Dos brinquedos elétricos aos veículos, passando pelos celulares, a bateria é um dispositivo cada vez mais presente no dia a dia das pessoas. Mas essa fonte de energia ainda é fabricada principalmente com base em materiais poluentes, como o grafite. Desenvolver uma alternativa mais sustentável e econômica, com um toque bem brasileiro, é a proposta de uma pesquisa com cascas de café realizada no Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais da Universidade Federal de Lavras (UFLA), com a orientação do professor Gustavo Tonoli. 

A casca de café foi usada na pesquisa para substituir o grafite no chamado ânodo, o polo negativo da bateria, onde ocorrem as reações químicas responsáveis pela produção de energia. Isso porque, de forma semelhante ao grafite, que é constituído por quase 100% de carbono, as cascas de café também são ricas nesse elemento químico, que corresponde a 50% da composição natural desse resíduo da agricultura.

Além disso, “a utilização da casca de café, que é um subproduto da indústria cafeeira, contribui para a diminuição de detritos que seriam descartados e a promoção de uma economia circular, modelo de produção e consumo que promove a reutilização de materiais. O aproveitamento da casca de café também pode agregar valor aos produtos agrícolas, beneficiando os agricultores”, explica a doutoranda da UFLA responsável pela pesquisa, Ianca Oliveira Borges.

Para aumentar o percentual de carbono inicialmente presente nas cascas de café, a pesquisadora submeteu o material a um processo chamado de carbonização, que consiste no aquecimento em fornos de altas temperaturas, em torno de 1.300 graus. O biocarbono obtido como resultado do processo alcançou um nível de composição de carbono em torno de 90%. O processo de carbonização também demonstrou ser importante por ajudar a remover alguns compostos orgânicos que poderiam atrapalhar as reações químicas da bateria, como a celulose e a lignina.

Apesar dos avanços obtidos nessa etapa, foi identificada a necessidade de agregar outros materiais. “Só com a casca de café, não conseguimos alcançar as propriedades do grafite. Então, para obter um material mais eficiente, decidimos incluir o nióbio nos experimentos. Embora esse não seja um material sustentável, há grandes reservas desse mineral no Brasil, o que vai ao encontro de outro objetivo da pesquisa, que é produzir uma bateria usando elementos nacionais”, explica a doutoranda responsável pela pesquisa, Ianca Oliveira Borges.

Foram, então, realizados experimentos com o biocarbono de cascas de café associado ao nióbio. Os resultados indicaram melhorias de desempenho, com o aumento da capacidade de armazenamento de carga. Além disso, o nióbio ajudou a estabilizar a estrutura do biocarbono durante ciclos repetidos de carga e descarga em baterias, aumentando a durabilidade.

Os estudos realizados podem servir de base para o desenvolvimento de baterias de pequeno porte, capazes de serem aplicadas em brinquedos, celulares e computadores. Além disso, o desenvolvimento da tecnologia pode criar oportunidades de emprego em setores como pesquisa, tecnologia e agricultura, incentivando o desenvolvimento de novos materiais que podem substituir componentes menos sustentáveis.

A pesquisa está sendo desenvolvida em parceria com a Universidade de Toronto, no Canadá, sob a orientação dos docentes Mohini Sain e Otávio Titton Dias. Em 2024, Ianca realizou doutorado-sanduíche por seis meses na instituição, para o desenvolvimento de experimentos relacionados à bateria sustentável. 

O orientador do estudo no Brasil, o professor do Departamento de Ciência Florestal Gustavo Tonoli, destaca a importância dessa etapa da pesquisa no exterior. “Acreditamos muito na internacionalização para a excelência na formação dos nossos futuros doutores. Essas experiências permitem a eles trazer ao Brasil novas técnicas, novos procedimentos científicos e implementá-los aqui na UFLA. No caso em questão, a Ianca irá nos ajudar a criar essa linha de pesquisa em nosso núcleo de estudos e continuar desenvolvendo esses materiais avançados com os biomateriais que trabalhamos aqui”.

Esse conteúdo de popularização da ciência foi produzido com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais - Fapemig.