Os resíduos de papel, que compreendem sacos de papel descartados, papelão, jornais e outras embalagens de papel, têm uma grande pegada ambiental em comparação com seus equivalentes feitos de algodão e plástico. Eles contribuem dramaticamente para o aquecimento global quando incinerados e para o potencial de ecotoxicidade em sua produção.
Cientistas de Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveram uma técnica para converter resíduos de papel de embalagens, sacos e caixas de papelão descartáveis em um componente crucial de baterias de iões de lítio.
A inovação actual, que oferece uma oportunidade para reciclar resíduos e diminuir a nossa dependência de combustíveis fósseis ao mesmo tempo que acelera a nossa transição para uma economia circular, materiais verdes e energia limpa, reflecte a dedicação da NTU em minimizar o nosso impacto no ambiente, um dos quatro grandes desafios que a humanidade enfrenta e que a Universidade procura abordar através do seu plano estratégico NTU 2025.
Os cientistas usaram um processo chamado carbonização para converter papel em carbono puro. Usando o processo, eles transformaram as fibras do papel em eletrodos, que podem ser transformados em baterias recarregáveis que alimentam telefones celulares, equipamentos médicos e veículos elétricos.
Os cientistas então carbonizaram o papel, expondo-os a altas temperaturas. Isso o reduz a carbono puro, vapor de água e óleos que podem ser usados para biocombustível. Como a carbonização ocorre na ausência de oxigênio e produz um mínimo de dióxido de carbono, é um método de descarte de papel kraft mais ecologicamente correto do que a incineração, que libera muitos gases de efeito estufa.
Os ânodos de carbono da equipe de pesquisa também mostraram maior resistência, adaptabilidade e qualidades eletroquímicas. De acordo com estudos de laboratório, os ânodos são pelo menos duas vezes mais robustos que os das baterias dos telefones atuais e podem suportar 1,200 cargas e descargas. As baterias baseadas em ânodos produzidas pela NTU poderiam tolerar melhor o estresse físico do que suas rivais, absorvendo energia de esmagamento até cinco vezes melhor.
Além do mais, o método recentemente desenvolvido consome menos energia. Ele utiliza resíduos de baixo custo e também deverá reduzir o custo de fabricação.
O professor assistente Lai Changquan, da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NTU, que liderou o projeto, disse: “O papel é utilizado em muitas facetas da nossa vida quotidiana, desde embrulhos de presentes e artes e ofícios, até uma infinidade de utilizações industriais, como embalagens resistentes, embalagens de proteção e preenchimento de vazios na construção. Porém, pouco se faz para gerenciá-lo quando é descartado além da incineração, que gera elevados níveis de emissão de carbono devido à sua composição. Nosso método para dar outra vida ao papel kraft, canalizando-o para a crescente necessidade de dispositivos como veículos elétricos e smartphones, ajudaria a reduzir as emissões de carbono e diminuiria a dependência de métodos de mineração e de indústria pesada.”
Os cientistas da NTU conectaram e cortaram a laser várias folhas finas de papel kraft para criar várias topologias de treliça, algumas das quais lembravam uma piata pontiaguda, para criar os ânodos de carbono. O papel foi então queimado a 1200 graus Celsius em um forno sem oxigênio para transformá-lo em carbono, formando os ânodos.
Coautor do estudo, Sr. Lim Guo Yao, engenheiro pesquisador da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NTU, disse: “Nossos ânodos apresentaram uma combinação de resistências, como durabilidade, absorção de choque e condutividade elétrica, que não são encontradas nos materiais atuais. Essas propriedades estruturais e funcionais demonstram que nossos ânodos à base de papel kraft são uma alternativa sustentável e escalonável aos atuais materiais de carbono e encontrariam valor econômico em aplicações multifuncionais exigentes e de alta qualidade, como o campo nascente de baterias estruturais.”
O professor assistente Lai Changquan, da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NTU, que liderou o projeto, disse: “Nosso método converte um material comum e onipresente – o papel – em outro extremamente durável e de alta demanda. Esperamos que os nossos ânodos sirvam a crescente necessidade mundial de um material sustentável e mais ecológico para baterias, cujo fabrico e gestão inadequada de resíduos demonstraram ter um impacto negativo no nosso ambiente.”
Destacando a importância do trabalho realizado pela equipe de pesquisa da NTU, o Professor Juan Hinestroza, do Departamento de Design Centrado no Ser Humano da Universidade Cornell, EUA, que não esteve envolvido na pesquisa, dito"Como o papel kraft é produzido em grandes quantidades e eliminado da mesma forma em todo o mundo, acredito que a abordagem criativa iniciada pelos investigadores da NTU Singapura tem um grande potencial de impacto à escala global. Qualquer descoberta que permita a utilização de resíduos como matéria-prima para produtos de alto valor como eletrodos e espumas é de fato uma grande contribuição. Penso que este trabalho pode abrir um novo caminho e motivar outros investigadores a encontrar caminhos para a transformação de outros substratos à base de celulose, como têxteis e materiais de embalagem, que estão a ser descartados em grandes quantidades em todo o mundo.”
Jornal de referência:
- Chang Quan Lai, Guo Yao Lim, Kai Jie Tai, Kang Jueh Dominic Lim, Linghui Yu, Pawan K. Kanaujia, Peiyuan Ian Seetoh. Características excepcionais de absorção de energia e resiliência compressiva de espumas de carbono funcionais derivadas de forma escalonável e sustentável de papel kraft fabricado aditivamente. De produção de aditivos2022; 58: 102992 DOI: 10.1016/j.addma.2022.102992
