Enquanto os químicos lutam para encontrar maneiras de recuperar metais valiosos de resíduos industriais e eletrônicos descartados, uma equipe encontrou uma solução que soa um pouco como mágica: zapear o lixo com flashes de calor elétrico.
Elementos de terras raras (REEs) apresentam um paradoxo ambiental. Por um lado, essas dezenas de metais, como ítrio e neodímio, são componentes vitais de turbinas eólicas e painéis solares, e fontes baratas de REEs podem dar um grande impulso a essas tecnologias verdes. Por outro lado, a mineração de REEs causa bilhões de dólares em danos ambientais a cada ano. Como os elementos ocorrem em baixas concentrações, as empresas de mineração têm que mastigar toneladas e toneladas de minério, descascando e eviscerando paisagens. Além disso, os REEs são frequentemente misturados com elementos radioativos e extraí-los cria resíduos nucleares de baixo nível.
Eletrônicos antigos e outros resíduos industriais, em contraste, são ricos em REEs. Mas os métodos de reciclagem existentes são ineficientes e caros e exigem produtos químicos corrosivos, como ácido clorídrico concentrado. Para cada problema ambiental que os REEs poderiam resolver, eles aparentemente introduzem mais dois.
O novo processo pode ajudar a quebrar esse impasse. Hoje, na Science Advances, uma equipe liderada pelo químico orgânico James Tour, da Rice University, relata o uso de pulsos de calor elétrico para facilitar a extração de REEs de resíduos industriais. A técnica é aproximadamente duas vezes mais eficiente que os métodos atuais e usa produtos químicos muito mais benignos.
“É uma abordagem muito interessante”, diz Amir Sheikhi, engenheiro químico da Pennsylvania State University, University Park, que estuda a extração de REE. “Com um tratamento bem curto e de alta temperatura ? esses elementos de terras raras são libertados.”
A equipe de Tour testou seu processo em cinzas volantes, um subproduto cinza em pó da queima de carvão que contém níveis concentrados de REEs originalmente presentes no carvão. Os pesquisadores misturaram as cinzas com negro de fumo para melhorar a condutividade elétrica e, em seguida, colocaram a mistura em tubos de quartzo transparentes de 1 a 2 centímetros de largura e 5 a 8 centímetros de comprimento. Capacitores nas extremidades dos tubos enviaram um pulso de corrente, fazendo com que o tubo piscasse amarelo-esbranquiçado e produzisse uma pequena nuvem de fumaça. A temperatura dos pós misturados aumentou para 3000°C em 1 segundo, depois esfriou rapidamente.
Esse pico de calor faz duas coisas. Quando o carvão é queimado como combustível, pedaços microscópicos de vidro se formam no interior e prendem os REEs, tornando-os difíceis de extrair. Mas as rajadas de calor elétrico chocam e quebram o vidro, liberando as terras raras. O aquecimento flash também induz mudanças químicas: os fosfatos de REEs se transformam em óxidos de REE, que são mais solúveis e facilmente extraíveis.
Como resultado dessas mudanças, o grupo de Tour pode utilizar soluções menos corrosivas para extrair os REEs. A equipe de Tour se dá bem com concentrações de ácido clorídrico 120 vezes menores do que os métodos de extração atuais e ainda consegue extrair o dobro. “É tão diluído”, diz Tour, “que ? bem, eu não faria isso, mas acho que você poderia beber”.
Além de cinzas volantes, a equipe de Tour extraiu REEs da chamada lama vermelha ? um subproduto da fabricação de alumínio ? e de eletrônicos. No último caso, a equipe destruiu um laptop antigo e transformou sua placa de circuito em pó para experimentar.
Muitos funcionários do governo estão interessados em pegar REEs de resíduos, em vez de minerá-los, por razões econômicas e ambientais. A China domina há muito tempo o mercado internacional de REE, e o Japão, a União Europeia e os Estados Unidos reclamaram com a Organização Mundial do Comércio que a China usa seu quase monopólio para reduzir as exportações e aumentar os preços. (Desde então, o Japão explorou medidas como a dragagem de lama rica em REE do fundo do oceano, o que não é exatamente ecologicamente correto.) Contar com um fornecedor estrangeiro para REEs coloca os países “em desvantagem econômica, se não em desvantagem de segurança natural”, diz Steven Winston, engenheiro químico independente e ex-vice-presidente do Idaho National Laboratory, que estudou resíduos de mineração. O aquecimento instantâneo de resíduos pode abrir um suprimento alternativo.
Mas os obstáculos permanecem. Depois que os REEs são extraídos, eles precisam ser separados em elementos individuais para diferentes aplicações. Isso “ainda é um grande desafio”, diz Heileen Hsu-Kim, engenheira ambiental da Duke University que estuda a extração de REE. As empresas costumam usar solventes orgânicos, como o querosene, que causam problemas ambientais ou são difíceis de reciclar. Para lidar com essas preocupações, a equipe de Sheikhi transformou a celulose biodegradável em filamentos com “cabelos” com grupos funcionais que se ligam seletivamente e capturam o neodímio, um componente vital nos ímãs das turbinas eólicas.
Além disso, o processo de Tour precisaria ser massivamente ampliado para fazer a diferença. Sheikhi ressalta que “normalmente, os processos de alta temperatura são caros”. Mas a equipe de Tour argumenta que, como o aquecimento por flash é rápido, os custos são baixos, apenas US$ 12 por tonelada de cinzas volantes. Quanto à ampliação, a equipe desenvolveu anteriormente um processo de aquecimento instantâneo para transformar pneus e plásticos velhos em grafeno, e uma empresa derivada já ampliou esse processo usando aquecedores instantâneos maiores.
Se o método de Tour funcionar, há muito lixo industrial para se ter. Todos os anos, a humanidade produz 40 milhões de toneladas de lixo eletrônico, 150 milhões de toneladas de lama vermelha e 750 milhões de toneladas de cinzas volantes de carvão, muitas delas empilhadas em montes gigantes. Considerando que a queima de carvão ajudou a criar nossa atual bagunça ambiental, seria apropriado que a faísca das tecnologias verdes pudesse ser extraída de seus resíduos. “Não precisamos queimar mais carvão para que esse processo [de reciclagem] funcione”, diz Tour. “Temos montanhas suficientes disso para sempre.”
Publicado em 16/02/2022 11h42
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