Cientistas transformam cascas de amendoim em grafeno de alta tecnologia para a indústria.

Um subproduto da agricultura está a deixar engenheiros boquiabertos - e pode transformar um material milagroso caro numa pechincha.

O que hoje acaba ainda como um monte de cascas junto às fábricas de amendoim pode amanhã estar dentro de baterias, instalações solares e smartphones. Uma equipa de investigação na Austrália demonstrou como cascas de amendoim simples podem ser convertidas em grafeno de alta qualidade - mais depressa, com menos custos e sem químicos tóxicos. A ideia parece quase demasiado simples para ser verdadeira, mas tem o potencial de agitar seriamente uma indústria inteira.

Porque é que toda a gente volta a falar de grafeno

Há vários anos que o grafeno é visto como um material com uma reputação quase lendária. É formado por uma única camada de átomos de carbono organizados num padrão em favo de mel. Essa estrutura torna-o:

• mais resistente do que o aço, apesar de ser muito mais leve,
• mais condutor do que o cobre para eletricidade e calor,
• extremamente flexível e transparente.

Em teoria, o grafeno serve para baterias melhores, eletrónica mais rápida, sensores mais sensíveis, peças leves e robustas e até aplicações médicas. Na prática, muita coisa continua travada pelo preço. O grafeno de alta qualidade é caro e exige muita energia para ser produzido, sendo frequentemente fabricado a partir de matérias-primas fósseis e de químicos agressivos.

É precisamente aqui que a abordagem com cascas de amendoim entra em cena: é barata, existe em grande quantidade e revela-se surpreendentemente adequada como matéria-prima.

Cascas de amendoim: de lixo incómodo a fornecedora ideal de carbono

A produção mundial de amendoim gera mais de dez milhões de toneladas de cascas por ano. Grande parte acaba no lixo, no composto ou em utilizações de baixo valor acrescentado. Para a agricultura, as cascas são mais um problema de eliminação do que um tesouro.

Na perspetiva da equipa australiana liderada pelo engenheiro mecânico Guan Yeoh, da Universidade de New South Wales, as cascas são, no entanto, uma matéria-prima bastante apelativa. O motivo é simples: as suas paredes celulares contêm muito lignina, um polímero vegetal com elevado teor de carbono. E o carbono é precisamente aquilo de que o grafeno é feito.

Ensaios anteriores para obter grafeno a partir de biomassa tinham muitas vezes de lutar com baixa qualidade: muitos defeitos, estruturas irregulares e pouco útil para aplicações exigentes. A equipa de Yeoh encontrou agora uma forma de atenuar de forma clara esse ponto fraco.

Dois choques térmicos, um material de alta tecnologia

O processo assenta em duas etapas de aquecimento consecutivas, que se complementam entre si.

Primeiro passo: das cascas nasce a “pré-carvão”

Primeiro, as cascas de amendoim são trituradas e aquecidas de forma indireta - através de corrente elétrica, que eleva um elemento de aquecimento até cerca de 500 graus Celsius. Esta fase demora cerca de cinco minutos. Nela, libertam-se oxigénio, hidrogénio e outros componentes indesejáveis.

O que sobra é um resíduo sólido: uma “pré-coque” rica em carbono, já com anéis aromáticos de carbono relativamente bem organizados. É precisamente esta pré-estrutura que prepara o terreno para um grafeno com muito menos falhas na rede.

Segundo passo: aquecimento relâmpago acima dos 3.000 graus

Segue-se depois a fase decisiva, o chamado aquecimento relâmpago por Joule. O carbono preparado é exposto a uma descarga elétrica extremamente curta, mas muito intensa. Em milissegundos, a temperatura sobe para mais de 3.000 graus Celsius.

Sob este choque térmico, os átomos de carbono reorganizam-se e formam finas camadas de grafeno - tudo isto em apenas alguns instantes.

Segundo a universidade, todo o processo, do pó de casca ao grafeno final, demora apenas cerca de dez minutos. O mais notável é que os investigadores dispensam solventes e reagentes adicionais. Assim, o método distingue-se claramente de muitas vias clássicas de síntese, que recorrem a químicos tóxicos ou prejudiciais para o ambiente.

O que sai no fim: grafeno turbostrático

O resultado não é uma folha perfeita e única de grafeno, como muitas vezes se procura na investigação fundamental. Em vez disso, forma-se o chamado grafeno turbostrático: várias camadas de grafeno ligeiramente torcidas e não perfeitamente alinhadas umas sobre as outras.

Para muitas aplicações industriais, esta forma é mais do que suficiente - e, em certos casos, até vantajosa. Exemplos típicos incluem:

• elétrodos em baterias de iões de lítio e de iões de sódio,
• pistas condutoras em ecrãs táteis flexíveis,
• revestimentos em módulos solares,
• tintas condutoras para eletrónica impressa,
• sensores para medições médicas ou ambientais.

A equipa australiana refere que a qualidade obtida a partir de cascas de amendoim consegue acompanhar o grafeno produzido por métodos convencionais. No fim de contas, para a indústria, o que interessa é sobretudo se o material funciona de forma fiável - e se o preço compensa.

A queda de preço: quanto poderia custar um quilo de grafeno

É aqui que a história ganha mais interesse. Segundo os cálculos da equipa, produzir um quilograma de grafeno a partir de cascas de amendoim exige apenas cerca de 1,30 dólares americanos em custos energéticos, ou seja, pouco mais de um euro. Isto é apenas uma fração do que muitos processos atuais consomem.

Se estes valores se confirmarem na prática, o grafeno pode passar de material de nicho a produto de massas.

Em termos simples: fabricantes de baterias, eletrónica e revestimentos poderiam incorporar muito mais grafeno nos seus produtos sem que os custos disparassem. Isso, por sua vez, abriria espaço a inovações que, até agora, existem apenas no papel ou em demonstrações laboratoriais muito caras.

Do laboratório para a fábrica

Por enquanto, o processo ainda decorre à escala de laboratório. A equipa está agora a preparar a passagem para protótipos de maior dimensão. Dentro de três a quatro anos, pretende demonstrar que o sistema pode funcionar em ambiente industrial - de forma contínua, segura e economicamente viável.

Em paralelo, estão também a testar outras fontes de biomassa. Estão previstas:

• borras de café de torrefações e cafés,
• cascas de banana da indústria alimentar,
• outros resíduos vegetais ricos em lignina, como palha ou cascas de sementes oleaginosas.

Quem hoje deita fora cascas de amendoim sem pensar duas vezes poderá, no futuro, estar a desperdiçar matérias-primas valiosas de forma indireta. É plausível que empresas do setor alimentar deixem de tratar estes resíduos como lixo e passem a vendê-los a produtores de grafeno.

O que está por trás de termos como lignina e aquecimento relâmpago

A lignina desempenha um papel central nos bastidores. Esta substância natural reforça as células vegetais, endurece a madeira e ajuda as árvores a crescerem em altura. Do ponto de vista químico, a lignina é composta em grande parte por carbono em anéis aromáticos. Quando aquecida, permite obter com relativa facilidade uma estrutura rica em carbono - ideal para o passo seguinte rumo ao grafeno.

O aquecimento relâmpago por Joule soa espetacular, mas usa um princípio bastante simples: um impulso de corrente curto e intenso aquece o próprio material. Como o pulso dura apenas milissegundos, o consumo energético global mantém-se contido e o meio envolvente não é aquecido desnecessariamente. Este aquecimento preciso é o que torna o processo tão rápido e eficiente.

Oportunidades, riscos e o que a indústria terá de avaliar

A abordagem traz várias vantagens claras:

• valorização de resíduos agrícolas em vez de matérias-primas fósseis,
• redução de deposição em aterro e menor pressão ambiental,
• tempos de processo curtos e baixo consumo energético,
• ausência de solventes tóxicos.

Ainda assim, persistem questões por esclarecer. As empresas vão observar de perto se a qualidade se mantém estável em volumes de produção maiores. Se a composição da biomassa variar muito, as propriedades do material também poderão mudar. Além disso, o funcionamento seguro do método de aquecimento relâmpago em operação industrial contínua terá de ser testado com rigor.

Também será interessante ver como o mercado evolui quando houver realmente toneladas de grafeno mais barato disponíveis. Fabricantes de baterias poderão, por exemplo, repensar estruturas de elétrodos, e start-ups poderão levar ao mercado embalagens condutoras, têxteis inteligentes ou filmes de sensores ultrafinos.

As cascas de amendoim tornam-se, assim, símbolo de uma tendência mais ampla: os materiais de alta tecnologia não têm de depender necessariamente de recursos escassos. Com uma gestão de processo inteligente, até aquilo que parece lixo pode tornar-se um bloco essencial para a próxima geração de eletrónica e de armazenamento de energia.