Novos avanços na reciclagem de baterias de íons de lítio

A procura global por baterias de íons de lítio vem crescendo exponencialmente e são esperados pontos de inflexão críticos, visto que a procura poderá até mesmo exceder o fornecimento dos principais componentes e matérias-primas das baterias.

O mercado global de carros elétricos está projetado para crescer até US$ 858 Bi até 2027, movidos a baterias de íons de lítio. No entanto, estima-se que somente 5% das baterias de íons de lítio são recicladas globalmente. Historicamente, a reciclagem das baterias de íons de lítio tem sido limitada pela volatilidade dos preços de matérias-primas, pela ausência de unidades de reciclagem e pela falta de regulamentação. No entanto, os avanços nos métodos de reciclagem, o elevado potencial de crescimento e a quantidade fixa de metais raros tornaram a reciclagem mais atrativa, visto que projeções dimensionam que o mercado chegará a US$ 13 bilhões em 2030.

Técnicas atuais de reciclagem

Atualmente, existem três tipos principais de metodologias de reciclagem de baterias (Figura 1), com uma combinação de hidrometalurgia e pirometalurgia como formas dominantes de reciclagem. As publicações de pesquisas e de patentes cresceram exponencialmente sobre hidrometalurgia e pirometalurgia devido aos custos mais baratos e à complexidade (Figura 2). A hidrometalurgia usa soluções (principalmente aquosas) para extrair e separar metais dos recursos das baterias. A pirometalurgia usa o calor para converter os óxidos metálicos usados em materiais de bateria para metais ou compostos metálicos. A reciclagem direta é a remoção do material catódico para reutilização ou recondicionamento.

Por que a reciclagem direta é a melhor alternativa

A remoção direta do material do cátodo para reutilização ou recondicionamento é a ideal porque permite que os recicladores mantenham as estruturas de cristal intactas, com menores custos de energia, reagentes e instalações fixas. No entanto, exige mais custos de mão de obra e um limite mais elevado para boas condições de reciclagem das baterias. Até recentemente, os principais desafios que frustraram o campo da reciclagem de íons de lítio eram a falta de uniformidade nos projetos das baterias e o alto nível de esforço necessário em técnicas hidro e piro para converter baterias em matérias-primas metálicas. Um artigo recente destaca um método que fornece materiais catódicos funcionais que anteriormente não eram fornecidos pelos métodos atuais de reciclagem.

Uma nova abordagem para reciclagem direta:

Recentemente, Zheng Liang, Guangmin Zhou, Hui-Ming Cheng e colegas divulgaram uma dessas técnicas no Journal of the American Chemical Society. Iodeto de lítio (LiI) e hidróxido de lítio (LiOH) foram combinados em uma combinação eutética que derrete a uma temperatura mais baixa do que qualquer sal isolado – abaixo de 200 °C. Como resultado, a combinação torna-se líquida a temperaturas mais acessíveis.

Embora a capacidade das baterias fabricadas a partir do material reparado não tenha sido totalmente restaurada, o aquecimento consecutivo com a mistura eutética a 200 °C durante 3 horas, seguido de aquecimento a 850 °C durante 2 horas conseguiu o feito. Porém, quando foram adicionados Co₂O₃ e MnO₂ à mistura eutética, o processo de duas etapas produziu o NMC523 restaurado, que apresentava características e a estrutura do cristal comparáveis ​​às do material recém-produzido.

Essa abordagem oferece uma maneira de reparar cátodos de baterias de íons de lítio até atingirem sua funcionalidade total, utilizando menos energia e recursos do que produzir uma nova bateria. Se os materiais de bateria esgotados voltarem à plena funcionalidade a um custo menor, eles poderão ser vendidos com uma margem muito maior que os metais ou óxidos metálicos produzidos com outras técnicas, mais caras.

Desafios

No entanto, a abordagem desenvolvida por Liang et al. apresenta desafios. O procedimento exige a desmontagem e a remontagem das baterias. A complexidade e a falta de uniformidade nos designs das baterias e nas composições dos cátodos são barreiras à reciclagem de baterias como um todo. Embora possam ser processados diversos tipos diferentes de baterias usando pirometalurgia, a reciclagem direta e os procedimentos hidrometalúrgicos exigem que os diferentes tipos de baterias sejam classificados e as baterias sejam desmontadas de forma segura. A composição e o design da bateria devem ser especificados e codificados nas baterias para que a reciclagem direta seja prática. A desmontagem seria mais simples com designs de baterias comuns. Porém, dada a variedade de aplicações de baterias de íons de lítio, isso talvez não seja possível.

De olho no futuro

Em breve haverá um ponto de inflexão crítico para as baterias de íons de lítio, visto que a procura possivelmente ultrapassará a oferta de metais essenciais, de modo que a reciclagem desempenhar um papel essencial para preencher esta lacuna. A conservação de recursos, o impacto ambiental e a relação custo-eficácia serão os principais impulsionadores para acelerar a inovação no futuro.

Embora este estudo recente não ofereça uma abordagem comercial para a regeneração e reciclagem direta de baterias de íons de lítio, ele mostra que a prática é tecnicamente viável. Esta abordagem difere dos métodos anteriores de reciclagem direta por usar sistemas eutéticos em vez de técnicas hidrotérmicas. Uma técnica de reciclagem direta, que seja comercialmente viável, aumentará a segurança do fornecimento de componentes de baterias de íons de lítio, contribuirá para a sua sustentabilidade como alternativa aos combustíveis líquidos para armazenamento de energia e servirá como um instrumento crucial na redução das emissões de CO₂ pelas pessoas, mitigando as mudanças climáticas. Saiba mais sobre as tendências emergentes na reciclagem de baterias de íons de lítio em nosso recente relatório.

A impressão 3D usa camadas de materiais para criar objetos 3D, sendo usada em muitos setores, como fabricação de bens de consumo, patologia forense e biomedicina. É possível produzir como medicamentos, orelhas prostéticas e órgãos artificiais. Uma recente publicação científica analisa o CAS Content Collection™ para fornecer uma visão geral da impressão 3D em biomedicina e destaca as tendências em tecnologias de impressão 3D, materiais e inovações na fabricação de tecidos e órgãos, implantes e próteses, produtos farmacêuticos e outros.

Embora ainda existam desafios na impressão 3D de tecidos e órgãos, como morbidade no local do doador e falha do enxerto, os avanços nas biotintas, o uso de mídia e a aplicação de células-tronco estão ajudando a superar essas limitações. Saiba mais em nossa última publicação sobre como a impressão 3D em biomedicina continua a se expandir e crescer.

A impressão 3D, também conhecida como manufatura aditiva, está revolucionando a forma como criamos objetos sólidos a partir de arquivos digitais. Agora, com a disponibilização geral, ela está sendo usada em vários campos, incluindo a biomedicina. Com a capacidade de fabricar produtos farmacêuticos, orelhas prostéticas e até órgãos artificiais, o potencial da impressão 3D em biomedicina é ilimitado. Nesse relatório detalhado, analisamos as últimas tendências e emocionantes inovações na tecnologia e nos materiais de impressão 3D em biomedicina, incluindo fabricação de tecidos e órgãos, implantes e próteses e muito mais.

Tendências e inovações em impressão 3D em biomedicina

Estamos no meio de uma revolução da impressão 3D. Antes disponível apenas para as principais universidades de pesquisa e empresas listadas na Fortune 500, a tecnologia de impressão 3D tem se tornado cada vez mais popular, com 2,2 milhões de unidades de impressoras 3D comercializadas em 2021. Esse número deve aumentar para 21,5 milhões até 2030, o que tornará a tecnologia de prototipagem rápida disponível para todos.

Aparentemente, as principais indústrias, do setor aeroespacial à construção, tiram proveito da tecnologia de impressão 3D para uma fabricação rápida e econômica. De todas as indústrias que adotaram o poder da impressão 3D, a engenharia biomédica detém o maior potencial para suas aplicações. Nesse artigo, vamos explorar a ascensão da impressão 3D nas áreas da saúde e biomedicina.

Como tudo começou: a história da impressão 3D

Quando o inventor japonês Hideo Kodama registrou a primeira patente para um “dispositivo de prototipagem rápida” em 1981, o conceito parecia condenado desde o início, já que o Dr. Kodama rapidamente abandonou o financiamento da patente no ano seguinte. No entanto, a ideia seria o catalisador para inovações posteriores. Em 1984, Charles Hall registrou a patente de um sistema de estereolitografia (SLA), uma tecnologia de impressão 3D amplamente utilizada até hoje. A primeira impressora 3D disponível comercialmente surgiu em 1988, com base na inovadora tecnologia SLA.

Logo viriam outras tecnologias importantes de impressão 3D. No final da década de 1980, foram registradas patentes para dois outros tipos de dispositivos de manufatura aditiva: modelagem por deposição fundida (FDM) e sinterização seletiva a laser (SLS). A FDM funciona por meio de uma técnica chamada extrusão, na qual um bocal deposita o material aquecido, camada por camada, para formar o produto 3D. A SLS funciona de maneira um pouco diferente. O processo envolve espalhar camadas de material à base de pó sobre a plataforma de construção, seguida pela solidificação rápida (ou "sinterização") para cada camada do produto impresso em 3D. Posteriormente, logo surgiriam o “jateamento” (uma versão modificada da tecnologia de impressão a jato de tinta 2D) e a fotopolimerização em cuba.

Essas tecnologias estavam originalmente limitadas aos detentores de patentes. No entanto, com a expiração dessas patentes e a invenção do conceito de código aberto RepRap, novas empresas podem agora se estabelecer neste estimulante campo. Muitos dos maiores avanços ocorreram no campo da biomedicina, dentre eles o desenvolvimento do primeiro órgão impresso em 3D para cirurgia de transplante de uma bexiga.

Hoje, a impressão 3D para aplicações biomédicas está em franca expansão. O tamanho do mercado global de impressão 3D em biomedicina era estimado em US$ 1,45 bilhão em 2021 e deve aumentar para aproximadamente US$ 6,21 bilhões até 2030. Para descobrir as principais tendências na impressão 3D em biomedicina, analisamos dados do CAS Content Collection™, a maior coleção com curadoria humana de conhecimento científico publicado.

Tendências e materiais da impressão 3D em biomedicina

A impressão 3D se enquadra em quatro grandes categorias – fusão em leito de pó, jateamento, extrusão e fotopolimerização. Devido à diversidade de aplicações, não existe uma tecnologia de impressão 3D que sirva para todos os usos. Tecnologias baseadas em extrusão, como FDM, no entanto, continuam sendo os tipos mais populares de impressão 3D em biomedicina (Figura 1).

De plásticos e metais a substâncias naturais, uma gama imensa de materiais pode ser utilizada na impressão 3D em biomedicina. Polímeros sintéticos como policaprolactona e poli(ácido lático) estão entre os materiais de impressão 3D mais comumente usados (Figura 2), devido às suas aplicações em microfluídica e implantes médicos. A substância inorgânica mais utilizada é a hidroxiapatita, que é utilizada como material dentário e como material de preenchimento para reparação óssea. Uma variedade de polímeros naturais, como alginato e ácido hialurônico, estão se tornando populares na bioimpressão.

A ascensão da impressão 3D em biomedicina

As tendências anuais de publicações em revistas e patentes para aplicações de impressão 3D em biomedicina indicam que a inovação nesta área está em franca expansão, embora o número de publicações em revistas tenha sido consideravelmente maior (por volta de 15.000) que as publicações de patentes (por volta de 5.700) (Figura 3). Essa tendência pode refletir o aumento da comercialização dessa tecnologia nos últimos anos.

Cerca de 90 países publicaram artigos sobre aplicações de impressão 3D em biomedicina, sugerindo um amplo interesse nessa tecnologia. Dessas nações, os Estados Unidos e a China lideram a corrida, com o maior número de publicações para revistas e publicações de patentes (Figuras 4 e 5).

Quando detalhamos a tendência da impressão 3D em biomedicina por cessionários de patentes, podemos ver que a maioria das patentes foi atribuída à 3M, uma empresa com sede nos Estados Unidos. Dentre outros países ativos na publicação de patentes estão Coréia, Liechtenstein, França e China (Figura 6).

Aplicações inovadoras em impressão 3D em biomedicina

Já destacamos algumas das principais aplicações de impressão 3D em biomedicina, mas as possibilidades são ilimitadas. Desde o desenvolvimento de implantes médicos até a fabricação de equipamentos médicos, as inovações não param de chegar. A engenharia de tecidos e órgãos é uma aplicação importante da impressão 3D, com a fabricação de estruturas complexas, como cartilagens, músculos e peles sendo explorados. Análises do CAS Content Collection mostram que conceitos como “engenharia de tecidos”, “andaimes de tecidos” e “bioimpressão” aparecem com frequência em publicações de impressão 3D em biomedicina relacionadas a tecidos e órgãos, evidenciando que esta é uma área-chave de foco de pesquisa (Figura 7).

A tecnologia de impressão 3D também tem várias aplicações em potencial para produtos farmacêuticos, que ajudarão a tornar realidade o incerto objetivo da medicina personalizada. O uso da impressão 3D em biomedicina pode tornar possível modificar e ajustar a dosagem, a forma, o tamanho e as características de liberação dos produtos farmacêuticos.

A tecnologia de impressão 3D em biomedicina também abriu novos recursos na criação de próteses e implantes, com o potencial de criar próteses personalizadas para a anatomia, cor, forma e tamanho do paciente. Materiais flexíveis forneceram mais opções com partes e recursos do corpo, ao passo que metais como liga de titânio podem ser utilizados na reconstrução óssea. Análises do CAS Content Collection mostram que conceitos como “implantes protéticos”, “materiais protéticos” e “implantes dentários” são mencionados com frequência em publicações de impressão 3D relacionadas a ortopedia e prótese (Figura 8). Embora haja consideravelmente menos publicações em comparação com tecidos e órgãos, este também é um campo dinâmico e em rápido crescimento.

Desafios da impressão 3D em biomedicina

Embora tenhamos visto muitos avanços interessantes na impressão 3D biomédica, em muitas áreas, a tecnologia ainda está nos estágios iniciais. Por exemplo, pesquisadores fizeram a bioimpressão com sucesso de patches cardíacos vascularizados, mas a fabricação de uma válvula cardíaca robusta (sem falar em um órgão em tamanho real) ainda está longe de se tornar realidade. Atualmente, as impressoras 3D simplesmente não são capazes de fabricar tecidos com a biomecânica e a funcionalidade do objeto real. Avanços em biotintas e o uso de mídia e células-tronco provavelmente contribuirão para a otimização futura desses métodos.

O futuro da impressão 3D em biomedicina

Se as tendências de pesquisa atuais servirem de referência, podemos esperar investimentos e inovações significativos e contínuos na impressão 3D em biomedicina. Prevemos que a tecnologia se tornará mais difundida, sendo que o conceito de impressoras 3D usadas em farmácias se tornará uma possibilidade em breve. Embora a impressão 3D em biomedicina represente um investimento financeiro significativo para os hospitais, com o planejamento correto os benefícios podem superar em muito os custos. À medida que a tecnologia crescia, nasceu a necessidade de uma terminologia padronizada de a Food and Drug Administration (FDA) definir uma nova estrutura regulatória que garanta a segurança e a eficácia dos produtos de impressão 3D em biomedicina.

Para saber mais, baixe nosso Relatório de insights.

Devido ao impacto ambiental das emissões de CO², os cientistas estão explorando maneiras de tornar a fabricação de fertilizantes mais sustentável. Essa revisão de periódicos científicos avalia as tendências científicas e de patentes sobre fertilizantes sustentáveis de 2001 a 2021, a partir do CAS Content Collection^TM. Esse estudo bibliométrico e a avaliação da literatura ajudarão os cientistas a identificar e usar novos fertilizantes e fontes de nutrientes para ampliar os existentes, além de aumentar a eficácia e a sustentabilidade do gerenciamento de resíduos e da produção de amônia.

Com o aumento da população mundial, também aumenta a demanda por alimentos. Embora os fertilizantes sintéticos foram valiosos, sua produção e uso geram impactos negativos ao meio ambiente.

Por outro lado, os fertilizantes sustentáveis oferecem uma alternativa mais ecológica. Explore o cenário emergente desse campo em crescimento com insights exclusivos sobre tendências de publicação, novas oportunidades e desafios relacionados.

O papel chave da agricultura sustentável na produção mundial de alimentos

Prevê-se que a demanda global total de alimentos aumente de 35% a 56% entre os anos de 2010 e 2050, agravada por um aumento constante da população global. Nos últimos anos, o aumento dos custos de produção e distribuição de alimentos foi afetado pela pandemia da COVID-19, pela guerra entre a Rússia e a Ucrânia, pelas mudanças climáticas e pelos conflitos regionais. O Fundo Monetário Internacional enfatizou que as mudanças nas políticas são vitais para reduzir a insegurança alimentar e melhorar o acesso a fertilizantes, especialmente nos países mais pobres.

Fertilizantes sintéticos e orgânicos continuam a ser cruciais para as práticas da agricultura sustentável. Os Fertilizantes sintéticos usam fósforo extraído de rochas de fosfato, potássio extraído de minérios de potássio e nitrogênio fixado da atmosfera, mas os processos para a extração desses recursos são intensivos em energia e, portanto, exercem um impacto negativo de longo prazo no meio ambiente com atividades de mineração e uso de fontes de energia de combustíveis fósseis em sua produção. Os fertilizantes orgânicos incluem estrume de vários animais, farinha de alfafa, farinha de sangue, farinha de peixe e cinzas de madeira, bem como resíduos de água ou esgoto. Estrume e outros resíduos que formam fertilizantes orgânicos são volumosos e caros para transportar para aplicação no campo ou descarte, mas os nutrientes derivados desses tipos de resíduos podem eliminar a necessidade de transporte caro se puderem ser processados no local ou perto de onde são produzidos.

Um sistema de agricultura sustentável envolve o uso eficiente de recursos hídricos, energéticos e nutrientes; reduzindo o impacto ambiental, mantendo a força econômica e minimizando a dependência de recursos finitos que se esgotam, permitindo que as gerações atuais e futuras prosperem. Um exemplo de como os nutrientes são recuperados, reutilizados e reciclados de águas residuais para uso em fertilizantes é mostrado na Figura 1.

Os fertilizantes com macronutrientes são um desses recursos finitos que se esgotam. Por exemplo, as reservas de fosfato poderão estar esgotadas nos próximos 50 a 100 anos. Além disso, os resíduos de produtos agrícolas também podem ser prejudiciais ao meio ambiente, levando a problemas como a contaminação de culturas com resíduos farmacêuticos, patógenos ou metálicos e a eutrofização das águas superficiais. No entanto, esses resíduos apresentam um potencial significativo, devido ao seu alto volume de nutrientes.

No caminho para a agricultura sustentável: oportunidades para aproveitar a inovação

O termo bioeconomia circular refere-se a formas de transformar e gerir a nossa terra, alimentação, saúde e sistemas industriais pela gestão dos recursos biológicos para alcançar um bem-estar sustentável em harmonia com a natureza. Ao aproveitar a inovação na agricultura sustentável, há um potencial significativo na exploração do conteúdo de nutrientes nos produtos residuais para reforçar a produção de alimentos e minimizar o impacto ambiental. Os métodos biológicos, químicos e físicos comumente usados para recuperação de nutrientes estão resumidos na Tabela 1. Os métodos potencialmente sustentáveis que ganharam interesse nos últimos anos incluem:

• Nanofertilizantes inteligentes: Espera-se que os nanofertilizantes de nitrogênio aumentem a eficiência do uso de nitrogênio, melhorando a eficácia do fornecimento de nitrogênio às plantas e reduzindo as perdas de nitrogênio para o meio ambiente. Isso pode ser feito de várias maneiras, reduzindo o volume do fertilizante a nanopartículas, suplementando o fertilizante com nanomateriais ou formando estruturas nanocompostas por meio de encapsulamento ou armazenamento em nanoporos para controlar a liberação de nutrientes.

• Biorrefinarias: Em comparação com as biorrefinarias de primeira geração que utilizavam colheitas como matéria-prima, as biorrefinarias de segunda geração usam fluxos residuais e de lixo. A biomassa é convertida em combustíveis líquidos e compostos químicos por enzimas e micro-organismos usando várias plataformas de conversão.

• Biocarvão (carvão vegetal): Embora o uso de biocarvão seja um conceito relativamente novo no sequestro de carbono, a história dessa substância semelhante ao carvão remonta a 2.000 anos na bacia amazônica, onde a adição de biomassa carbonizada ao solo melhorava a qualidade e a fertilidade do solo. A pirólise anaeróbica de matéria orgânica, como plantas mortas ou serapilheira, é uma abordagem limpa e energeticamente eficiente para produzir uma forma estável de carbono.

• Amônia verde: Este é o processo de produção de amônia 100% renovável e livre de carbono, usando energia renovável, nitrogênio e água. Projetos de síntese de amônia verde que usam a eletrólise da água para fornecer H2 foram comercializados nos últimos anos por grandes empresas, incluindo Air Products, Siemens, OCP, thyssenkrupp e Grupo Fertiberia.

• Estruvita: Estruvita, também conhecida como guanita ou fosfato de amônio e magnésio (MAP), é um cristal no qual Mg²⁺, (NH₄)⁺, e PO₄³- são combinados na razão molar ou proporções estequiométricas de 1:1:1. Pode ser usada sozinha ou em formulações complexas de fertilizantes com outros produtos derivados de resíduos, inoculantes microbianos ou fertilizantes inorgânicos convencionais. Sua composição de alto teor de nutrientes e propriedades de liberação lenta a tornam uma candidata atraente para a produção de fertilizantes comerciais

Tabela 1. Visão geral dos processos de recuperação de nutrientes comumente usados a partir de resíduos

Tendências de agricultura sustentável em pesquisa de fertilizantes e recuperação de nutrientes

O CAS Content Collection™ é um recurso com curadoria de especialistas que foi usado para avaliar métodos de recuperação de nutrientes e os conceitos que impulsionam a inovação e, portanto, mantêm nossa bioeconomia circular. Uma ampla pesquisa de fertilizantes recuperou 121.213 patentes e 125.228 publicações em periódicos no período de 2001 a 2021 (Figura 2). Tópicos relacionados a periódicos especializados nos efeitos de fertilizantes no crescimento de plantas cultivadas, respostas biológicas e fertilidade do solo foram estudados, com alguns com foco em processos de recuperação de nutrientes para fertilizantes e nutrientes como poluentes que causam a eutrofização de águas receptoras ou resíduos agrícolas e solos contendo poluentes. Tópicos relacionados a patentes focados em substâncias e processos orgânicos associados à recuperação de nutrientes de fertilizantes, formulações de fertilizantes e tópicos de resíduos biológicos, como estrume, cinzas e fermentação.

Foi realizada uma busca para identificar as tendências da agricultura sustentável para a exploração de nitrogênio, fósforo e potássio como fontes de nutrientes, bem como os processos para sua recuperação.

Tanto em periódicos quanto em patentes, classes de substâncias como "pequenas moléculas orgânicas/inorgânicas", "elementos" e "sais/compostos" dominaram, com "misturas" também prevalecendo nas patentes.

Os processos biológicos foram os métodos mais proeminentes para recuperação de nutrientes, respondendo por 66% das publicações em revistas/patentes, seguidos por métodos físicos (22%) e métodos químicos (12%).

Os principais tópicos de interesse concentraram-se na recuperação de nutrientes de lodo de tratamento de águas residuais, biocarvão e cinzas. Houve tendências marcantes na produção de biocarvão, precipitação de estruvita e síntese de amônia verde.

Uma clara tendência de aumento nos tópicos carvão/biocarvão foi observada em patentes e periódicos, com publicações em periódicos demonstrando crescimento contínuo, apesar de uma ligeira queda em 2019. As publicações de patentes sobre agricultura sustentável cresceram, especialmente desde 2013, embora os números ano a ano tenham variado um pouco (Figura 3). Uma análise conceitual revelou relações entre “lodo de tratamento de esgoto” e “estrume” com “digestão biológica anaeróbica”.

As publicações sobre estruvita aumentaram substancialmente durante o período estudado. Estruvita na forma de [(NH₄)Mg(PO₄).6H₂O] era dominante. Muito pouco foi publicado sobre estruvita de potássio [MgK(PO₄).6H₂O] (Figura 4), embora algumas pesquisas indiquem que ela pode ser recuperada com potencial para servir como fertilizante de fosfato de magnésio. Conceitos-chave relacionados à produção de estruvita incluem "precipitação química", "cristalização", "decantação de tratamento de águas residuais" e "tratamento de águas residuais por adsorção".

A amônia verde foi discutido principalmente em publicações de periódicos, sendo que os documentos de patentes atingiram 20% do volume total de publicações em 2020. Houve um crescimento enorme em substâncias com função na síntese catalítica de amônia verde de 2017 a 2021; os números aumentaram de menos de 100 substâncias distintas em 2017 para quase 500 substâncias distintas em 2021. Substâncias de interesse são as que formam novos catalisadores usados na síntese de amônia verde, por exemplo, materiais inorgânicos, pequenas moléculas orgânicas/inorgânicas, elementos e compostos de coordenação (Figura 5). Além disso, a proporção de publicações em periódicos com redução fotocatalítica ou eletrocatalítica de nitrogênio cresceu de 1% em 2001 para 25% em 2021, destacando o rápido avanço desse método.

Vemos no horizonte a agricultura resiliente ao clima?

Com uma população global crescente, aumentam as pressões sobre a indústria agroalimentar. Tanto a produção de fertilizantes quanto o acúmulo de resíduos agrícolas vêm contribuindo para danos ambientais irreversíveis. A sustentabilidade e o conceito de bioeconomia circular tornaram-se um princípio fundamental da prática agrícola responsável. Os princípios da agricultura sustentável inspiraram pesquisas para o desenvolvimento de sistemas integrados de tratamento de resíduos, recuperação de nutrientes e eficiência energética.

Processos alternativos “mais ecológicos” para a produção de fertilizantes, como a síntese de amônia verde e a recuperação de nutrientes fertilizantes de resíduos e formulações microbianas, têm o potencial de mudar a forma como nossos alimentos são produzidos e podem converter resíduos em subprodutos valiosos.

Os processos de recuperação de nutrientes têm sido comercializados para ajudar a simplificar a eficiência, reduzir custos e minimizar o impacto ambiental. Dentre algumas tecnologias agrícolas sustentáveis dignas de nota estão:

• Tecnologias Pearl® e WASSTRIP® (Remoção de lodo ativado por resíduos para remover fósforo interno) (Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc., Canadá) são processos-chave para a remoção de fósforo usados para produzir o Crystal Green®, um fertilizante de liberação lenta recuperado de forma sustentável, que contém fósforo, nitrogênio e magnésio. A versão Root-Activated™ otimiza a absorção e protege os recursos hídricos locais, ao mesmo tempo em que aumenta o rendimento.

• O AirPrex® (CNP CYCLES GmbH, Alemanha) é um processo de otimização de lodo patenteado que melhora a eliminação biológica do fosfato. No reator AirPrex®, o lodo digerido é tratado para levar à precipitação de MAP, ou estruvita, que pode ser usado como fertilizante.

• O sistema AshDec® Thermochemical P-Recovery (Metso Outotec, Finlândia) melhora a disponibilidade da planta e reduz o teor de metais pesados por meio da recuperação de fósforo das cinzas do lodo de esgoto. O produto de fósforo é solúvel em citrato e, portanto, ecologicamente correto. Além disso, a liberação de fósforo é controlada — ela só ocorre na presença de exsudatos de raízes de culturas.

• O RecoPhos Project (The RecoPhos Consortium) é um projeto multidisciplinar realizado pela academia, indústria e empresa. O objetivo é recuperar fósforo (como fósforo branco ou ácido fosfórico) de esgoto, lodo e cinzas usando um reator inovador. Este trabalho fornecerá a base para a implementação de um reator em escala de bancada totalmente operacional e o projeto de uma fábrica piloto em escala. O impacto econômico, ambiental e social do processo RecoPhos também serão avaliados.

• O Processo Aqua2™N (Easymining Services, Suécia) recupera nitrogênio do licor de lodo. O nitrogênio é adsorvido e colhido como cristais, que são então recuperados em uma forma que é prontamente aplicável para a produção de fertilizantes. O agente de absorção pode ser usado novamente, simples assim.

Iniciativas como essas são a prova de que a colaboração intersetorial entre ciência, tecnologia e indústria é o caminho a seguir, não apenas para superar os desafios da produção de alimentos, mas também para otimizar a recuperação de resíduos. A agricultura sustentável apresenta uma maneira segura de preparar nossa sociedade para o futuro.

Saiba mais sobre as tendências da agricultura sustentável nos processos de recuperação de nutrientes em nosso Insight Report.

Nos últimos anos, a descoberta de microplásticos e seu impacto no meio ambiente foi impressionante. Os microplásticos foram encontrados em quase todos os lugares, desde alimentos, oceanos e até mesmo no ar, e podem levar centenas de anos para se decompor.

Saiba mais sobre as tendências em revistas anteriores, o que pode ser feito, novas abordagens e alternativas que estão começando a ganhar força na nossa última publicação científica aqui.

Microplásticos são pequenas partículas de plástico com menos de 5 mm de tamanho. Eles podem ser oriundos de várias fontes, incluindo a fragmentação de itens de plástico maiores, de tecidos sintéticos e o uso de microesferas em produtos de higiene pessoal.

Embora os microplásticos possam ser pequenos, eles podem ter um grande impacto no meio ambiente. Se ingeridos pelos animais marinhos, eles podem causar ferimentos ou morte. Eles também podem acumular toxinas, que podem ser passadas pela cadeia alimentar para os humanos. Além disso, os microplásticos podem levar centenas de anos para se decompor, persistindo no meio ambiente por muito tempo.

Saiba mais sobre o cenário emergente da poluição por microplásticos, as oportunidades e novas abordagens que estão ganhando força, além de materiais alternativos, no nosso último relatório de Insights.