Os metais líquidos podem ser a solução há muito esperada para "ecologizar" a indústria química, de acordo com investigadores que testaram uma nova técnica que esperam poder substituir processos de engenharia química com utilização intensiva de energia, que remontam ao início do século XX.

A produção química é responsável por aproximadamente 10–15% do total de emissões de gases de efeito estufa. Mais de 10% da energia total mundial também é usada em fábricas de produtos químicos.

Descobertas publicadas em Nature Nanotechnology oferecem uma inovação muito necessária que se afasta dos antigos catalisadores de uso intensivo de energia feitos de materiais sólidos. A pesquisa é liderada pelo professor Kourosh Kalantar-Zadeh, chefe da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade de Sydney, e pelo Dr. Junma Tang, que trabalha em conjunto na Universidade de Sydney e na UNSW.

Um catalisador é uma substância que faz com que as reações químicas ocorram de forma mais rápida e fácil, sem participar da reação. Catalisadores sólidos, normalmente metais sólidos ou compostos sólidos de metais, são comumente usados ​​na indústria química para fabricar plásticos, fertilizantes, combustíveis e matérias-primas.

No entanto, a produção química utilizando processos sólidos consome muita energia, exigindo temperaturas de até mil graus centígrados.

Em vez disso, o novo processo utiliza metais líquidos, neste caso dissolvendo estanho e níquel, o que lhes confere uma mobilidade única, permitindo-lhes migrar para a superfície de metais líquidos e reagir com moléculas de entrada, como o óleo de canola. Isto resulta na rotação, fragmentação e remontagem de moléculas de óleo de canola em cadeias orgânicas menores, incluindo propileno, um combustível de alta energia crucial para muitas indústrias.

"Nosso método oferece uma possibilidade incomparável para a indústria química de reduzir o consumo de energia e tornar as reações químicas mais ecológicas", disse o professor Kalantar-Zadeh.

“Espera-se que o setor químico seja responsável por mais de 20% das emissões até 2050”, disse o professor Kalantar-Zadeh. “Mas a indústria química é muito menos visível do que outros setores – é vital uma mudança de paradigma.”

Como funciona o processo

Os átomos dos metais líquidos estão dispostos de forma mais aleatória e têm maior liberdade de movimento do que os sólidos. Isso permite que eles entrem facilmente em contato e participem de reações químicas. “Teoricamente, eles podem catalisar produtos químicos a temperaturas muito mais baixas – o que significa que requerem muito menos energia”, disse o professor Kalantar-Zadeh.

Em sua pesquisa, os autores dissolveram níquel e estanho de alto ponto de fusão em um metal líquido à base de gálio com ponto de fusão de apenas 30° centígrados.

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"Ao dissolver o níquel no gálio líquido, obtivemos acesso ao níquel líquido em temperaturas muito baixas - agindo como um 'super' catalisador. Em comparação, o ponto de fusão do níquel sólido é 1.455° centígrados. O mesmo efeito, em menor grau, também é experimentado para estanho metálico em gálio líquido", disse o Dr. Tang.

Os metais foram dispersos em solventes metálicos líquidos em nível atômico. "Portanto, temos acesso a catalisadores de átomo único. O átomo único é a área de superfície com maior acessibilidade para catálise, o que oferece uma vantagem notável para a indústria química, "disse o Dr. Arifur Rahim, autor sênior e membro do DECRA na Escola de Engenharia Química e Biomolecular .

Os pesquisadores disseram que sua fórmula também poderia ser usada para outras reações químicas, misturando metais usando processos de baixa temperatura.

“A catalisação requer uma temperatura tão baixa que poderíamos, teoricamente, fazê-lo na cozinha com o fogão a gás – mas não tente isso em casa”, disse o Dr.

Mais informações: Configurações dinâmicas de átomos metálicos no estado líquido para síntese seletiva de propileno, Nanotecnologia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01540-x
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade de Sydney