Como Interromper a Corrosão Catódica de Elétrodos de Aço na Síntese Eletrorregânico

A sustentabilidade é uma preocupação crucial nos negócios e na indústria atualmente. Muitas empresas reconhecem a demanda por encontrar as melhores opções possíveis e neutras para o clima para a produção dos seus produtos e a redução de contaminantes. Isso indica que estão buscando alternativas de manufatura que não exijam o uso de recursos fósseis. Grande potencial a este respeito é visto na eletrossíntese, um procedimento que envolve o aprimoramento de substâncias químicas numa célula de eletrólise usando energia elétrica.

Uma equipa de pesquisadores liderada pelo professor Siegfried Waldvogel, porta-voz da área de pesquisa de alto nível SusInnoScience na Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), mostrou que: por exemplo, é viável utilizar esta estratégia para extrair a substância aromatizante vanilina de resíduos de madeira. Uma aplicação especialmente promissora da eletrossíntese seria seu uso para a fabricação de precursores de plásticos. A eletrossíntese seria mais eficiente do que as técnicas padrão e não exigiria fontes fósseis. No entanto, há um obstáculo considerável e grosseiramente negligenciado: durante a eletrossíntese, ocorre um processo conhecido como corrosão catódica. A equipa de Waldvogel decidiu explorar melhor essa preocupação, primeiro revisando a literatura sobre o assunto.

A equipa de estudo examinou artigos envolvendo corrosão catódica lançados nos últimos 130 anos, incluindo cerca de 30 papéis que eles fizeram.“ A nossa equipa, assim como um grupo chinês, são os únicos com a perícia necessária para realizar esse depoimento literário”, enfatizou Waldvogel.

Segundo Waldvogel, os pesquisadores conhecem o problema da corrosão catódica há mais de 200 anos, mas não encontraram uma forma de evitá-la. A oxidação do ânodo, o eletrodo positivo, ao longo da eletrólise, foi amplamente examinada, muitas questões sobre a redução no eletrodo negativo, o cátodo, permanecem sem resposta. “É necessário fazer uso de materiais para os eletrodos que tenham alto sobrepotencial quando se trata de hidrogénio, por isso são utilizados metais pesados ​​nocivos, como o chumbo e também o estanho”, disse Waldvogel. “No entanto, o cátodo se liquefaz ou corrói progressivamente e libera esses metais tóxicos.”. Isso pode causar a contaminação dos produtos químicos sintetizados, o que é, de fato, um resultado indesejado. “Se conseguíssemos parar esta corrosão, teríamos certamente eliminado um dos maiores obstáculos para a eletrificação dos processos de produção ”, continuou. O químico lida atualmente com dois projetos criados para descobrir uma solução para a crise. O projeto “Estratégias para superar as limitações contemporâneas das conversões eletrossintéticas redutoras em meios aquosos” foi iniciado em setembro de 2021. A Fundação Alemã de Pesquisa financia-o (DFG) e a Fundação Nacional de Ciência dos Estados Unidos cerca de EUR 1 milhão.

O foco aqui está num aplicativo funcional. Em colaboração com uma equipa da Iowa State University, o objetivo é criar um método de produção de precursores para plásticos a partir de resíduos agrícolas — bem como esses produtos devem ser sintetizados no cátodo. “Presumindo que tenhamos sucesso, no futuro conseguiremos usar resíduos para fazer intermediários químicos, causando uma melhoria sustentável de valor”, disse Waldvogel. Segundo o grupo do Mainz College, eles certamente estarão a pensar principalmente nas inúmeras maneiras pelas quais os sais podem cobrir os eletrodos, enquanto os seus colegas americanos estarão se concentrando no uso de ligas com as quais se espera que a ferrugem catódica possa ser prevenida.

Desde o início de 2021, pesquisadores das duas áreas de estudo de alto nível da JGU, SusInnoScience e M3ODEL, têm colaborado no projeto ECHELON, para o qual a Estrutura Carl Zeiss concede cerca de 2 milhões de euros em financiamento. “O objetivo é compreender melhor a teoria subjacente aos procedimentos que ocorrem durante a eletrólise. Por esse motivo, combinamos aspetos das duas áreas essenciais da química quântica e também a modelagem multiescala”, afirmou Waldvogel. “A química quântica nos permite estimar as reações químicas no cátodo, enquanto a modelagem multiescala nos permite, em teoria, mapear a atividade e também o foco dos iões no fluido que faz fronteira com o cátodo”, finalizou.

Originalmente publicado em Phys.org . Leia o artigo original.

Referência:  Tom Wirtanen et al, Cathodic Corrosion of Metal Electrodes – How to Prevent It in Electroorganic Synthesis,  Chemical Reviews  (2021). DOI: 10.1021 / acs.chemrev.1c00148