Dado seu tamanho, força e propriedades elétricas, nanotubos de carbono - minúsculos, cilindros ocos feitos de átomos de carbono - prometem uma série de aplicações em eletrônica, medicina e outros campos. Apesar do desenvolvimento industrial de nanotubos nos últimos anos, Contudo, muito pouco se sabe sobre como eles se formam ou os impactos ambientais de sua fabricação.

Acontece que um processo comumente usado para produzir nanotubos de carbono, ou CNTs, pode liberar várias centenas de toneladas de produtos químicos, incluindo gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos perigosos, no ar a cada ano. Em um artigo publicado na semana passada no ACS Nano local na rede Internet, os pesquisadores relatam que em experimentos, remover uma etapa desse processo - uma etapa que envolve o aquecimento de gases à base de carbono e adicionar "ingredientes" reativos chave - reduziu as emissões de subprodutos prejudiciais em pelo menos dez vezes e, em alguns casos, por um fator de 100. Ele também cortou a quantidade de energia usada no processo pela metade.

“Conseguimos fazer tudo isso e ainda temos um bom crescimento de CNT, ”Diz Desiree Plata, que liderou a pesquisa entre 2007 e 2009 como estudante de doutorado no programa conjunto do MIT com o Woods Hole Oceanographic Institution. Agora é professor assistente visitante nos Departamentos de Aeronáutica e Astronáutica e Engenharia Civil e Ambiental (CEE) do MIT, Plata colaborou no artigo com vários pesquisadores do MIT e da Universidade de Michigan, incluindo Philip Gschwend, Professor de Engenharia da Ford na CEE, e John Hart, professor de engenharia mecânica na Universidade de Michigan. O estudo é parte de um esforço de longo prazo para mudar a abordagem do desenvolvimento de materiais para que os químicos ambientais trabalhem com a jovem indústria de CNT para desenvolver métodos para prevenir ou limitar consequências ambientais indesejáveis.

Em seu estudo, Plata e seus colegas analisaram um processo de fabricação de CNT comum conhecido como deposição de vapor químico catalítico. Neste método, fabricantes combinam hidrogênio com uma "matéria-prima de gás, ”Como metano, monóxido de carbono ou etileno. Eles então aquecem a combinação em um reator que contém um catalisador de metal como níquel ou ferro, que então forma CNTs. O problema é que uma vez que os CNTs são formados, compostos não reagidos (até 97 por cento da matéria-prima inicial) são freqüentemente liberados no ar.

Desligando o aquecimento

Em um reator em escala de laboratório feito sob medida, os pesquisadores aqueceram hidrogênio e etileno, que é comumente usado na fabricação de CNT de alto volume, e então entregue a um catalisador de metal. Eles descobriram que mais de 40 compostos se formaram, incluindo gases de efeito estufa como metano e poluentes atmosféricos tóxicos como benzeno.

Os pesquisadores suspeitaram que nem todos esses compostos eram essenciais para o cultivo de CNTs, e eles sabiam que o aquecimento do gás de alimentação desempenha um papel crítico na criação de compostos perigosos. Então, eles combinaram etileno não aquecido e hidrogênio com vários dos 40 compostos, um por um, para ver qual combinação de compostos levou ao melhor crescimento. Eles observaram que certos alcinos, ou moléculas que têm pelo menos dois átomos de carbono grudados em três ligações distintas, produziu o melhor crescimento, enquanto outros compostos que são subprodutos indesejáveis, como metano e benzeno, nao fiz.

Plata e seus colegas conseguiram uma redução dramática nas emissões prejudiciais e no consumo de energia, afetando os alcinos da temperatura ambiente, com etileno e hidrogênio, diretamente no catalisador de metal, sem calor. Eles também aprenderam que poderiam reduzir a quantidade de etileno e hidrogênio usados ​​em cerca de 20 e 40 por cento, respectivamente, e ainda alcançar a mesma taxa e qualidade de crescimento de CNT. Plata diz que embora os resultados dos experimentos de laboratório sejam difíceis de generalizar, em um mercado que deve atingir vários bilhões de dólares em vários anos, essas mudanças podem se traduzir em “economias de custo significativas” para os fabricantes.

Reação da indústria

Embora seja muito cedo para os fabricantes adotarem o método apresentado no artigo, David Lashmore, vice-presidente e diretor de tecnologia da Concord, N.H.-based Nanocomp Technologies, diz que o método é algo que sua empresa está disposta a experimentar, à medida que busca maneiras de minimizar os efeitos ambientais de seu processo de produção. “Isso é de grande interesse para nós e pode ter um amplo impacto na economia do nosso processo, ”Diz ele.

Plata aponta que o estudo do MIT analisou apenas um dos vários gases de matéria-prima usados ​​para fazer CNTs, e que a mesma análise precisa ser feita para os outros. Mas por sua parte, ela agora está se concentrando em como os CNTs se formam, tentando determinar a interação precisa do catalisador de metal e os hidrocarbonetos neste processo. Saber o papel do catalisador pode ajudar os pesquisadores a manipular a formação átomo por átomo dos CNTs - muito mais precisamente do que agora, ela diz.