Do lixo à energia: Transformar beatas de cigarro em supercapacitores de alto desempenho

A crescente procura de armazenamento de energia rápido, fiável e sustentável está a desafiar as tecnologias convencionais, como as baterias de iões de lítio. Os supercapacitores oferecem uma alternativa interessante, uma vez que armazenam energia através da acumulação de carga eletrostática, permitindo um carregamento rápido, uma elevada potência e um ciclo de vida longo. No entanto, o seu desempenho depende fortemente dos materiais dos eléctrodos, em particular da área de superfície, da estrutura dos poros e da condutividade eléctrica. Os carvões porosos derivados da biomassa têm suscitado um interesse crescente como materiais de eléctrodos sustentáveis e ajustáveis. Entre eles, as pontas de cigarro - compostas principalmente de celulose e acetato de celulose - representam um recurso de biomassa subutilizado cuja estrutura polimérica os torna precursores promissores para carbonos porosos avançados quando processados adequadamente.

Um estudo publicado na Energy & Environment Nexus em 13 de janeiro de 2026 pela equipa de Leichang Cao, da Universidade de Henan, aborda apenas o desafio urgente de gerir milhões de toneladas de resíduos de beatas de cigarro gerados todos os anos, mas também aponta para um caminho escalável para a produção de materiais de eléctrodos sustentáveis e de baixo custo para sistemas de armazenamento de energia da próxima geração.

O estudo começou por utilizar uma estratégia de ativação por carbonização-pirólise hidrotérmica para converter as beatas de cigarro em biochars nanoporosos hierárquicos co-dopados com N,O (CNPBs), seguida de uma caraterização estrutural, química e eletroquímica sistemática para elucidar as relações estrutura-desempenho. As beatas de cigarro foram carbonizadas hidrotermicamente para formar hidrocarbonetos contendo azoto com morfologias esféricas empilhadas, e subsequentemente activadas utilizando hidróxido de potássio (KOH) em diferentes proporções e temperaturas para ajustar a arquitetura dos poros. A microscopia eletrónica de varrimento revelou que as esferas de carbono, inicialmente densas e lisas, evoluíram para estruturas porosas tridimensionais semelhantes a andaimes após a ativação com KOH, com rácios crescentes de KOH a transformarem as esferas em redes mesoporosas mais soltas, semelhantes a favos de mel, que favorecem o transporte rápido de iões e electrões. As análises de adsorção-dessorção de azoto mostraram que todos os CNPBs activados exibiam estruturas micro-mesoporosas altamente desenvolvidas, com a amostra ideal (CNPB-700-4) a atingir uma área de superfície específica ultra-elevada de 2.133,5 m² g-¹ e uma distribuição equilibrada do tamanho dos poros (1-3 nm), permitindo um armazenamento eficiente da carga e a difusão do eletrólito. A difração de raios X e a espetroscopia Raman demonstraram ainda que uma temperatura de ativação moderada (700 °C) preservou uma grafitização favorável, limitando a formação excessiva de defeitos, ao passo que temperaturas mais elevadas induziram uma desordem estrutural. A análise elementar e o XPS confirmaram a incorporação uniforme de grupos funcionais de azoto e oxigénio, incluindo espécies de azoto piridínico e pirrólico, que contribuem para uma pseudo-capacitância adicional e uma condutividade melhorada. Testes electroquímicos correspondentes num sistema de três eléctrodos revelaram que o CNPB-700-4 forneceu a capacitância específica mais elevada de 344,91 F g-¹ a 1 A g-¹, excelente capacidade de taxa e baixa resistência interna, com 95,44% de retenção de capacitância após 10.000 ciclos. Quando montado num supercapacitor simétrico de dois eléctrodos, o material atingiu uma elevada densidade de energia de 24,33 Wh kg-¹ e uma densidade de potência de 373,71 W kg-¹, superando muitos carvões activados comerciais e derivados da biomassa. Em conjunto, estes resultados demonstram que o método de ativação hidrotérmica controlada governa diretamente a estrutura dos poros, a química da superfície e a grafitização, que sinergicamente sustentam o excelente desempenho eletroquímico dos CNPBs derivados de pontas de cigarro.

Os resultados mostram que as beatas de cigarro, tradicionalmente vistas como resíduos perigosos, podem ser transformadas em materiais de armazenamento de energia de elevado valor. Os supercapacitores resultantes são adequados para aplicações de carregamento rápido e de longa duração, como a estabilização da rede, a travagem regenerativa e a eletrónica portátil. É importante salientar que este trabalho apresenta uma estratégia escalável e ecológica de transformação de resíduos em recursos que se alinha com os princípios da economia circular, reduzindo simultaneamente a poluição ambiental e apoiando tecnologias energéticas sustentáveis.