Pesquisadores da Texas A&M University e da ExxonMobil estão desenvolvendo um método para reprocessar o coque de petróleo – um subproduto do refino de petróleo bruto – em uma alternativa sustentável e de alto valor. Usando um processo químico chamado esfoliação eletroquímica, eles converteram coque de petróleo em grafeno, um nanomaterial com aplicações em eletrônica, medicina e armazenamento de energia.
Este estudo foi publicado em npj 2D Materials and Applications .

O petróleo bruto é uma mistura de muitos hidrocarbonetos diferentes, com porções leves indo para o gás natural, enquanto as porções mais pesadas formam materiais viscosos ou mesmo sólidos. Um dos muitos produtos que vem do refino de petróleo bruto é o coque sólido de petróleo.

Embora existam muitas maneiras de utilizar o coque de petróleo, como eletrodos para produção de aço e alumínio, esse processo libera emissões de carbono prejudiciais. Por esse motivo, a indústria está procurando por materiais de baixa emissão e alto valor que possam ser derivados do petróleo bruto.

Uma possível solução é reaproveitar o coque de petróleo rico em carbono para gerar grafeno, um material versátil em forma de folha composto por uma única camada de átomos de carbono. Convencionalmente, o grafeno é esfoliado do grafite. Os pesquisadores investigaram se algum processo químico facilitaria a produção de grafeno a partir de materiais derivados de combustíveis fósseis.

"Sabemos que o coque de petróleo contém materiais semelhantes ao grafeno", disse o Dr. Micah Green, professor do Departamento de Engenharia Química Artie McFerrin da Texas A&M. "Nosso desafio foi isolar o grafeno do material inicial."

Para realizar essa tarefa, os pesquisadores se voltaram para a eletroquímica. Eles colocaram coque em uma solução eletrolítica com um eletrodo de trabalho e um contra eletrodo. Quando eles aplicaram tensão ao eletrodo de trabalho, as espécies iônicas ou íons negativos do eletrólito migraram entre as folhas de grafeno em um processo chamado intercalação.

"Pense na cocaína como um livro e no grafeno como cada folha de papel individual", disse Green. "Quando o livro é colocado na lombada, as páginas se abrem e têm mais lacunas entre elas. O processo de esfoliação eletroquímica é semelhante."

Quando o coque é expandido, o grafeno se separa. Íons negativos são criados e se movem para os espaços entre as folhas de grafeno, completando o subproduto do coque e a separação do grafeno.

Muitas aplicações de grafeno requerem alta condutividade, mas não se sabe se o grafeno do coque de petróleo poderia alcançar tal desempenho. O grafeno criado a partir do coque tinha uma condutividade de 50 siemens por metro em comparação com uma bateria de íons de lítio típica, cuja condutividade elétrica é de cerca de 150-160 siemens por metro. Com um tratamento térmico chamado recozimento, os pesquisadores poderiam aumentar ainda mais a condutividade, tornando-a comparável aos eletrodos das baterias de íons de lítio.

Com essas descobertas, as aplicações de grafeno que estão em desenvolvimento há anos podem se concretizar.

"O futuro do aumento de escala de nanomateriais está diretamente ligado aos fluxos existentes na indústria petroquímica, e prevejo muitos outros casos em que produtos químicos derivados de petróleo são convertidos em materiais de carbono de alto valor, como o grafeno", disse Green. + Explorar mais

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