As pesquisadoras Ana Sobota e Fernanda Neira D’Angelo, do EIRES, discutem seus projetos de conversão de dióxido de carbono e sua utilização na construção de importantes compostos químicos.
Na tentativa de reduzir a quantidade de CO 2 no ar, cientistas de todo o mundo buscam possibilidades de converter a molécula do resíduo em matéria-prima.
As pesquisadoras do EIRES Ana Sobota e Fernanda Neira D’Angelo têm vários projetos que facilitam a conversão de CO 2 e o utilizam para construir compostos químicos úteis.
“Converter dióxido de carbono está longe de ser fácil. É uma molécula totalmente oxidada, que não tem nenhum valor calorífico ou funcionalidade. É o que chamamos de molécula de baixo valor, o que significa que você precisa introduzir muita energia para poder fazer algo útil com ela. Portanto, um dos maiores desafios na conversão de CO 2 é desenvolver tecnologias ambientalmente vantajosas e economicamente competitivas”, disse a engenheira química Fernanda Neira D’Angelo, que coordena os esforços de design do reator da TU/e no projeto europeu de quatro anos C2FUEL .
Usando plasmas não térmicos para quebrar a molécula de CO 2
Uma das opções em estudo é usar os chamados plasmas não térmicos para quebrar a molécula de CO 2 , explicou a física Ana Sobota.
O termo plasma não térmico refere-se a um estado eletricamente carregado da matéria, onde os íons pesados estão à temperatura ambiente e os elétrons contêm muita energia.
Através de colisões com esses elétrons ‘quentes’, as moléculas de CO 2 começam a vibrar. Quando a vibração é forte o suficiente, as ligações entre os átomos individuais que compõem a molécula serão quebradas.
“Para dividir o CO 2 em uma única etapa, é preciso muita energia. Com um plasma, em vez de bater com um martelo, você cutuca um pouco, mas repetidamente. A molécula acumula a energia de todos os golpes até que eventualmente se quebre.”
O projeto PIONEER estuda três tópicos: os fundamentos e mecanismos de plasmas de CO 2 , catálise avançada para ativação de CO 2 e rotas inovadoras para interação de catalisadores de plasma.
O aluno de doutorado de Sobota, Harry Philpott, enfoca a interação entre o plasma e o catalisador.
“Um dos desafios é que a química convencional não utiliza campos elétricos, enquanto nos plasmas os campos elétricos são excepcionalmente altos. Portanto, a primeira coisa que precisamos saber é a altura desses campos exatamente quando o plasma entra em contato com a superfície do catalisador”.
O objetivo é desenvolver tecnologias de conversão de CO2 econômica e ambientalmente viáveis
A catálise de plasma é um campo bastante novo, explicou Sobota.
“Isso significa que todos estão trabalhando no limite de sua disciplina, tentando responder a questões fundamentais como O que acontece quando um plasma encontra um catalisador? Que taxas de reação podemos esperar em condições de plasma? Qual é a combinação ideal entre plasma, catalisador e tipo de reator?”
Na última década, Sobota tem trabalhado em métodos para medir a interação entre plasmas e uma variedade de materiais.
“O que começou com dielétricos perfeitos bastante simples, agora culminou neste projeto de estudo de catalisadores, que são moléculas muito complexas. Estou muito feliz por termos conseguido desenvolver um método para realmente medir esses campos elétricos nas interfaces relevantes.”
Onde o projeto PIONEER se concentra nos fundamentos, o projeto C2FUEL em que Neira D’Angelo está envolvida tem um foco ligeiramente diferente.
“A C2FUEL é liderada pela ENGIE, uma empresa de energia francesa dedicada à transição energética”, explicou ela.
O objetivo é desenvolver tecnologias de conversão de CO 2 energeticamente eficientes, econômica e ambientalmente viáveis, que serão demonstradas em Dunquerque entre uma usina elétrica de ciclo combinado DK6, a fábrica de aço Arcelor Mittal e um dos principais portos europeus.
A ideia é remover seletivamente o dióxido de carbono presente no gás de combustão do alto-forno e combiná-lo com o hidrogênio verde gerado pela eletrólise alimentada com eletricidade renovável para produzir dois portadores de energia promissores.
“O objetivo do projeto C2FUEL é produzir ácido fórmico e éter dimetílico”, explicou Neira D’Angelo.
O éter dimetílico já é conhecido como combustível alternativo semelhante ao diesel para caminhões e navios. O ácido fórmico é uma substância promissora para transportar hidrogênio, que também pode ser usado como combustível.
Agora, o foco é aumentar a produção de éter dimetílico.
Um desafio: a reação química é termodinamicamente limitada
Em termos de projeto do reator, que é a parte do projeto pela qual a TU/e é responsável, um dos maiores desafios é que a reação química é termodinamicamente limitada.
“Durante a reação é produzida muita água, que desativa o catalisador e limita a conversão. Por isso, tivemos que encontrar soluções para retirar a água da reação”, disse Neira D’Angelo.
É mais fácil dizer do que fazer, explicou o engenheiro químico: “Para esta aplicação específica, um reator de membrana é o candidato mais adequado. No entanto, se você usar uma membrana comum, é provável que o hidrogênio também passe.”
Eventualmente, juntamente com o parceiro de projeto Tecnalia, os pesquisadores da TU/e desenvolveram uma membrana estável que é seletiva apenas para água.
“Testamos nossas membranas primeiro em escala de laboratório para ver qual seria a composição ideal, como produzi-las em uma escala maior e como seu desempenho é afetado por diferentes ciclos de reação. A Tecnalia, parceira do projeto, produziu as membranas nas escalas necessárias.’”
Embora a verdadeira prova do pudim esteja em comê-lo, Neira D’Angelo está confiante de que o reator final fará o que deve fazer.
“Atualmente, estamos construindo uma versão ampliada de nosso reator em escala de laboratório em um contêiner, que será enviado para Dunquerque ainda este ano.”
Resolvendo gargalos e compartilhando know-how
Ao olhar para a transição energética em um sentido mais amplo, uma das características mais animadoras do projeto C2FUEL é que a tecnologia de conversão de CO 2 que foi desenvolvida não é específica do processo e, portanto, também pode ser usada para outras aplicações.
“Em suma, acho que a tecnologia não é o grande gargalo quando se trata de usar o CO 2 como matéria-prima para combustíveis. Claro, ainda existem algumas questões técnicas a serem resolvidas, mas já mostramos que isso é viável. O maior problema é o lado econômico das coisas. Uma das principais tarefas que vejo para nós como pesquisadores é desenvolver soluções com maior desempenho para reduzir drasticamente os custos”, afirmou Neira D’Angelo.
Compartilhar conhecimento e experiência é fundamental para acelerar os desenvolvimentos, pensam os dois cientistas.
Sobota acrescentou: “Para mim, talvez a coisa mais legal do projeto PIONEER seja um banco de dados que estará online em breve, que fornece uma visão abrangente de onde procuramos e o que encontramos. Esses dados estão abertos ao escrutínio de outros pesquisadores, potenciais parceiros e das comunidades científica e reguladora. O objetivo é não apenas ajudá-los a ter uma ideia de onde procurar e o que esperar com certas configurações, mas também o que não funciona. Como este último raramente acaba em publicações, acho que é uma adição extremamente útil para o avanço do campo.”
Para mais informações, visite:
c2fuel-project.eu
co2pioneer.eu
Fonte:https://www.innovationnewsnetwork.com/advancing-co2-conversion-projects-green-economy/33653/
