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Os asfaltenos, um subproduto da produção de petróleo bruto, são um resíduo com potencial. Os cientistas da Rice University estão determinados a encontrá-lo convertendo o recurso rico em carbono em grafeno útil.
Muhammad Rahman, professor assistente de pesquisa de ciência de materiais e nanoengenharia, está empregando o processo de aquecimento flash Joule exclusivo de Rice para converter asfaltenos instantaneamente em grafeno turboestrático (pouco alinhado) e misturá-lo em compósitos para aplicações térmicas, anticorrosivas e de impressão 3D.
O processo faz bom uso de material queimado para reutilização como combustível ou descartado em lagoas de rejeitos e aterros sanitários. Usar pelo menos parte da reserva mundial de mais de 1 trilhão de barris de asfalteno como matéria-prima para o grafeno também seria bom para o meio ambiente.
“O asfalteno é uma grande dor de cabeça para a indústria do petróleo e acho que haverá muito interesse nisso”, disse Rahman, que caracterizou o processo como uma forma escalável e sustentável de reduzir as emissões de carbono da queima do asfalteno.
Rahman é um dos principais autores correspondentes do artigo em Avanços da ciência co-liderado pelo químico de Rice, James Tour, cujo laboratório desenvolveu o aquecimento flash Joule, o cientista de materiais Pulickel Ajayan e Md Golam Kibria, professor assistente de engenharia química e de petróleo na Universidade de Calgary, Canadá.
Os asfaltenos já possuem 70% a 80% de carbono. O laboratório Rice o combina com cerca de 20% de negro de fumo para adicionar condutividade e o libera com um choque elétrico, transformando-o em grafeno em menos de um segundo. Outros elementos da matéria-prima, incluindo hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre, são liberados como gases.
“Tentamos manter o teor de negro de fumo o mais baixo possível porque queremos maximizar a utilização do asfalteno”, disse Rahman.
“O governo tem pressionado as indústrias de petróleo para cuidar disso”, disse o estudante de pós-graduação de Rice e co-autor MASR Saadi. “Existem bilhões de barris de asfalteno disponíveis, então começamos a trabalhar neste projeto principalmente para ver se poderíamos fazer fibra de carbono. Isso nos levou a pensar que talvez devêssemos tentar fazer grafeno com aquecimento flash Joule.”
Com a certeza de que o processo de Tour funcionou tão bem no asfalteno quanto em várias outras matérias-primas, incluindo plástico, lixo eletrônico, pneus, cinzas volantes de carvão e até peças de automóveis, os pesquisadores começaram a fazer coisas com o grafeno.
Saadi, que trabalha com Rahman e Ajayan, misturou o grafeno em compostos e depois em tintas de polímero destinadas a impressoras 3D. “Otimizamos a reologia da tinta para mostrar que é imprimível”, disse ele, observando que as tintas não têm mais do que 10% de grafeno misturado. Testes mecânicos de objetos impressos estão por vir, disse ele.
O estudante de pós-graduação de Rice, Paul Advincula, membro do laboratório Tour, é co-autor principal do artigo. Os co-autores são estudantes de pós-graduação de Rice Md Shajedul Hoque Thakur, Ali Khater, Jacob Beckham e Minghe Lou, graduação Aasha Zinke e pesquisador de pós-doutorado Soumyabrata Roy; companheiro de pesquisa Shabab Saad, ex-aluno Ali Shayesteh Zeraati, estudante de pós-graduação Shariful Kibria Nabil e associado de pós-doutorado Md Abdullah Al Bari da Universidade de Calgary; estudante de pós-graduação Sravani Bheemasetti e Venkataramana Gadhamshetty, professor associado, na Escola de Minas e Tecnologia de Dakota do Sul e seu Centro de Ciência e Tecnologia de Engenharia de Materiais 2D de Biofilme; e o assistente de pesquisa Yiwen Zheng e Aniruddh Vashisth, professor assistente de engenharia mecânica, da Universidade de Washington.
A pesquisa foi financiada pelos programas Alberta Innovates for Carbon Fiber Grand Challenge, pelo Air Force Office of Scientific Research (FA9550-19-1-0296), pelo US Army Corps of Engineers (W912HZ-21-2-0050) e pelo National Science Foundation (1849206, 1920954).
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Rice. Original escrito por Mike Williams. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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