Como desenvolver tecnologias que aproveitem fontes renováveis de energia e sejam economicamente viáveis?

Resíduos gerados por indústrias de biodiesel, etanol e cana-de-açúcar podem deixar de ser apenas um problema ambiental e ser transformada em matéria-prima para a produção de energia limpa. Essa é a proposta da pesquisa desenvolvida por Lucas Nascimento durante seu doutorado no Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de Uberlândia (PPGQUI/UFU) que recebe o nome de “Development and Optoelectronic Characterization of Photoactive Materials for Photo(electro)reforming of Industrial Waste Streams and Low Carbon Hydrogen Evolution”. O trabalho investiga como utilizar a energia solar para converter resíduos industriais em hidrogênio de baixo carbono e em produtos líquidos de maior valor agregado, como o ácido fórmico.

A pesquisa está inserida nas discussões sobre transição energética, processo de substituição gradual de fontes de energia mais poluentes por alternativas renováveis e de menor impacto ambiental. O estudo propõe aproveitar resíduos que já são produzidos em grandes quantidades pela indústria, em vez de utilizar reagentes químicos de alto valor comercial ou depender exclusivamente da água como matéria-prima. “Então, ao invés de usarmos insumos químicos de alto valor, nós trabalhamos com resíduos industriais”, explica Nascimento.

O principal resíduo investigado foi o glicerol, subproduto gerado durante a fabricação do biodiesel. Apesar de possuir aplicações industriais, o aumento da produção de biodiesel fez com que a oferta de glicerol crescesse de forma significativa, reduzindo seu valor comercial e tornando o armazenamento e o transporte pouco vantajosos para as empresas. Por isso, a proposta da tese foi utilizar esse material como matéria-prima para dois objetivos simultâneos: produzir hidrogênio de baixo carbono e gerar compostos líquidos que possam ser comercializados. “A gente queria também converter esses resíduos industriais em algo com maior valor agregado”, destaca Lucas.

Entre os produtos obtidos está o ácido fórmico, um composto utilizado como insumo químico em diferentes aplicações industriais. Dessa forma, o processo não se limita à geração de um combustível, ele também transforma um resíduo de baixo valor de mercado em uma substância com interesse comercial.

Hidrogênio verde

O hidrogênio é considerado um vetor energético, ou seja, uma forma de armazenar e transportar energia para que ela seja utilizada posteriormente. Ele pode ser empregado, por exemplo, em processos industriais e em sistemas de geração de energia.

A expressão hidrogênio de baixo carbono ou hidrogênio verde é utilizada porque o processo busca reduzir ou evitar emissões de gases de efeito estufa associadas à sua produção. Quando a energia utilizada também vem de fontes renováveis, como a solar, o potencial de redução da emissão de gás carbono se torna ainda maior.

Para realizar a conversão, o pesquisador trabalhou com sistemas chamados fotoeletroquímicos, os quais utilizam de materiais capazes de absorver a luz do sol e utilizá-la para promover reações químicas. Esses materiais são chamados de fotocatalisadores, que funcionam como substâncias que ajudam a acelerar reações químicas quando recebem energia luminosa. 

Uma das vantagens do sistema é a separação entre o tratamento do resíduo e a produção do hidrogênio. De um lado do dispositivo ocorre a oxidação dos resíduos industriais; do outro, acontece a formação do combustível.

Essa divisão é importante porque os resíduos utilizados são materiais brutos, que podem apresentar gordura, turbidez e odor forte. Caso o hidrogênio fosse produzido diretamente nesse mesmo ambiente, sua purificação seria mais difícil. “A gente consegue isolar a produção de hidrogênio do processo de tratamento dos resíduos industriais”, destaca Nascimento.

Outros resíduos investigados

Além do glicerol, a pesquisa analisou resíduos da indústria sucroenergética, como a vinhaça e a fibra de cana-de-açúcar. Esses materiais são gerados em grandes volumes durante a produção de etanol e de açúcar.

Atualmente, uma das formas de reaproveitamento desses resíduos é a aplicação no solo como fertilizante. Embora essa prática possa trazer benefícios, o uso excessivo pode causar impactos ambientais, como alterações nas características do solo e riscos de contaminação de águas subterrâneas.

Nos experimentos, o Nascimento também conseguiu produzir hidrogênio a partir desses resíduos e observou uma redução da toxicidade dos materiais após o tratamento. O resultado indica que o processo pode contribuir não apenas para a geração de energia, mas também para o manejo mais adequado de resíduos industriais.

Parcerias internacionais 

Parte do doutorado foi desenvolvida em instituições estrangeiras, incluindo uma universidade na Alemanha e um grupo de pesquisa em Liverpool, na Inglaterra. As colaborações permitiram que Lucas utilizasse técnicas e equipamentos que não estavam disponíveis no laboratório brasileiro.

Durante o período no Reino Unido, o pesquisador realizou análises avançadas para compreender por que determinados materiais apresentavam desempenho superior na produção de hidrogênio. Uma dessas técnicas permite observar fenômenos em escalas de tempo extremamente pequenas, próximas ao movimento dos elétrons. “É como se eu conseguisse tirar fotos dos elétrons durante o processo fotoeletroquímico que eu estava estudando”, explica. Essas análises ajudaram a esclarecer os mecanismos envolvidos nas reações e a compreender melhor como as modificações nos materiais influenciam a eficiência do processo.

De acordo com o pesquisador, a colaboração internacional foi fundamental para complementar os resultados obtidos na UFU. Enquanto o grupo brasileiro possuía experiência na síntese e aplicação dos materiais, os parceiros estrangeiros contribuíram com técnicas avançadas de caracterização.

O principal resíduo investigado foi o glicerol, subproduto gerado durante a fabricação do biodiesel (foto: Marco Cavalcanti)

Reconhecimento nacional

O trabalho desenvolvido por Nascimento recebeu Menção Honrosa no Prêmio CAPES de Tese, concedido a pesquisas de destaque produzidas em programas de pós-graduação brasileiros. Para o pesquisador, a premiação representa não apenas uma conquista individual, mas o reconhecimento de um esforço coletivo envolvendo orientadores, colaboradores e instituições parceiras.

O Cientista  conta que foi incentivado pelos integrantes da banca de defesa a concorrer ao prêmio e que muitas das sugestões apresentadas durante a avaliação contribuíram para aprimorar a versão final da tese. Seu orientador, Antonio Patrocinio, também o estimulou desde o início do doutorado a desenvolver um trabalho com padrão de excelência internacional. “Foi uma sensação muito boa ter o trabalho reconhecido, não apenas por mim, mas porque é uma premiação que também contempla e premia o trabalho que é desenvolvido aqui no Instituto de Química e no programa de pós-graduação como um todo”, afirma.

Segundo ele, o resultado reflete o tempo de dedicação à pesquisa, além do apoio recebido para participar de eventos científicos, realizar colaborações internacionais e acessar técnicas avançadas de investigação. “Mostra que a gente está trabalhando na direção correta e que, ao longo do meu doutorado, foram quatro anos que eu dediquei e que tiveram um impacto na sociedade, seja de forma direta ou indireta”, finaliza.

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