A rota eletrificada para os epóxidos poderia reduzir custos e poluição com catalisador comum

Epóxidos são compostos orgânicos versáteis, amplamente empregados na fabricação de adesivos, revestimentos, plásticos e resinas, sendo, portanto, elementos cruciais em nossa vida cotidiana. A produção desses compostos, contudo, frequentemente envolve processos que demandam alta energia e geram subprodutos indesejáveis, levantando preocupações ambientais e econômicas. A busca por métodos de síntese mais eficientes e sustentáveis tem impulsionado a pesquisa em química verde, visando a redução de custos e do impacto ecológico associado à sua fabricação.

Nesse contexto, o grupo de pesquisa liderado por Manthiram, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), tem explorado rotas eletroquímicas para a epoxidação. Em 2024, a equipe relatou o desenvolvimento de um catalisador de óxido de paládio-platina capaz de promover a epoxidação eletroquímica, transferindo oxigênio da água para produzir epóxidos e gás hidrogênio. Essa abordagem representou um avanço significativo, demonstrando a viabilidade de utilizar a água como fonte de oxigênio e a eletricidade como força motriz para a reação.

Dando continuidade a essa linha de pesquisa, Manthiram e seus coautores da Caltech e da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) descrevem um sistema aprimorado em um artigo publicado na revista Nature Catalysis, intitulado "Epoxidação eletroquímica direta de propileno sobre óxido de perovskita amorfizado em eletrólito aquoso não halogenado", com Kalipada Koner et al. como autores principais. O novo sistema catalítico baseia-se no cobaltito de lantânio, um catalisador de baixo custo e abundante na Terra, pertencente à classe dos metais de transição. Este material foi escolhido por sua capacidade de facilitar a transferência de átomos de oxigênio da água em um processo eletrificado.

Os pesquisadores optaram por uma estrutura catalisadora específica para a epoxidação, conhecida como óxido de perovskita, que possui a fórmula geral ABO₃. Nesta configuração, o átomo B representa um metal ativamente envolvido na catálise, enquanto o átomo A atua como um "átomo espectador", permitindo aos cientistas ajustar o ambiente químico e otimizar a eficiência da reação. A principal vantagem dessa rota eletroquímica reside na sua sustentabilidade, pois utiliza a água como fonte de oxigênio e um catalisador de baixo custo, minimizando a necessidade de reagentes caros e perigosos, além de reduzir a geração de resíduos.

A produção de gás hidrogênio como subproduto também é um benefício, pois o hidrogênio é um vetor energético limpo e valioso. A equipe de Manthiram enfatiza que a viabilidade econômica é um fator crucial para a adoção industrial. Manthiram afirma: "Queremos ter certeza de que torná-lo mais sustentável realmente nos permitirá alcançar um processo mais barato", destacando a importância de alinhar os benefícios ambientais com a competitividade de custos.

Apesar dos avanços promissores, Manthiram ressalta que a equipe ainda busca otimizar a taxa de produção de epóxidos do novo processo. A escalabilidade e a eficiência em larga escala são desafios inerentes à transição de uma descoberta de laboratório para uma aplicação industrial. O apoio recebido da Fundação Gordon e Betty Moore tem sido fundamental para o desenvolvimento criterioso de novos catalisadores e para a prototipagem visando a comercialização.

Manthiram conclui, sublinhando a necessidade de pesquisa contínua e desenvolvimento tecnológico para concretizar o potencial dessa inovação: "Essas são as duas coisas nas quais temos que nos concentrar com foco laser para finalmente tirar algo assim do laboratório". Este trabalho representa um passo significativo em direção a uma química mais verde e economicamente viável para a produção de epóxidos, com potencial para impactar positivamente diversas indústrias.