O futuro da reciclagem! Cientistas do MIT desenvolvem filtro para capturar e reutilizar resíduos de alumínio
Engenheiros do MIT projetaram um processo de nanofiltração que pode tornar a produção de alumínio mais eficiente e, ao mesmo tempo, reduzir resíduos perigosos.
O alumínio é o segundo metal mais produzido no mundo, depois do aço. Ele é usado em todos os tipos de materiais, desde latas de refrigerante e papel-alumínio para uso diário e doméstico, até placas de circuito e propulsores de foguetes.
Estima-se que até o final desta década, a demanda pela produção de alumínio aumentará em 40% em todo o mundo. Esse aumento acentuado ampliará os impactos ambientais causados por esse metal, incluindo os poluentes liberados com seus resíduos de fabricação.
Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um novo processo de nanofiltração para reduzir resíduos perigosos gerados na produção de alumínio. Os resultados do seu estudo foram publicados na revista ACS, Sustainable Chemistry and Engineering.
A nanofiltração do alumínio
A nanofiltração pode ser usada para processar resíduos de uma planta de alumínio e recuperar íons de alumínio que, de outra forma, teriam escapado no efluente. O alumínio capturado pode ser reciclado e adicionado à maior parte do alumínio produzido, aumentando o rendimento e reduzindo o desperdício.
Os pesquisadores demonstraram o desempenho da membrana em experimentos em escala de laboratório. Eles descobriram que foi capturado seletivamente mais de 99% dos íons de alumínio nessas soluções.
Se ampliada e implementada em instalações de produção existentes, a tecnologia de membrana poderia reduzir a quantidade de alumínio desperdiçado e melhorar a qualidade ambiental dos resíduos gerados pelas plantas.
“Esta tecnologia de membrana não só reduz os resíduos perigosos, mas também permite uma economia circular para o alumínio, reduzindo a necessidade de novas minas”, disse John Lienhard, professor no MIT e coautor do estudo.
Uma oportunidade para o alumínio
O grupo de Lienhard no MIT desenvolve tecnologias de membrana e filtragem para dessalinizar água do mar e remediar diversas fontes de águas residuais. Na busca por novas áreas para aplicar seu trabalho, a equipe encontrou uma oportunidade inexplorada no alumínio e, em particular, nas águas residuais geradas pela produção do metal.
Como parte da produção de alumínio, um mineral rico em metal chamado bauxita é primeiramente extraído de minas a céu aberto e depois passa por uma série de reações químicas para separar o alumínio do restante da rocha extraída. Essas reações eventualmente produzem óxido de alumínio, na forma de um pó chamado alumina.
Grande parte dessa alumina é então enviada para refinarias, onde o pó é despejado em tanques de eletrólise contendo um mineral fundido chamado criolita. Quando uma forte corrente elétrica é aplicada, a criolita quebra as ligações químicas da alumina, separando os átomos de alumínio e oxigênio (a criolita atua como solvente).
O alumínio puro se deposita na forma líquida no fundo do tanque, onde pode ser coletado e moldado em vários formatos. Com o tempo, a criolita acumula impurezas como íons de sódio, lítio e potássio, o que reduz gradualmente sua eficácia na dissolução da alumina.
Em determinado ponto, a concentração dessas impurezas atinge um nível crítico, momento em que o eletrólito deve ser substituído por criolita nova para melhorar a eficiência do processo. A criolita gasta, um lodo viscoso contendo íons de alumínio residuais e impurezas, é então transportada para descarte.
Redução de resíduos perigosos
Neste trabalho, os pesquisadores do MIT se propuseram a desenvolver um processo de membrana para filtrar resíduos de criolita e recuperar os íons de alumínio que inevitavelmente acabam no fluxo de resíduos. Especificamente, a equipe tentou capturar o alumínio enquanto deixava todos os outros íons passarem, especialmente o sódio, que se acumula significativamente na criolita ao longo do tempo.
A equipe concluiu que, se conseguissem capturar seletivamente o alumínio dos resíduos de criolita, o alumínio poderia ser despejado de volta no tanque de eletrólise sem adicionar sódio excessivo, o que tornaria o processo de eletrólise ainda mais lento.
O novo projeto dos pesquisadores é uma adaptação de membranas usadas em estações de tratamento de água convencionais. Essas membranas são normalmente feitas de uma fina folha de material polimérico perfurada por minúsculos poros em escala nanométrica, cujo tamanho é ajustado para permitir a passagem de íons e moléculas específicas.
A superfície das membranas convencionais tem uma carga negativa natural. Como resultado, as membranas repelem quaisquer íons que tenham a mesma carga negativa, enquanto atraem íons com carga positiva para fluir através delas.
Em colaboração com a empresa japonesa de membranas Nitto Denko, a equipe do MIT, motivada pelo trabalho recente do grupo em pesquisa de membranas para recuperar lítio de lagos salgados e baterias usadas, testou uma nova membrana Nitto Denko com uma fina camada de carga positiva que a cobre. A carga da camada é positiva o suficiente para repelir e reter fortemente o alumínio, ao mesmo tempo em que permite que íons com carga menos positiva fluam.
A equipe testou o desempenho da membrana e descobriu que ela capturava consistentemente 99,5% dos íons de alumínio, enquanto permitia a passagem de sódio e outros cátions.
A nova membrana experimental tem menos de 10 centímetros de tamanho, para tratar resíduos de criolita em uma planta de produção de alumínio em escala industrial, os pesquisadores imaginam uma versão em maior escala da membrana, semelhante à usada em muitas usinas de dessalinização, nas quais um longo a membrana é enrolada em forma de espiral através da qual a água flui.
“Este artigo demonstra a viabilidade das membranas para inovações em economias circulares”, disse Lee. “Esta membrana oferece o duplo benefício de reciclar alumínio e, ao mesmo tempo, reduzir resíduos perigosos”, complementou.
Referências da notícia
Enhancing Resource Circularity in Aluminum Production through Nanofiltration of Waste Cryolite. 06 de janeiro, 2025. Lee, et al.
New filter captures and recycles aluminum from manufacturing waste. 07 de janeiro, 2025. Jennifer Chu.