Tratamento de Efluentes com Biodiesel: Recuperação de Carbono e Compostos Valiosos

A fabricação de biodiesel, uma alternativa de queima mais limpa ao diesel de petróleo, produz CO2 e águas residuais contendo poluentes. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Michigan soluciona problemas de um método eletroquímico de eficiência energética para capturar CO2 e produtos químicos valiosos durante o tratamento de águas residuais. Crédito: ACS Publications

O biodiesel oferece uma alternativa de queima mais limpa ao diesel de petróleo, mas sua produção gera CO2 e águas residuais perigosas, exigindo etapas adicionais para uma verdadeira sustentabilidade. Pesquisadores da Universidade de Michigan estão refinando um processo que captura CO2 enquanto trata águas residuais de biodiesel, produzindo simultaneamente coprodutos valiosos como combustíveis e produtos químicos verdes.

A produção de biodiesel transforma gorduras — como óleos vegetais, gorduras animais ou graxa reciclada — em combustível por meio da transesterificação. Nessa reação, o metanol e um catalisador quebram moléculas de gordura, criando glicerol e ésteres de ácidos graxos. Enquanto os ésteres de ácidos graxos se tornam biodiesel, o glicerol entra nas águas residuais como um subproduto. Se não for tratado adequadamente, o glicerol pode esgotar o oxigênio em corpos d’água, prejudicando a vida aquática.

Os primeiros métodos de tratamento de águas residuais se concentravam na remoção de contaminantes, mas os esforços recentes visam recuperar materiais valiosos, compensando os custos de produção. À medida que a produção de biodiesel se expande, os pesquisadores veem uma oportunidade de transformar fluxos de resíduos em recursos.

“Ao desenvolver eletrocatalisadores mais estáveis, podemos aproveitar a energia renovável para recuperar valor do desperdício”, disse Joshua Jack, professor assistente de engenharia civil e ambiental na U-M e autor correspondente do estudo em Environmental Science & Technology.

Um Método Promissor

Um método promissor, a redução eletroquímica de CO2 (eCO2R), converte CO2 do escapamento de biodiesel em produtos de valor agregado usando eletricidade. No entanto, o eCO2R normalmente requer água de alta pureza e catalisadores metálicos caros para conduzir a reação de evolução de oxigênio (OER).

Para tornar o processo mais eficiente e acessível, os pesquisadores estão explorando a reação redox eletroquímica de glicerol (GOR) como uma alternativa. A GOR usa o potencial redox ultrabaixo do glicerol para reduzir a demanda de energia em 23% a 53%, dependendo do catalisador. O tipo de catalisador também determina quais produtos químicos a GOR produz. O níquel surgiu como um forte candidato devido ao seu baixo custo, fácil fabricação e capacidade de gerar compostos de alto valor como o formato, que é vendido por US$ 146 o litro na indústria alimentícia.

“Acoplar GOR com eletrólise de CO2 integra tratamento sustentável de águas residuais, captura de CO2 e produção química verde em um único processo”, disse Kyungho Kim, pesquisador de pós-doutorado da U-M e principal autor do estudo.

A Atividade Catalítica

Enquanto pesquisas anteriores se concentravam em maximizar a atividade catalítica para GOR, a estabilidade do catalisador a longo prazo recebeu menos atenção. Para resolver isso, a equipe testou um catalisador de níquel ao longo de 24 horas de operação contínua.

Eles desenvolveram uma água residual de biodiesel sintético contendo glicerol, metanol, sabão e água. Usando uma célula de fluxo com um ânodo de níquel e um cátodo de platina, eles aplicaram um potencial elétrico e observaram o desempenho do catalisador. Ao longo de 24 horas, a eficiência do eletrodo de níquel caiu em 99,7%, principalmente devido ao acúmulo de partículas bloqueando a superfície.

Aplicação Prática

Para aplicação no mundo real, limpeza e manutenção regulares serão essenciais para manter o desempenho do catalisador de níquel.

“A estrutura analítica deste estudo fornece um roteiro para avaliar a estabilidade do catalisador, e as descobertas podem melhorar o design do catalisador em vários processos ambientais”, explicou Jack.

Esta pesquisa marca um passo inicial em direção à criação de eletrocatalisadores duráveis, capazes de processar águas residuais de forma eficiente e, ao mesmo tempo, capturar CO2.

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