Um "milagre" porque pode vir a ser usada para matar a sede
O material mais forte do mundo pode ser utilizado para produzir água potável
por Rebecca Cairns, CNN
Muitas vezes referido como um "material milagroso", o grafeno é um milhão de vezes mais fino do que um único cabelo humano e mais forte do que o aço.
O material de carbono bidimensional, feito a partir de camadas únicas de grafite, um material extraído do solo, é extremamente leve, condutor e flexível, e tem potencial para fornecer tecnologias transformadoras em todas as indústrias, da eletrónica aos transportes.
Agora, investigadores da Universidade Khalifa nos Emirados Árabes Unidos (EAU) estão a explorar outra utilização para o grafeno: produzir água potável.
"Aqui nos Emirados Árabes Unidos toda a nossa água potável é, na verdade, água dessalinizada, pelo que se trata de um sector muito crítico da economia e da sociedade", afirma Hassan Arafat, diretor sénior do Centro de Investigação e Inovação para o Grafeno e Materiais 2D (RIC2D) da universidade.
A dessalinização é o processo de remoção do sal da água do mar e de limpeza da água para a tornar potável. Não é apenas vital nos Emirados Árabes Unidos - mais de 300 milhões de pessoas em todo o mundo dependem de água dessalinizada. E à medida que as alterações climáticas e a poluição ameaçam as nossas limitadas reservas de água doce, esse número vai aumentar.
Mas a dessalinização é um processo dispendioso e que consome muita energia.
É aí que entra o grafeno: Arafat está a trabalhar numa membrana reforçada com grafeno que pode tornar o processo mais eficiente e mais barato.
"Este ano assistimos a um grande número de calamidades devido às alterações climáticas", afirma Arafat. "A escassez de água é um problema mundial e está a agravar-se de dia para dia. Saber que estamos a contribuir para a solução destes problemas é muito gratificante."
Soluções de dessalinização
O RIC2D foi criado em 2022 na Universidade Khalifa, com investimento do governo de Abu Dhabi, para aprofundar a investigação sobre as inovações do grafeno e a sua produção.
Embora o papel de Arafat como diretor sénior lhe dê uma visão geral de muitos projectos, a sua própria investigação centra-se na água.
Arafat afirma que o grafeno pode prolongar a vida útil de uma membrana, evitando a "incrustação", que ocorre quando as bactérias se acumulam no filtro e degradam a qualidade. A utilização do grafeno para "melhorar o desempenho" dos filtros pode ajudar a reduzir o consumo de energia e os custos da dessalinização, diz Arafat.
"Mesmo em pequenas quantidades, estes materiais de grafeno melhoram significativamente o desempenho das membranas em termos de produção de água", acrescenta.
Atualmente em fase de desenvolvimento, as membranas serão produzidas e aumentadas de escala no próximo ano na Universidade de Manchester, no Reino Unido, parceira da RIC2D na investigação do grafeno, diz Arafat. Depois disso, as membranas vão ser testadas numa instalação de dessalinização.
Arafat não é o único a estudar o grafeno como solução para a dessalinização - empresas em fase de arranque como a Watercycle Technologies estão a desenvolver membranas reforçadas com grafeno para remover minerais específicos da água, enquanto a Molymem se concentra na remoção de corantes - mas Arafat afirma que a membrana da RIC2D "tem um desempenho superior" a filtros de água semelhantes na literatura académica recente e a parceria com a Universidade de Manchester permite-lhes escalar a tecnologia para testes industriais.
A RIC2D está também a explorar outras aplicações para o grafeno, tais como materiais de construção sustentáveis com potencial para reduzir as emissões de dióxido de carbono e soluções de energia renovável a partir do hidrogénio.
Produção de grafeno a partir de metano
Apesar do seu potencial de transformação, o grafeno tem-se revelado difícil e dispendioso de produzir à escala.
Uma das formas de o produzir é através da remoção de camadas individuais de grafite, o que tem restringido o seu impacto nas soluções para o mercado de massas. No entanto, os investigadores do RIC2D estão a trabalhar em formas de reduzir os custos e o tempo "sem comprometer a qualidade", diz Arafat.
Outro método de produção utiliza a química do plasma para extrair carbono de gases como o metano - um gás com efeito de estufa composto por carbono e hidrogénio -, que são subprodutos da indústria do petróleo e do gás.
Os EAU são um dos principais produtores de petróleo a nível mundial e cerca de 30% do PIB do país provém dos hidrocarbonetos. No entanto, os Emirados Árabes Unidos estão ansiosos por diversificar a sua economia e têm como objetivo zero emissões até 2050.
O grafeno pode ajudar em ambas as ambições.
A RIC2D colaborou com a empresa britânica Levidian, que desenvolveu o seu próprio processo químico de plasma para extrair carbono do metano.
Aproveitando a cadeia de abastecimento dos Emirados Árabes Unidos, há uma "grande oportunidade de acelerar a adoção do grafeno para apoiar as alterações climáticas", diz James Baker, CEO da Graphene@Manchester, o centro de inovação de grafeno da Universidade de Manchester, que fez uma parceria com a Universidade Khalifa para estabelecer o laboratório RIC2D em 2022.
Qualquer material à base de carbono - incluindo resíduos da indústria do petróleo e do gás, ou produtos petrolíferos como pneus de automóveis - pode ser "efetivamente reciclado ou reutilizado" para criar grafeno fabricado quimicamente, diz Baker. "Há muito interesse nos Emirados Árabes Unidos em torno da cadeia de abastecimento da produção de grafeno e estamos a trabalhar para aumentar a produção deste material de gramas para quilogramas e para toneladas."
Há uma vantagem adicional na produção de grafeno a partir de um gás como o metano: o hidrogénio extraído pode ser utilizado como combustível, diz Baker. Acrescenta que os materiais compostos de grafeno também podem ser utilizados para armazenar hidrogénio em recipientes sob pressão mais resistentes.
"Não se está apenas a descarbonizar os resíduos, está-se a utilizá-los em vez de os depositar num aterro ou de os queimar", acrescenta Baker.
Pensar globalmente
Na Graphene Flagship Week, realizada em setembro, uma iniciativa financiada pela União Europeia, a RIC2D apresentou vários projetos que já estão a caminho da comercialização, incluindo uma colaboração com a empresa francesa Grapheal, que fabrica biossensores à base de grafeno, e uma parceria com a empresa turca NanoGrafen, que explora a forma de converter resíduos como pneus usados em produtos de grafeno para materiais de construção compostos.
No entanto, "quanto mais inovadora, pioneira e transformadora for a ideia, mais longo será o caminho até à sua comercialização final", afirma Arafat.
Arafat espera que a sua investigação possa ter impacto nos Emirados e não só. "Embora estejamos a começar localmente, estamos certamente a pensar globalmente."
