Caracterização dos resíduos provenientes da geração de hidrogênio a partir de alumínio reciclável em meio básico e avaliação da potencial aplicação como substituto na indústria civil

Abstract

Resumo: A transição para uma matriz energética sustentável é essencial para enfrentar desafios globais como mudanças climáticas, escassez de recursos naturais e segurança energética. Nesse contexto, a economia baseada no hidrogênio desponta como uma alternativa promissora, uma vez que esse elemento possui alto poder calorífico e pode ser produzido a partir de fontes renováveis. O uso de metais recicláveis, como o alumínio, oferece uma abordagem para processos sustentáveis de geração de hidrogênio. Neste estudo, analisou-se a geração de hidrogênio a partir de resíduos de latinha de alumínio, destinando-se o gás para a autonomia estendida de um veículo elétrico, enquanto o resíduo sólido foi avaliado quanto ao seu potencial na adição no âmbito da construção civil. Para a caracterização do resíduo, foram realizadas análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS), Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES) e Difração de Raios X (DRX), a fim de determinar sua composição química, estrutura cristalina e morfologia. Os resultados indicaram que, apesar da presença de impurezas metálicas como Cu, Mg e Fe nas latinhas recicladas, suas propriedades estruturais permanecem compatíveis com as do cavaco industrial, demonstrando que o processo de reciclagem não compromete significativamente a qualidade do material para o sistema de geração de H2 e consequentemente para a potencial destinação na indústria civil. Além disso, a análise DRX revelou a predominância de fases cristalinas, enquanto a presença de NaOH no meio reacional conferiu características básicas à estrutura do resíduo oriundo das latinhas. A fim de avaliar seu potencial na construção civil, foram conduzidos ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade em diferentes formulações cimentícias com substituição da argamassa por 1% e 3% do resíduo. Os resultados demonstraram que a adição de 1% do resíduo foi a melhor alternativa, apresentando desempenho equivalente ao cimento padrão ao longo do tempo, sem comprometer as propriedades mecânicas. Em contrapartida, a formulação com 3% de adição, apesar de exibir boa resistência inicial, sofreu degradação aos 90 dias, sugerindo um limite de saturação do material na matriz cimentícia. Assim, o reaproveitamento do resíduo gerado na produção de hidrogênio demonstrou-se uma solução sustentável, promovendo a valorização de materiais reciclados e contribuindo para a redução dos impactos ambientais

Abstract: The transition to a sustainable energy matrix is essential to face global challenges such as climate change, scarcity of natural resources and energy security. In this context, the hydrogen-based economy emerges as a promising alternative, since this element has a high calorific value and can be produced from renewable sources. The use of recyclable metals, such as aluminum, offers an approach to sustainable hydrogen generation processes. In this study, the generation of hydrogen from aluminum can waste was analyzed, with the gas being used for the extended autonomy of an electric vehicle, while the solid waste was evaluated for its potential addition in the construction industry. To characterize the waste, Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) and X-ray Diffraction (XRD) analyses were performed in order to determine its chemical composition, crystal structure and morphology. The results indicated that, despite the presence of metallic impurities such as Cu, Mg and Fe in the recycled cans, their structural properties remain compatible with those of industrial chips, demonstrating that the recycling process does not significantly compromise the quality of the material for the H2 generation system and consequently for its potential use in the civil industry. Furthermore, the XRD analysis revealed the predominance of crystalline phases, while the presence of NaOH in the reaction medium conferred basic characteristics to the structure of the waste from the cans. In order to evaluate its potential in civil construction, compressive strength and modulus of elasticity tests were conducted on different cement formulations with mortar replacement by 1% and 3% of the waste. The results demonstrated that the addition of 1% of the waste was the best alternative, presenting performance equivalent to standard cement over time, without compromising the mechanical properties. In contrast, the formulation with 3% addition, despite exhibiting good initial strength, suffered degradation after 90 days, suggesting a saturation limit of the material in the cement matrix. Thus, the reuse of the waste generated in hydrogen production proved to be a sustainable solution, promoting the valorization of recycled materials and contributing to the reduction of environmental impacts