Peter Tucker
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Os nanotubos de carbono, ilustrados aqui, poderiam ser feitos de dióxido de carbono coletado da atmosfera; poderíamos usá-los para criar baterias negativas de carbono. Andrzej Wojcicki / Getty Images A luta para desacelerar o aquecimento global se concentrou principalmente em afastar os humanos da queima de combustíveis fósseis que emitem dióxido de carbono e contribuem para o efeito estufa. Também tem havido muito esforço para encontrar maneiras de capturar CO2 fora do ar e coloque-o em algum lugar onde não possa causar nenhum dano. Claro, a solução perfeita seria realizar as duas coisas ao mesmo tempo. E se você pudesse fazer CO2 fora da atmosfera e empregá-lo como uma fonte de energia mais limpa, reduzindo a necessidade de queimar combustível fóssil?
Cientistas das universidades Vanderbilt e George Washington podem ter encontrado uma maneira de fazer exatamente isso. Em um artigo publicado hoje na revista American Chemical Society ACS Central Science, eles descrevem um processo para extrair carbono do CO atmosférico2, e usá-lo para fazer nanotubos de carbono. Os nanotubos seriam então usados para substituir os eletrodos de grafite em baterias de íon-lítio para carros elétricos.
Em teoria, poderíamos criar não apenas carros elétricos neutros em carbono, mas também negativos em carbono, que armazenam energia e neutralizam os danos ambientais anteriores.
"Dado seu melhor desempenho, baixo custo projetado e capacidade de remover um gás de efeito estufa, é provável que carros equipados com bateria de nanotubo de carbono se tornem a norma", disse um dos cientistas, professor de química da GWU Stuart Licht, por e-mail.
Em um comunicado à imprensa anunciando o desenvolvimento, o professor assistente de engenharia mecânica Cary Pint de Vanderbilt disse: "Imagine um mundo onde cada novo veículo elétrico ou instalação de bateria em escala de rede não só nos permitiria superar os pecados ambientais de nosso passado, diz, mas também fornecer um passo em direção a um futuro sustentável para nossos filhos. "
Como isso funcionaria?
O novo método de fabricação de bateria usa um processo desenvolvido por Licht e seus colegas GWU para capturar carbono e usá-lo para fazer nanofibras de carbono, que podem ser agrupadas para criar nanotubos. Esse processo envolve a implantação de energia solar concentrada para criar um banho derretido de produtos químicos que atinge 1.380 graus F (749 graus C). Quando o ar é adicionado à célula, o dióxido de carbono se dissolve quando sujeito ao calor e à corrente direta dos eletrodos de níquel e aço.
O Processo Solar Térmico Eletroquímico (STEP) converte o dióxido de carbono atmosférico em nanotubos de carbono que podem ser usados em baterias avançadas. Julie Turner / Universidade Vanderbilt Conforme o gás se decompõe, as moléculas de carbono aderem aos eletrodos e se transformam em nanofibras. Depois que Licht e sua equipe publicaram seu trabalho em 2015, ele prometeu ser uma virada de jogo em potencial. Não só forneceu um método para criar nanofibras de carbono que era mais barato do que os métodos anteriores, mas também ofereceu uma maneira de extrair grandes quantidades de dióxido de carbono da atmosfera.
Quando esse desenvolvimento foi anunciado no ano passado, Licht disse que imaginava construir uma série de gigantes C02-usinas de nanofibra do tamanho de cidades em lugares escassamente povoados, como o deserto australiano e os desertos do Saara e do Mojave.
Por ser super resistente e leve, a nanofibra de carbono tem sido considerada o material do futuro para tudo, desde vigas de arranha-céus a fuselagens de aeronaves. Mas os nanotubos de carbono fabricados com essas fibras também são muito bons para a fabricação de baterias, porque sua grande área de superfície permite que armazenem mais carga do que outras formas de carbono. Em 2010, pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology criaram uma bateria experimental com nanotubos de carbono que tinha um terço a mais de capacidade do que uma bateria de íon de lítio convencional e 10 vezes mais potência..
Os pesquisadores GW e Vanderbilt relatam que uma bateria de íon de lítio com eletrodos de nanotubo de carbono também tem um desempenho ligeiramente melhor do que uma bateria de íon de lítio convencional, e que o impulso é amplificado quando a bateria é carregada rapidamente.
Quando eles usaram os nanotubos para substituir eletrodos de grafite em uma bateria de íon de sódio, outro tipo de armazenamento, eles obtiveram uma melhoria ainda maior - cerca de 3,5 vezes o desempenho. Ambos os tipos de baterias equipadas com nanotubos de carbono suportaram com sucesso 10 semanas de carga e descarga contínuas, sem sinais de fadiga.
Aplicações práticas para avanços
De acordo com Licht, colocar baterias com nanotubos de carbono em carros "fornecerá alternativas livres de emissão de gases de efeito estufa para os processos de combustíveis fósseis industriais e de transporte de hoje."
Gina Coplon-Newfield, diretora da Iniciativa de Veículos Elétricos do Sierra Club, disse que embora ela ainda não tenha visto os detalhes da descoberta do Vanderbilt-GWU, "parece realmente intrigante". “Em geral, ficamos muito animados com o que vemos acontecendo na tecnologia de baterias atualmente”, diz Coplon-Newfield. "Isso é tanto em termos de avanços tecnológicos quanto em termos de redução de custos."
O processo de uso do dióxido de carbono atmosférico para fabricar baterias não teria que ser usado apenas para carros elétricos. Ele também poderia ser usado para fazer baterias de íon-lítio para dispositivos eletrônicos, e também em baterias muito maiores que poderiam ser usadas para armazenar eletricidade gerada por painéis solares e turbinas eólicas.
Ter esse tipo de armazenamento é crucial para o desenvolvimento de futuras redes elétricas "inteligentes" que dependem de fontes menores e descentralizadas de eletricidade, em vez de depender de enormes usinas de queima de carvão.
Isso é interessante O uso de baterias como dispositivos de armazenamento de energia remonta a centenas, senão milhares de anos.