As baterias de íon de lítio dependem do grafite como ânodo ou terminal negativo da bateria. Essa forma natural de carbono é favorecida por suas muitas camadas minúsculas, através das quais os íons de lítio se movem para frente e para trás durante os vários ciclos de carga e descarga de uma bateria. Mas outras formas de carbono oferecem melhor densidade energética do que a grafite. O carbono duro, uma forma sólida de carbono que não pode ser convertida em grafite, é usado em baterias de íon de sódio cada vez mais populares para fornecer mais energia com uma única carga.
Historicamente, os cientistas presumiram que o carbono duro só pode ser adquirido aquecendo a biomassa a temperaturas extremas num ambiente livre de oxigénio. Mas este processo é inconveniente e contribui para as alterações climáticas, graças aos gases com efeito de estufa libertados durante o aquecimento. Para encontrar uma fonte alternativa de carbono duro, investigadores da Universidade de Michigan e do Instituto de Tecnologia Karlsruhe da Alemanha concentraram-se em cascas de arroz, que podem ser “recicladas” para produzir carbono duro e energia para a rede eléctrica.
Esta imagem de microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) revela uma rede porosa de carbono dentro do carbono duro da casca de arroz.Crédito: Yu et al, Universidade de Michigan
As cascas de arroz – um subproduto dos 20 mil milhões de libras de arroz cultivados anualmente só nos Estados Unidos – já são queimadas para gerar energia na Califórnia, onde fornecem cerca de 200.000 megawatts-hora de electricidade por ano. Em um papel para Sistemas Sustentáveis Avançados, os pesquisadores escrevem que o dióxido de carbono liberado durante a combustão é o mesmo dióxido de carbono retirado da atmosfera durante a fotossíntese. Isso, argumenta a equipe, torna o processo de combustão neutro em carbono. Mas em breve, esses cascos poderão servir a um duplo propósito. Quando as cascas de arroz são queimadas, produzem uma cinza composta por 90% de sílica e 10% de carbono. Embora a sílica possa ser usada em células solares ou na fabricação de semicondutores, o material restante é em grande parte carbono duro.
Embora o carbono duro comercial geralmente armazene cerca de 500 miliamperes-hora (mAh) de carga – uma melhoria em relação aos 370 mAh do grafite – a estrutura nanoporosa do carbono duro da casca de arroz permite que ele ultrapasse essa quantidade com um deslizamento de terra. Ao testar as propriedades eletroquímicas do carbono duro da casca de arroz em laboratório, os pesquisadores descobriram que ele poderia armazenar mais de 700 mAh de energia.
De acordo com uma Universidade de Michigan liberaros pesquisadores “pediram proteção de patente” por meio da incubadora de startups da instituição, embora não esteja claro o que exatamente pretendem patentear. Eles esperam que o carbono duro da casca de arroz seja eventualmente usado em baterias de veículos elétricos, ajudando ao mesmo tempo a produzir energia para uso comunitário.