Preliminary investigations of farm residues for the recovery by sorption of critical metals from seawater in a novel flow reactor
Este estudo demonstra que resíduos agrícolas, particularmente a casca de batata, servem como biossorventes de baixo custo eficazes para a recuperação de metais críticos como vanádio, níquel e urânio da água do mar em um novo reator de fluxo contínuo, revelando que as condições de fluxo reduzem significativamente o acúmulo de metais em comparação com sistemas estáticos devido ao papel diminuído de processos biológicos e de oxirredução.
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O mundo está migrando para uma energia mais limpa, uma transição que depende fortemente de um conjunto específico de minerais. Esses materiais, frequentemente chamados de metais críticos, são os ingredientes essenciais para baterias, eletrônicos e o maquinário de um futuro de baixo carbono. Embora atualmente os extraímos do solo, o minério está se tornando mais difícil de encontrar e mais caro de escavar. Essa escassez voltou os olhos dos cientistas para os oceanos. O mar é um vasto reservatório que contém traços dissolvidos desses elementos valiosos, mas as quantidades são tão pequenas que capturá-los é como tentar encontrar um grão de areia específico em uma praia. Para tornar isso possível, os pesquisadores precisam de materiais que possam agarrar esses metais da água de forma eficiente e barata. Uma ideia promissora é usar resíduos de fazendas e do processamento de alimentos — coisas como cascas de batata ou cascas de amendoim — como esponjas naturais para puxar esses metais da água do mar.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Lancaster decidiu testar essa ideia de uma forma que mimetizasse o mundo real mais de perto do que tentativas anteriores. Em vez de simplesmente deixar esses restos agrícolas de molho em um balde de água do mar e esperar que ficassem parados, eles construíram um sistema onde a água do mar fluía continuamente sobre os materiais. Essa configuração, conhecida como reator de fluxo, simula o movimento constante do oceano, que é como tal sistema teria que funcionar se algum dia fosse usado em grande escala. Eles testaram quatro tipos diferentes de resíduos: madeira de bétula, pó de alho, cascas de amendoim e cascas de batata. O objetivo era ver qual desses materiais humildes conseguiria melhor aprisionar metais como urânio, vanádio e níquel conforme a água passava por eles ao longo de um período de vinte e oito dias.
O experimento revelou que nem todos os materiais de resíduos são criados iguais. Quando a água do mar fluía pelo sistema, as cascas de batata emergiram como a vencedora clara. Elas provaram ser o material mais estável, mantendo bem sua forma enquanto extraíam com sucesso urânio, vanádio e níquel da água. O pó de alho também mostrou alguma capacidade de agarrar metais, mas teve dificuldade em permanecer contido dentro do reator, dispersando-se na água e dificultando a medição de seu verdadeiro desempenho. As cascas de amendoim e a madeira de bétula mostraram resultados muito mais fracos, com alguns deles até liberando mais metais na água do que capturavam. As cascas de batata, no entanto, reduziram consistentemente a quantidade de urânio dissolvido na água, provando que poderiam agir como um filtro eficaz.
Uma das descobertas mais importantes deste estudo foi a diferença entre como esses materiais se comportam em um fluxo contínuo versus em um recipiente parado. Em experimentos anteriores, onde a água era deixada parada, os materiais pareciam absorver metais muito rapidamente. No entanto, neste sistema de fluxo, a quantidade de metal coletada foi significativamente menor. Isso sugere que a alta absorção observada na água parada não era apenas o material agindo como uma esponja. Em vez disso, parece que seres vivos, como filmes microscópicos de bactérias que crescem nas superfícies, e reações químicas impulsionadas pelo ambiente desempenharam um papel importante na água parada. Quando a água era mantida em movimento, esses auxiliares biológicos e químicos eram menos eficazes, o que significa que o material bruto em si não é tão poderoso quanto se pensava anteriormente.
Apesar da menor absorção no sistema de fluxo, as cascas de batata ainda conseguiram concentrar os metais a um nível cientificamente interessante. Os pesquisadores calcularam que, para um material ser verdadeiramente útil para a mineração, ele precisa concentrar os metais a um nível comparável à rocha que atualmente escavamos. Embora as cascas de batata não tenham atingido esse patamar elevado neste teste específico, elas chegaram mais perto do que qualquer outro material e mantiveram sua estrutura durante o experimento de um mês. O estudo conclui que o uso de resíduos agrícolas para recuperar metais do oceano é tecnicamente possível, mas requer mais trabalho. O design do reator precisa ser melhorado, talvez alterando a forma como a água se move ou como o resíduo é contido, para ajudar os materiais a funcionarem melhor. A pesquisa destaca que, embora a natureza ofereça uma maneira barata e renovável de reunir esses recursos críticos, o caminho para torná-la uma realidade prática envolve compreender a dança complexa entre a água, o resíduo e a vida microscópica dentro dela.
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