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O mundo precisa de maneiras mais ecológicas de produzir produtos químicos. Em um novo estudo, os pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison demonstram um caminho potencial para esse objetivo, adaptando as tecnologias de células de combustível de hidrogênio. Essas tecnologias já são usadas para alimentar alguns veículos elétricos, laptops e telefones celulares.
“A indústria química é uma grande consumidora de energia e há um grande esforço para descarbonizar a indústria”, diz Shannon Stahl, professor do Departamento de Química da UW-Madison, que orientou grande parte da pesquisa. “A eletricidade renovável pode fornecer energia para produzir produtos químicos com uma pegada de carbono muito menor do que a queima de combustíveis fósseis”.
O processo convencional utiliza grandes quantidades de zinco metálico como fonte de elétrons, mas o manuseio do zinco é complicado e gera grandes quantidades de resíduos prejudiciais ao meio ambiente. Trabalhando com cientistas da farmacêutica Merck & Co. Inc., os químicos e engenheiros da UW-Madison buscaram desenvolver um método mais sustentável para fabricar os ingredientes necessários para fabricar muitos tipos de medicamentos.
Em busca de um processo alternativo, os pesquisadores se inspiraram nas células a combustível de hidrogênio, que usam o gás hidrogênio como fonte de elétrons para gerar eletricidade.
“O processo com o qual estamos trabalhando precisa de uma fonte verde de elétrons”, diz Stahl. “Percebemos que a tecnologia de célula de combustível poderia ser modificada para produzir produtos químicos em vez de eletricidade”, disse.
O gás hidrogênio é uma escolha ideal de várias maneiras, de acordo com Stahl. Pode ser gerado a partir de eletricidade renovável e gera muito pouco desperdício. O desenvolvimento de uma forma baseada em hidrogênio para fabricar produtos farmacêuticos se alinha com o interesse renovado em uma “economia do hidrogênio”.
“Este trabalho está ligado a um esforço mais amplo para criar uma infraestrutura de hidrogênio que vai além das células de combustível e da produção de energia”, diz Mathew Johnson, pesquisador de pós-doutorado no departamento de química que liderou o estudo. “Este trabalho mostra que o hidrogênio pode ser combinado com eletricidade para fazer novas drogas.”
Os pesquisadores desenvolveram um sistema que usa um tipo de composto orgânico chamado quinona para afastar os elétrons do hidrogênio. Uma característica importante deste processo é que ele funciona bem na ausência de água. As células de combustível normalmente precisam de água para operar de forma eficaz, mas a água pode interferir nas etapas usadas para fabricar os ingredientes da droga.
O sistema então usa eletricidade para sobrecarregar os elétrons, dando aos elétrons mais energia do que o hidrogênio normalmente poderia fornecer.
A equipe, que incluía o pesquisador de pós-doutorado Jack Twilton, o professor de química Daniel Weix e o professor de engenharia química e biológica Thatcher Root, descreveu seu novo sistema em um artigo publicado em 21 de agosto na revista Natureza[1] . Eles mostram como ele pode ser usado para fazer dezenas de moléculas orgânicas importantes, incluindo um grande lote de um ingrediente farmacêutico.
A equipe agora está trabalhando para melhorar o processo para que ele possa ser usado para produção em escala industrial. E Stahl e seus colaboradores veem oportunidades ainda maiores para essa tecnologia.
“Esta é uma tecnologia amplamente aplicável para a produção química”, diz Johnson. “Muitos processos químicos precisam de elétrons. Isso não se limita aos produtos farmacêuticos. Deve ser uma tecnologia muito versátil.”
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