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Cientistas da Rice University descobriram uma maneira de projetar madeira para prender o dióxido de carbono por meio de um processo potencialmente escalável e energeticamente eficiente que também torna o material mais forte para uso na construção.
Materiais estruturais como aço ou cimento têm um alto custo tanto em dólares quanto em emissões de dióxido de carbono; a construção e o uso de edifícios são responsáveis por cerca de 40% das emissões. O desenvolvimento de alternativas sustentáveis aos materiais existentes pode ajudar a mitigar as mudanças climáticas e reduzir as emissões de dióxido de carbono.
Trabalhando para resolver os dois problemas ao mesmo tempo, o cientista de materiais Muhammad Rahman e colaboradores encontraram uma maneira de incorporar moléculas de um material poroso cristalino que retém dióxido de carbono na madeira, de acordo com um estudo publicado na Cell Reports Ciência Física.
“A madeira é um material estrutural sustentável e renovável que já usamos extensivamente”, disse Rahman. “Nossa madeira projetada exibiu maior resistência do que a madeira normal não tratada.”
Para conseguir a façanha, a rede de fibras de celulose que dá força à madeira é primeiro limpa por meio de um processo conhecido como deslignificação.
“A madeira é composta de três componentes essenciais: celulose, hemicelulose e lignina”, disse Rahman. “A lignina é o que dá cor à madeira, então, quando você remove a lignina, a madeira fica incolor. A remoção da lignina é um processo bastante simples que envolve um tratamento químico em duas etapas usando substâncias ambientalmente benignas. Depois de remover a lignina, usamos alvejante ou peróxido de hidrogênio para remover a hemicelulose.”
Em seguida, a madeira deslignificada é embebida em uma solução contendo micropartículas de uma estrutura metal-orgânica, ou MOF, conhecida como Calgary framework 20 (CALF-20). MOFs são materiais sorventes de alta área de superfície usados por sua capacidade de adsorver moléculas de dióxido de carbono em seus poros. “As partículas de MOF se encaixam facilmente nos canais de celulose e se ligam a eles por meio de interações de superfície favoráveis”, disse Soumyabrata Roy, cientista pesquisador da Rice e principal autor do estudo.
Os MOFs estão entre várias tecnologias nascentes de captura de carbono desenvolvidas para lidar com as mudanças climáticas antropogênicas. “No momento, não há substrato biodegradável e sustentável para a implantação de materiais absorventes de dióxido de carbono”, disse Rahman. “Nossa madeira aprimorada com MOF é uma plataforma de suporte adaptável para a implantação de sorvente em diferentes aplicações de dióxido de carbono.”
“Muitos dos MOFs existentes não são muito estáveis em diferentes condições ambientais”, disse Roy. “Alguns são muito suscetíveis à umidade, e você não quer isso em um material estrutural.”
CALF-20, no entanto, desenvolvido pelo professor da Universidade de Calgary, George Shimizu e colaboradores, destaca-se em termos de nível de desempenho e versatilidade sob uma variedade de condições ambientais, disse Roy.
“A fabricação de materiais estruturais, como metais ou cimento, representa uma fonte significativa de emissões industriais de carbono”, disse Rahman. “Nosso processo é mais simples e ‘mais verde’ em termos de substâncias usadas e subprodutos de processamento.
“O próximo passo seria determinar os processos de sequestro, bem como uma análise econômica detalhada para entender a escalabilidade e a viabilidade comercial desse material”, acrescentou.
Rahman é professor assistente de pesquisa em ciência de materiais e nanoengenharia na Escola de Engenharia George R. Brown de Rice. Roy é pesquisador em ciência de materiais e nanoengenharia na Rice.
A Shell Technologies (R66830) e o UES-Air Force Research Laboratory (G10000097) apoiaram a pesquisa.
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