Utilização de baterias para produzir peróxido de hidrogénio a partir do ar para aplicações industriais
"Este método é muito sustentável, económico e muito eficiente em termos energéticos"
O peróxido de hidrogénio (H2O2) é utilizado como agente branqueador, desinfetante e oxidante, entre outros. No entanto, a produção industrial de H2O2 é dispendiosa e consome muita energia, uma vez que são utilizados catalisadores metálicos raros e valiosos no processo de produção. Os investigadores do Instituto Indiano de Ciência (IISc) desenvolveram uma estratégia alternativa de produção de H2O2 no local, que também pode decompor poluentes industriais, como corantes tóxicos.
Representação esquemática do funcionamento de uma pilha Zn-ar e da decomposição do corante
AJB lab, IISc
Os cientistas utilizaram uma bateria de zinco-ar na qual o H2O2 é produzido através da redução do oxigénio. "O zinco é um elemento abundante e historicamente utilizado ... é muito barato e abundante na Índia", afirma Aninda J Bhattacharyya, professora do Centro Interdisciplinar de Investigação Energética (ICER) e do Departamento de Química Estrutural e do Estado Sólido (SSCU) e autora correspondente do estudo publicado na revista Small Methods.
Uma bateria metal-ar tem um metal, como o zinco, como ânodo (elétrodo negativo) e o ar ambiente como cátodo (elétrodo positivo). Quando a bateria se descarrega - ou seja, liberta energia - o oxigénio do ar ambiente é reduzido no cátodo, produzindo H2O2.
A redução eletroquímica do oxigénio ocorre de duas formas, uma das quais leva à formação de H2O2. "A estratégia aqui é controlar a extensão da reação de redução do oxigénio. Se não a controlarmos até certo ponto, transforma-se simplesmente em água", explica Bhattacharyya.
Este controlo pode ser conseguido com catalisadores especiais. "Utilizamos um catalisador à base de carbono sem metal", diz Asutosh Behera, primeiro autor e estudante de doutoramento na SSCU. Estes catalisadores baratos conduzem normalmente a reação pelo caminho da formação de água, com menor seletividade para H2O2. No entanto, quando são feitas certas modificações químicas nestes catalisadores, tais como a adição de grupos funcionais de oxigénio, a seletividade da reação é tendenciosa para a formação de H2O2.
Bhattacharyya explica que a utilização de uma bateria para produzir H2O2 diretamente é uma abordagem inovadora. "Não é necessário fazer outras coisas. Temos uma bateria e fazemo-la funcionar. Reduzimos a tensão de modo a que apenas produza H2O2 ".
Outra vantagem da utilização de baterias é que, para além das reacções químicas, estas também geram ou armazenam energia eléctrica. "Assim, não só produzimos H2O2, como também armazenamos energia, uma vez que a reação ocorre no interior da célula", acrescenta Bhattacharyya.
O H2O2 produzido tem de ser detectado, uma vez que é incolor. Para o efeito, pode adicionar-se um corante, um poluente tóxico produzido na indústria têxtil. Quando o H2O2éproduzido , reage com o corante, decompondo-o e alterando a sua cor. "O H2O2produzidodecompõe-se ainda em vários radicais (como o hidróxido e o superóxido) - espécies orgânicas altamente reactivas - que acabam por degradar o corante têxtil", explica Behera. Esta degradação ajuda a aumentar a eficiência da produção de H2O2 e a eliminar o corante tóxico.
"Há alguns desafios fundamentais que precisam de ser ultrapassados", observa Bhattacharyya. Por exemplo, uma bateria metal-ar é constituída por três fases - sólida (zinco), líquida (eletrólito) e gasosa (ar). Isto torna-a mais difícil de manusear do que a maioria das baterias com apenas duas fases.
Apesar destes desafios, os investigadores estão convencidos de que a estratégia é escalável e que outras aplicações, como a produção de energia em locais remotos, também são possíveis. "Este método é muito sustentável, económico e muito eficiente em termos energéticos", afirma Bhattacharyya.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
