, no caso, para o ve\u00edculo.<\/p>\n<\/div>\n

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Pestana afirma que o grafite \u00e9 um material “espetacular”. Seu funcionamento como \u00e2nodo \u00e9 t\u00e3o confi\u00e1vel que permite que essas rea\u00e7\u00f5es aconte\u00e7am. Materiais alternativos, incluindo as estruturas de carbono derivadas de lignina, enfrentam dificuldade para demonstrar sua adequa\u00e7\u00e3o para o trabalho.<\/p>\n<\/div>\n

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Mas existem diversas empresas que est\u00e3o explorando o potencial da lignina no desenvolvimento de baterias. Uma delas \u00e9 a sueca Bright Day Graphene, que produz grafeno, que \u00e9 outra forma de carbono, a partir da lignina.<\/p>\n<\/div>\n

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Tamb\u00e9m Lehtonen exalta as virtudes do material de \u00e2nodo de carbono da sua empresa, a Stora Enso, que o batizou de Lignode. Ele n\u00e3o revela exatamente como a companhia transforma a lignina em uma estrutura de carbono r\u00edgida, nem o que \u00e9 exatamente essa estrutura.<\/p>\n<\/div>\n

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Ele informa apenas que o processo envolve o aquecimento da lignina, mas a temperaturas muito abaixo das necess\u00e1rias para a produ\u00e7\u00e3o de grafite sint\u00e9tico.<\/p>\n<\/div>\n

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Uma caracter\u00edstica importante da estrutura de carbono resultante \u00e9 que ela \u00e9 “amorfa”, ou irregular, segundo Lehtonen. “Realmente, ela permite muito mais mobilidade de entrada e sa\u00edda dos \u00edons”, afirma ele.<\/p>\n<\/div>\n

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A Stora Enso afirma que isso os ajudar\u00e1 a fabricar baterias de \u00edons de l\u00edtio ou de s\u00f3dio que podem ser carregadas em at\u00e9 oito minutos. O carregamento r\u00e1pido \u00e9 um objetivo importante dos desenvolvedores de baterias para ve\u00edculos el\u00e9tricos.<\/p>\n<\/div>\n

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Em busca da sustentabilidade<\/strong><\/h4>\n<\/div>\n<\/div>\n
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A sustentabilidade das baterias feitas com a polpa residual da fabrica\u00e7\u00e3o de papel depende de muitos fatores, incluindo a origem da mat\u00e9ria-prima @stora enso<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Outra pesquisa sobre \u00e2nodos de carbono derivados de lignina est\u00e1 sendo conduzida por Magda Titirici, do Imperial College de Londres, e seus colegas. Ela indica que \u00e9 poss\u00edvel produzir esteiras condutoras que cont\u00eam estruturas de carbono complexas e irregulares, com muitos defeitos ricos em oxig\u00eanio.<\/p>\n<\/div>\n

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Esses defeitos, aparentemente, ampliam a capacidade de rea\u00e7\u00e3o do \u00e2nodo com \u00edons transferidos do c\u00e1todo em baterias de \u00edons de s\u00f3dio, segundo Titirici. E, por sua vez, esta capacidade reduz o tempo de carregamento. “Esta esteira condutora \u00e9 fant\u00e1stica para baterias”, afirma ela.<\/p>\n<\/div>\n

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Wyatt Tenhaeff, da Universidade de Rochester, no Estado de Nova York (EUA), tamb\u00e9m produziu \u00e2nodos derivados de lignina em ambiente de laborat\u00f3rio.<\/p>\n<\/div>\n

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A lignina “realmente \u00e9 \u00f3tima”, segundo ele, pois \u00e9 um subproduto que, potencialmente, pode ter muitos usos.<\/p>\n<\/div>\n

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Durante os experimentos, Tenhaeff e seus colegas descobriram que podem usar a lignina para produzir \u00e2nodos com estrutura autossustentante, que n\u00e3o necessitam de cola, nem de coletores de corrente de cobre, que s\u00e3o componentes comuns das baterias de \u00edons de l\u00edtio.<\/p>\n<\/div>\n

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Isso pode reduzir o custo dos \u00e2nodos de carbono derivados de lignina, mas o pesquisador tem d\u00favidas se eles poder\u00e3o competir comercialmente com os \u00e2nodos de grafite.<\/p>\n<\/div>\n

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“Simplesmente n\u00e3o acho que ser\u00e1 uma mudan\u00e7a de processo suficiente, em termos de custo ou desempenho, para substituir o grafite, que est\u00e1 consagrado”, afirma ele.<\/p>\n<\/div>\n

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Existe tamb\u00e9m a quest\u00e3o da sustentabilidade. A pesquisadora Chelsea Baldino, do Conselho Internacional sobre Transporte Limpo, ressalta que, desde que a lignina usada para a produ\u00e7\u00e3o de \u00e2nodos seja extra\u00edda como subproduto do processo de fabrica\u00e7\u00e3o de papel, n\u00e3o ser\u00e1 preciso cortar mais \u00e1rvores para a produ\u00e7\u00e3o de baterias.<\/p>\n<\/div>\n

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Um porta-voz da Stora Enso confirmou que, atualmente, toda a lignina empregada pela companhia \u00e9 “um subproduto do processo de fabrica\u00e7\u00e3o de polpa” e que seu uso n\u00e3o aumenta o n\u00famero de \u00e1rvores derrubadas, nem o volume de madeira consumido na fabrica\u00e7\u00e3o de polpa.<\/p>\n<\/div>\n

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Mas Pestana acrescenta que qualquer pessoa que procurar fabricar \u00e2nodos de lignina deve garantir que a floresta de onde aquela lignina \u00e9 extra\u00edda tamb\u00e9m seja sustent\u00e1vel. “Se a ind\u00fastria da polpa n\u00e3o for sustent\u00e1vel, o material em si n\u00e3o \u00e9 um material derivado de fontes sustent\u00e1veis”, explica ela.<\/p>\n<\/div>\n

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O relat\u00f3rio anual da Stora Enso de 2021 afirma que a empresa “conhece a origem de toda a madeira que utiliza e 100% dela v\u00eam de fontes sustent\u00e1veis”.<\/p>\n<\/div>\n

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Existe pelo menos mais uma forma em que a lignina pode ser utilizada em baterias, al\u00e9m dos \u00e2nodos. Em abril de 2022, uma equipe de pesquisa na It\u00e1lia publicou um estudo sobre seus esfor\u00e7os para o desenvolvimento de um eletr\u00f3lito com base em lignina.<\/p>\n<\/div>\n

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O eletr\u00f3lito \u00e9 o componente que fica entre o c\u00e1todo e o \u00e2nodo. Ele ajuda a fazer os fluxos flu\u00edrem entre os eletrodos, mas tamb\u00e9m for\u00e7a os el\u00e9trons a seguir o trajeto desejado atrav\u00e9s do circuito el\u00e9trico ao qual a bateria \u00e9 conectada.<\/p>\n<\/div>\n

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Em outras palavras, o eletr\u00f3lito evita que os el\u00e9trons fiquem simplesmente pulando entre os eletrodos, o que deixaria o seu telefone celular morto e enterrado.<\/p>\n<\/div>\n

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\u00c9 poss\u00edvel conseguir pol\u00edmeros para os eletr\u00f3litos a partir de \u00f3leo, segundo Gianmarco Griffini, da Universidade Polit\u00e9cnica de Mil\u00e3o, na It\u00e1lia. Mas ele acrescenta que seria conveniente encontrar fontes alternativas, que sejam sustent\u00e1veis.<\/p>\n<\/div>\n

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Griffini explica que a ideia de usar lignina surgiu depois que ele e seus colegas fizeram experi\u00eancias com o uso do material em pain\u00e9is solares, com resultados levemente abaixo do esperado.<\/p>\n<\/div>\n

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“A efici\u00eancia que voc\u00ea obt\u00e9m nas c\u00e9lulas solares \u00e9 relativamente limitada porque a lignina \u00e9 marrom e, por isso, realmente absorve parte da luz”, explica ele. Mas, nas baterias, este problema n\u00e3o existe.<\/p>\n<\/div>\n

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Para a produ\u00e7\u00e3o de \u00e2nodos, a lignina \u00e9 tratada a quente para decomp\u00f4-la nos seus carbonos constituintes. Mas Griffini, que se autodefine como o “‘cara’ dos pol\u00edmeros”, afirma que prefere us\u00e1-la na forma de pol\u00edmero.<\/p>\n<\/div>\n

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Com isso em mente, ele e seus colegas desenvolveram um eletr\u00f3lito polim\u00e9rico em gel que auxiliou o movimento dos \u00edons em uma bateria experimental de pot\u00e1ssio. “Realmente teve resultados muito bons”, ele conta.<\/p>\n<\/div>\n

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A viabilidade comercial de todas essas ideias ainda precisa ser comprovada. Magda Titirici acrescenta que, teoricamente, \u00e9 poss\u00edvel fabricar uma bateria que use pol\u00edmeros de lignina no eletr\u00f3lito e carbono derivado de lignina no \u00e2nodo.<\/p>\n<\/div>\n

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Quem sabe podemos at\u00e9 usar essa bateria para alimentar os componentes eletr\u00f4nicos de madeira que foram descritos em outro estudo, no ano passado. Seria a tecnologia perfeita para iluminar uma casa na \u00e1rvore, n\u00e3o? Ou ser\u00e1 que estar\u00edamos indo longe demais?<\/p>\n<\/div>\n

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Leia a vers\u00e3o original desta reportagem<\/a><\/span> (em ingl\u00eas) no site BBC Future.<\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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