Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer PSI e da ETH Zurique querem tornar os chamados zeólitos mais eficientes. Hoje, esses compostos já são aditivos indispensáveis ​​na indústria química e têm sido usados ​​como catalisadores em refinarias de petróleo desde a década de 1960. Agora, no jornal Materiais da Natureza , os pesquisadores defendem que se dê mais atenção às zeólitas clássicas. Esses, eles afirmam, teria até o potencial de tornar possível uma bioeconomia baseada em recursos renováveis.

Para transformar nossa economia baseada em combustíveis fósseis em uma bioeconomia sustentável, devemos substituir os recursos fósseis por matérias-primas renováveis. Mas o petróleo, o material de partida para vários produtos da indústria química, não pode ser simplesmente trocada por madeira, milho, e palha, já que as plantas consistem em tipos de moléculas completamente diferentes do "ouro negro". Para movimentar automóveis e possibilitar a produção de uma ampla gama de plásticos ou medicamentos, as matérias-primas renováveis ​​devem primeiro passar por uma conversão química. Aqui, a ajuda é fornecida por catalisadores, isso é, substâncias que impulsionam as reações químicas ou as tornam possíveis em primeiro lugar.

Catalisadores extremamente promissores para este propósito são os zeólitos, compostos semelhantes a andaimes feitos de alumínio, oxigênio, e silício. Os zeólitos ocorrem naturalmente - por exemplo, como minerais em formações rochosas - ou são produzidos sinteticamente. Eles estão entre os catalisadores mais importantes da indústria química. Desde 1960, eles têm sido usados ​​em refinarias de petróleo para craqueamento, o processo de divisão de longas cadeias de hidrocarbonetos em mais curtas. Eles também são usados, por exemplo, como ingredientes em detergentes, em processos de amaciamento de água, e em sistemas de reservatório de calor.

Os zeólitos facilitam a transição para uma bioeconomia, tornando possível converter biomassa em moléculas de que a indústria precisa desesperadamente. No entanto:"Neste ponto, a pesquisa sobre zeólitas chegou a um beco sem saída, "diz Vitaly Sushkevich, cientista do Laboratório de Catálise e Química Sustentável do PSI. Junto com colegas da PSI e ETH Zurich, ele quer tirar a pesquisa zeólita desse beco sem saída.

Todo o alumínio não é o mesmo

O problema:desenvolver catalisadores para a bioeconomia, pesquisadores em todo o mundo estão trabalhando em zeólitas que também contêm estanho, titânio, ou átomos de zircônio. Contudo, seu desempenho não pode ser aumentado mais. Portanto, a equipe de Sushkevich recomenda voltar aos zeólitos clássicos, que são compostos apenas de silício, alumínio, e oxigênio. "Eles são catalisadores muito eficientes, "diz Sushkevich." O especial é que eles podem ser modificados e adaptados conforme necessário para fins específicos. Você pode até catalisar várias reações químicas, uma após a outra. "Neste caso, o produto D desejado é convenientemente criado a partir do material de partida A através das etapas intermediárias B e C.

Os átomos de alumínio são um elemento importante dessas zeólitas. Originalmente, estes estão firmemente ancorados no andaime do zeólito. Por meio de aquecimento e outros truques, eles podem ser liberados desse composto e, assim, colocados em posição de catalisar reações importantes para a bioeconomia.

O doutorando Manoj Ravi da ETH Zurich analisou a literatura sobre isso e encontrou várias inconsistências. "A forma como os átomos de alumínio catalisam as reações é evidentemente muito mais complicada do que se pensava anteriormente, "diz ele. Por exemplo, nem todos os átomos de alumínio são completamente liberados do composto de andaime. Em vez de, três tipos diferentes de átomos de alumínio coexistem em tal zeólita:aqueles que ainda estão presos no andaime, aqueles que estão parcialmente separados, e aqueles que estão completamente desligados. "É importante distinguir esses três tipos uns dos outros e não agrupá-los."

Entender o que está acontecendo

O PSI também sintetiza os próprios zeólitos e analisa suas estruturas, por exemplo, com a ajuda da Swiss Light Source SLS. "As medições em grandes instalações de pesquisa e com outras tecnologias modernas nos ajudam a entender melhor a estrutura dos importantes centros ativos, ", diz Sushkevich. Os centros ativos são os locais em um catalisador onde ocorre a reação.

Esta abordagem pode ser útil não apenas com a transição para uma bioeconomia, mas também no processamento de recursos fósseis clássicos, adiciona o químico.

O artigo será publicado em 21 de setembro de 2020 na revista Materiais da Natureza .