Conheça o eletrobiodiesel, um biocombustível mais eficiente e mais limpo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/01/2025

A eletrocatálise do dióxido de carbono transforma gás em intermediários que são então convertidos por bactérias em lipídios e, finalmente, se tornam biodiesel.
[Imagem: Kainan Chen]

Eletrobiodiesel

Embora a discussão sobre qual é o melhor combustível para substituir o diesel nos caminhões ainda não tenha uma resposta definitiva, o biodiesel é um candidato natural, mesmo que ainda pesem sobre ele algumas preocupações quanto a emissões durante seu processo produtivo.

Em busca de eliminar essa restrição, Kainan Chen e colegas de várias universidades norte-americanas desenvolveram um novo processo que utiliza eletricidade na fabricação do biodiesel, criando o que a equipe chama de eletrobiodiesel.

Mais especificamente, o processo faz eletrocatálise do dióxido de carbono (CO₂) para criar um biocombustível que é 45 vezes mais eficiente e usa 45 vezes menos terra do que a produção de biodiesel à base de soja.

E há outras vantagens além de fazer a captura do CO₂: O processo pode ser aplicado mais amplamente à indústria química, servindo para gerar outros compostos além de biocombustíveis.

"Esta nova ideia pode ser aplicada à economia circular para fabricar combustíveis, produtos químicos, materiais e ingredientes alimentícios com emissão negativa, com uma eficiência muito maior do que a fotossíntese e com menos emissões de carbono do que os petroquímicos," disse o professor Joshua Yuan. "Lidamos sistematicamente com os desafios na eletrobiofabricação, identificando os limites metabólicos e bioquímicos do uso de carbono diatômico, e superamos esses limites."

Esquema de funcionamento da produção do eletrobiodiesel.
[Imagem: Kainan Chen et al. - 10.1016/j.joule.2024.10.001]

Melhor que fotossíntese

A eletrocatálise é um tipo de reação química iniciada por transferências de elétrons de e para reagentes nas superfícies dos catalisadores, permitindo converter dióxido de carbono em intermediários biocompatíveis, como acetato e etanol.

Esses compostos intermediários foram então convertidos por micróbios em lipídios, ou ácidos graxos, e finalmente se tornaram matéria-prima para o biodiesel.

O eletrobiodiesel alcançou 4,5% de eficiência solar-molécula na conversão de dióxido de carbono em lipídios, o que é consideravelmente mais eficiente do que o biodiesel atual. Noutra comparação, a fotossíntese natural das plantas terrestres normalmente fica abaixo de 1%, ou seja, menos de 1% da energia solar é convertida em biomassa vegetal pela conversão de CO₂ em moléculas úteis para o crescimento da planta.

"A quantidade de energia desviada para o precursor do biodiesel, o lipídio, é ainda menor, já que o lipídio tem alta intensidade energética," explicou Yuan. "Pelo contrário, o processo eletrobiodiesel pode converter 4,5% da energia solar em lipídios quando um painel solar é usado para produzir eletricidade para acionar a eletrocatálise, o que é muito mais do que o processo fotossintético natural."

Fotobiorreatores que utilizem energia solar para alimentar as reações podem tornar o processo negativo em carbono.
[Imagem: Susie Dai Lab/WUSTL]

Emissões negativas de carbono

Para estimular a eletrocatálise, a equipe projetou um novo catalisador à base de zinco e cobre, que produz intermediários de carbono diatômicos que podem ser convertidos em lipídios por uma cepa geneticamente modificada da bactéria Rhodococcus jostiii (RHA1), conhecida por produzir um alto teor de lipídios.

Essa cepa também aumentou o potencial metabólico do etanol, o que pode ajudar a estimular a conversão de acetato, um intermediário, em ácido graxo.

A equipe também analisou o impacto ambiental do processo e chegou a resultados encorajadores. Ao usar recursos renováveis para a eletrocatálise, o processo eletrobiodiesel poderia reduzir 1,57 grama de dióxido de carbono por grama de eletrobiodiesel produzido com os subprodutos de biomassa, etileno e outros, o que significa um potencial para emissões negativas. Em contraste, a produção convencional de diesel a partir do petróleo produz 0,52 grama de dióxido de carbono por grama, e os métodos de produção de biodiesel produzem 2,5 gramas a 9,9 gramas de dióxido de carbono por grama de lipídios produzidos.

"Esta pesquisa prova o conceito de uma plataforma ampla para a conversão altamente eficiente de energia renovável em produtos químicos, combustíveis e materiais, para enfrentar os limites fundamentais da civilização humana. Este processo pode aliviar a escassez de matéria-prima para o biodiesel e transformar a ampla fabricação de combustíveis renováveis, produtos químicos e materiais, alcançando a independência dos combustíveis fósseis nos setores que são dependentes de combustíveis fósseis, como veículos pesados de longo alcance e aeronaves," concluiu o pesquisador.

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