Grafeno barato e ecológico a partir de cascas de amendoim: um processo australiano aproveita as 55.000.000 de toneladas desse “fruto seco”.

O grafeno, um material formado por uma única camada de átomos de carbono dispostos em estrutura hexagonal, tornou-se um dos principais focos de pesquisa para a indústria de veículos elétricos.

Desde que foi isolado pela primeira vez, sua combinação de leveza, resistência mecânica e extraordinária condutividade elétrica e térmica despertou o interesse de fabricantes e fornecedores.

Grafeno e carros elétricos

No âmbito da mobilidade elétrica, sua aplicação mais promissora está relacionada às baterias, onde pode atuar como aditivo em ânodos e cátodos para melhorar a densidade energética, acelerar os tempos de carregamento e reduzir a degradação. Também está sendo pesquisada sua integração em supercondensadores híbridos, com o objetivo de oferecer entregas de energia mais rápidas, algo especialmente relevante em ambientes urbanos e em veículos submetidos a ciclos intensivos de partida e frenagem.

Além do armazenamento de energia, o grafeno começa a ganhar espaço em outros componentes essenciais do veículo elétrico. Sua alta condutividade térmica permite o desenvolvimento de sistemas de gestão térmica mais eficientes, fundamentais para manter a bateria em faixas de temperatura ideais e prolongar sua vida útil. Além disso, sua resistência e baixo peso o tornam um candidato ideal para reforços estruturais em carrocerias e chassis, contribuindo para reduzir a massa sem comprometer a segurança, fator crítico para aumentar a autonomia.

Ele é obtido principalmente por esfoliação do grafite, mecânica ou química, separando camadas até isolar lâminas com espessura de um átomo, método popularizado por pesquisadores da Universidade de Manchester em 2004. Em escala industrial, também é produzido por deposição química a vapor (CVD), fazendo crescer uma camada de carbono sobre substratos metálicos como cobre ou níquel em alta temperatura.

Agora, a Universidade de Sydney (UNSW Sydney) apresentou um método para transformar resíduos agrícolas, especificamente as cascas de amendoim, em grafeno de camada única, um material conhecido por sua extrema resistência e alta condutividade.

A pesquisa, liderada pela equipe do professor Guan Yeoh, estuda como um resíduo abundante e pouco aproveitado pode se tornar matéria-prima para baterias, eletrônica flexível e dispositivos de armazenamento de energia.

O trabalho parte de uma observação simples: as cascas de amendoim contêm lignina, um polímero vegetal com alto teor de carbono. Aproveitando essa composição, os pesquisadores moem as cascas e as submetem a um tratamento térmico em duas fases para obter um material carbonoso adequado como precursor de grafeno.

A primeira etapa consiste em aquecer as cascas a aproximadamente 500 °C por cinco minutos, o que elimina impurezas e gera um carvão rico em carbono. A segunda fase aplica uma técnica chamada “flash joule heating”, na qual uma descarga elétrica eleva a temperatura do precursor até cerca de 3.000 °C por apenas alguns milissegundos; esse pulso térmico reorganiza os átomos de carbono até formar camadas individuais de grafeno.

Diferentemente de muitos processos industriais, o método descrito evita o uso de produtos químicos como o negro de carbono e reduz a quantidade de etapas e a energia necessárias para obter grafeno de alta qualidade. Segundo os autores, todo o procedimento pode ser concluído em cerca de dez minutos, o que o torna competitivo em relação a alternativas que exigem mais tempo e recursos.

Os responsáveis pelo estudo ressaltam que o grafeno obtido atende às condições básicas que o tornam atraente para aplicações tecnológicas: uma única camada atômica com mínimas imperfeições, alta condutividade elétrica e térmica, além de uma relação resistência-peso muito favorável. Os autores lembram que o grafeno é “centenas de vezes mais resistente que o aço”. Essas propriedades o posicionam como candidato para melhorar eletrodos de baterias, componentes de sensores e telas sensíveis ao toque flexíveis.

A equipe testou o protocolo com cascas de amendoim como caso de estudo devido à sua disponibilidade global: estima-se que a produção anual de amendoim atinja cerca de 55 milhões de toneladas, e a maior parte das cascas acaba em aplicações de baixo valor ou como resíduo. Aproveitar esse volume como matéria-prima poderia transformar um resíduo em um insumo economicamente interessante e com menor impacto ambiental do que os métodos convencionais baseados em derivados de petróleo.

Os pesquisadores apontam ainda que a chave para o sucesso está na “engenharia do precursor”: o pré-tratamento térmico dos resíduos prioriza a eliminação de contaminantes e otimiza a estrutura do carvão, de modo que o pulso de alta temperatura produza camadas contínuas de grafeno com poucos defeitos. Essa otimização do precursor é, segundo a equipe, a condição necessária para garantir as propriedades elétricas e mecânicas do material final.

Embora os experimentos atuais tenham produzido quantidades pequenas (tratando-se de testes em laboratório), os autores são otimistas quanto à escalabilidade. Eles afirmam que, com desenvolvimento adicional, o processo poderia ser levado à produção comercial em um prazo estimado de três a quatro anos. Além disso, acreditam que outras fontes ricas em lignina, como resíduos de café ou cascas de banana, poderiam ser adaptadas ao mesmo método, abrindo caminho para um catálogo amplo de biomassas convertíveis em grafeno.

A pesquisa foi divulgada por meio de um comunicado do centro e está reunida em um artigo publicado na revista Chemical Engineering Journal Advances. Para consultas sobre a nota de imprensa, entre em contato com Neil Martin, responsável por conteúdo do centro.

O balanço econômico e energético está entre as descobertas mais relevantes: os cálculos da equipe indicam que a energia necessária para produzir um quilo de grafeno por meio deste método representa um custo aproximado de 1,30 dólares americanos. Esse valor, somado ao tempo reduzido do processo (cerca de dez minutos) e à ausência de reagentes químicos, constitui a base para considerar a técnica viável do ponto de vista industrial e ambiental.