Pesquisadores do Instituto de Química (IQ) da Unicamp desenvolveram reatores fotoeletroquímicos com sustentabilidade ambiental e energética, que podem ser usados para tratar efluentes líquidos ou gerar etanol.

Texto: Christian Marra – Inova Unicamp | Fotos: Pedro Amatuzzi – Inova Unicamp

Os processos de descontaminação da água são imprescindíveis não só para adequá-la ao consumo humano, mas também para a sua limpeza e remoção de impurezas após processos industriais. Nesses processos, para cada tipo de contaminante presente – como microrganismos, metais pesados, produtos químicos ou sedimentos – são usados métodos diferentes. Os mais conhecidos são a filtragem, cloração, ozonização, aplicação de raios ultravioleta e filtragem por carvão ativado.

Além desses métodos mais comuns, também existem os processos de descontaminação utilizando fotocatalisadores, materiais que promovem reações químicas quando são irradiados pela luz solar, e processos  eletroquímicos, quando eletrodos condutores de eletricidade, em geral alimentados por uma fonte de energia externa,  provocam as reações químicas no meio aquoso a ser descontaminado. 

Da esq. para a dir., os pesquisadores Leonardo Soares, Mian Abdul Ali, Jéssica Alvin e Ícaro Nascimento trabalham junto à professora Claudia Longo em aprimoramentos dos dispositivos de descontaminação da água. Foto: Pedro Amatuzzi – Inova Unicamp.

Assim, combinando conceitos da Eletroquímica, materiais fotocatalisadores e energia solar,  pesquisadores do Instituto de Química  da Universidade Estadual de Campinas (IQ Unicamp) desenvolveram dois reatores ambientalmente e energeticamente sustentáveis, ambos alimentados com energia solar, capazes de realizar, com eficiência, a descontaminação da água.

A professora Claudia Longo, do IQ, explica que “o primeiro dos reatores foi desenvolvido com um fotocatalisador no ânodo em um sistema conectado a uma célula solar. Sob iluminação, o reator foi capaz de remover resíduos de fármacos, detergentes e corantes na água. O segundo reator foi uma evolução do primeiro, com a adição, como catodo, de um eletrodo semicondutor de difusão de gás, um fotocatalisador que gera água oxigenada, um agente muito eficiente para remover contaminantes. Utilizando como fotocatalisador selecionado do grupo de óxidos complexos,  o segundo reator também é capaz de produzir etanol quando alimentado com gás carbônico”, explica a pesquisadora.

As patentes dessas tecnologias foram depositadas com assessoria da Agência de Inovação Inova Unicamp. Ambas estão disponíveis para empresas e instituições que tenham interesse em licenciá-las.

Aplicações e benefícios dos reatores

O mais recente reator desenvolvido pela equipe de pesquisadores do IQ Unicamp pode ser usado tanto na descontaminação da água quanto na conversão do CO2 em etanol. Foto: Pedro Amatuzzi – Inova Unicamp.

A professora Longo explica que, para sua aplicação, “os reatores podem ser usados tanto em sistemas para tratamento direto de efluentes industriais e residenciais, evitando assim o despejo de poluentes em corpos d’água, quanto por indústrias que emitem CO₂, que podem instalar o dispositivo junto a chaminés por onde o gás é emitido”, comenta a pesquisadora.

Dessa forma, ao reduzir a emissão de CO₂, o reator contribui para diminuir a dispersão de um gás causador do efeito estufa na atmosfera. Isso atenua a pegada de carbono, algo que ela aponta ser bastante desejado pela indústria, ao mesmo tempo que agrega a capacidade de gerar etanol, um componente muito consumido no país, que pode ser coletado e armazenado.

Uso de energia solar no processo de descontaminação da água

Outro diferencial da tecnologia desenvolvida é o emprego da energia solar, considerada limpa, no processo eletroquímico para descontaminação da água. Segundo a professora Longo, os eletrodos utilizados em outros processos não contavam com fontes ambientalmente sustentáveis para alimentá-los com energia:

“No início das nossas pesquisas, a novidade foi associar uma célula solar para fornecer energia ao reator eletroquímico, o que não era comum. Assim, criamos um reator no qual a energia solar mantém o fluxo de corrente entre os eletrodos, ativando as reações eletroquímicas na água e promovendo um ciclo ambientalmente sustentável”, observa a pesquisadora.

Ela acrescenta que, inicialmente, o reator foi constituído por um eletrodo convencional como catodo e apenas um eletrodo fotoativo, que sob irradiação, promoveu reações de oxidação dos contaminantes orgânicos dissolvidos na água. “Em 2009, havíamos concluído que o reator era sustentável e eficiente na descontaminação da água. Então, demos início ao depósito da primeira patente com a Inova”, detalha Longo.

Aumento da eficiência na descontaminação da água 

Nos anos seguintes, a equipe do IQ Unicamp liderada pela professora debruçou-se sobre maneiras de aumentar a eficiência do reator desenvolvido. “Foi então que tivemos uma ideia, uma evolução em relação à primeira tecnologia. Experimentamos incluir um eletrodo de difusão de gás, com uma superfície porosa, tal como uma esponja, contendo também fotocatalisadores. O reator foi alimentado por energia solar, mantendo a sustentabilidade energética e ambiental do dispositivo”, detalha Longo.

Os reatores desenvolvidos no IQ da Unicamp resultaram em duas patentes depositadas com assessoria da Inova Unicamp. Foto: Pedro Amatuzzi – Inova Unicamp.

Enquanto na primeira invenção apenas um eletrodo realizava a oxidação quando ativado por energia solar, no novo dispositivo foram incorporados dois eletrodos fotoativos: o fotoânodo e o fotocátodo. Assim, ambos passaram a contribuir com as reações químicas, aumentando a eficiência do sistema, e com uma vantagem agregada: de acordo com o semicondutor escolhido como catalisador no eletrodo de difusão de gás, diferentes reações químicas podem ocorrer.

Com isso, a tecnologia se converte em um dispositivo versátil e sustentável do ponto de vista ambiental, capaz de oferecer duas importantes aplicações, tanto em ações relacionadas à descontaminação da água quanto na conversão do gás carbônico antes que seja expelido na atmosfera. Para isso, basta que a tecnologia seja licenciada por empresas e aprimorado para teste e uso em larga escala pela indústria.

Os procedimentos eletroquímicos para a redução de poluentes na água também oferecem diversas vantagens sobre outros métodos. Eles dispensam, por exemplo, o uso de reagentes químicos (que podem ser caros, difíceis de armazenar e geram resíduos químicos pós-tratamento), sobretudo os produtos à base de cloro. Todas essas características reforçam o apelo de sustentabilidade ambiental e energética dos dispositivos desenvolvidos pelos pesquisadores do IQ  Unicamp.

Confira o perfil tecnológico dessa patente aqui.

Como licenciar uma tecnologia na Unicamp

A Inova Unicamp disponibiliza no Portfólio de Tecnologias da Unicamp uma vitrine tecnológica. Empresas e instituições públicas ou privadas podem licenciar a propriedade intelectual desenvolvida na Unicamp, com ou sem exclusividade, tais como patentes, cultivares, marcas, software e know-how. O contato e negociação é realizado diretamente com a Agência de Inovação da Unicamp pelo formulário de conexão com empresas. A Inova Unicamp também oferta ativamente as tecnologias para as empresas, com a intenção que o conhecimento gerado na Universidade chegue ao mercado e à sociedade. Para conhecer outros casos de licenciamento de tecnologias da Unicamp acesse o site da Inova.