Cientistas em Singapura descobriram uma forma de transformar resíduos de cascas de camarão em combustível de hidrogénio “carbono negativo”, transformando resíduos de biomassa numa valiosa solução climática.

Cascas de lagosta descartadas podem rapidamente se tornar mais do que lixo de cozinha. Cientistas em Singapura desenvolveram um processo que transforma resíduos orgânicos em combustível de hidrogénio, proteína para alimentação de aquicultura e materiais utilizados em produtos como carbonato de cálcio, cimento e antiácidos.A tecnologia foi desenvolvida pelo engenheiro eletroquímico Li Hong e sua equipe da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU). Utiliza resíduos ricos em carbono para produzir o que os investigadores chamam de hidrogénio “carbono negativo”. O processo visa remover o excesso de dióxido de carbono do meio ambiente, evitando que resíduos orgânicos acabem em aterros sanitários e produzindo a partir deles produtos úteis.O sistema em escala laboratorial ainda está longe da produção comercial, mas os pesquisadores dizem que oferece uma nova abordagem para enfrentar dois grandes desafios simultaneamente: Reduzir os resíduos e encontrar alternativas mais limpas à energia de base biológica e aos materiais industriais.

Convertendo resíduos de frutos do mar em hidrogênio

A maior parte do hidrogênio produzido hoje vem de um processo que utiliza gás natural e vapor, conhecido como “hidrogênio cinza”. Versões mais limpas, incluindo o “hidrogénio verde”, dependem de electricidade renovável para dividir a água em hidrogénio e oxigénio.A equipe de Lee seguiu um caminho diferente. Em vez de usar a água como principal matéria-prima, os pesquisadores adaptaram a tecnologia de eletrólise para trabalhar com resíduos orgânicos, como cascas de camarão descartadas.A eletrólise convencional da água requer grandes quantidades de energia e produz oxigênio, o que pode tornar o sistema mais difícil de gerenciar. A abordagem da equipe de Cingapura utiliza materiais orgânicos que reagem mais facilmente com a ajuda de um catalisador, reduzindo os requisitos de energia e evitando os desafios relacionados ao oxigênio da eletrólise tradicional.O processo começa esmagando as cascas dos camarões até formar uma pasta de cor vermelha. Usando equipamento de moagem de bolas, os pesquisadores separam o carbonato de cálcio da mistura. Os restantes ácidos orgânicos e amônia são então alimentados em um eletrolisador instalado no telhado da universidade.Alimentado por cinco painéis solares, o eletrolisador funciona como uma bateria, com eletrodos colocados em lados opostos de um tanque e uma membrana que os separa. À medida que a eletricidade passa pelo composto orgânico, o gás hidrogênio é liberado e coletado.Em seu laboratório, a equipe produziu 14 litros de gás hidrogênio por hora.

Um sistema de resíduos é projetado para produzir mais do que combustível

O hidrogênio é apenas uma parte do processo. Após a eletrólise, a biomassa restante é transferida para um biorreator onde são adicionadas bactérias roxas fototróficas.Essas bactérias fermentam o material restante em um produto rico em proteínas que pode ser potencialmente usado como ração para frutos do mar cultivados, incluindo camarão.Os investigadores dizem que isto poderia ajudar a reduzir a dependência de peixes capturados na natureza para operações de aquicultura. Ao criar rações a partir de resíduos, o sistema visa criar um processo circular onde os resíduos de frutos do mar possam, em última análise, apoiar novamente a produção de frutos do mar.“O processo ‘fecha o ciclo entre o desperdício e a alimentação’ e implementa uma mentalidade de desperdício para riqueza”, diz Lee.Um terceiro produto importante é o carbonato de cálcio, que pode substituir parte do calcário utilizado na produção de cimento. A indústria global do cimento produz cerca de 4,2 mil milhões de toneladas métricas de cimento por ano, e a redução da procura de cal extraída pode ajudar a reduzir os impactos ambientais.Juan Carlos Serrano Ruiz, químico e engenheiro da Universidade Loyola, na Espanha, que não esteve envolvido na pesquisa, classificou a abordagem como uma solução “muito inteligente” para um problema difícil na produção de hidrogênio.“Fiquei realmente surpreso com o grau de integração”, diz ele.

Passando do sucesso laboratorial para a realidade comercial

A tecnologia ganhou atenção, mas os pesquisadores acreditam que será difícil de escalar. Os sistemas atuais têm metade da eficiência das tecnologias comerciais de hidrogénio verde. Será necessário melhorar as taxas de produção se o processo quiser competir economicamente com os métodos existentes de hidrogénio.O hidrogénio verde custa atualmente mais do que o hidrogénio produzido a partir de gás natural, com preços fortemente influenciados pelos custos da eletricidade e pelos subsídios governamentais. A equipe de Lee estima que uma planta piloto capaz de processar 200 toneladas métricas de cascas de camarão gastaria mais da metade de seus custos operacionais em eletricidade.Vender vários produtos pode ajudar a melhorar a economia. Em vez de depender apenas das receitas do hidrogénio, as empresas também podem obter receitas provenientes do carbonato de cálcio e de produtos proteicos.“Vender hidrogênio junto com outros produtos de seu processo, seja carbonato de cálcio ou proteína, pode equilibrar a economia”, diz Alex Pierce, cientista de materiais da Modern Hydrogen, no estado de Washington. “É poderoso, porque você obtém receita com isso, mas também é um pouco mais complicado, porque você conecta dois mercados.”

A tecnologia pode ir além das cascas de lagosta

Embora as primeiras demonstrações tenham utilizado resíduos de frutos do mar, Lee diz que o processo pode ser adaptado a muitos tipos de biomassa.“É uma tecnologia muito versátil, adequada para uma série de resíduos”, diz ele, incluindo papelão, vegetais, grama, milho e resíduos de indústrias como óleo de palma, silvicultura, açúcar e cerveja.Para Serrano Ruiz, o valor da tecnologia reside na capacidade de reciclar resíduos orgânicos em materiais úteis.“Venderei esta tecnologia como uma forma de reciclar biomassa”, diz ele, “para transformar biomassa em algo útil”.Duas empresas já estão explorando aplicações comerciais. A Key Hydrogen, com sede em Londres, criada em 2022, está a utilizar uma versão modificada da tecnologia para processar resíduos de biomassa provenientes da silvicultura, agricultura e cervejarias. O objetivo da empresa é produzir hidrogénio e dióxido de carbono puro, que depois é vendido a um parceiro industrial para produzir combustíveis sustentáveis.Outra empresa está investigando se o processo pode ser usado para reciclar carbono de lodo de esgoto.

O desafio de escalar

Antes que a tecnologia possa proporcionar grandes benefícios ambientais, os investigadores dizem que vários obstáculos devem ser superados. As empresas necessitarão de um fornecimento fiável de resíduos de biomassa, de instalações de demonstração e de mercados que apoiem as vendas dos produtos resultantes.Uma alegação de carbono negativo também exigiria uma verificação independente a nível da indústria. Os resultados laboratoriais nem sempre se traduzem diretamente em operações comerciais, especialmente para sistemas biológicos e químicos complexos.“Com a biomassa, você sempre enfrenta o desafio de tornar isso grande e lucrativo ao mesmo tempo”, diz Serrano Ruiz.