Folha artificial captura 100 vezes mais CO2 com energia de um LED

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2022

Os átomos de carbono são mostrados em vermelho, os átomos de oxigênio são mostrados em azul e os átomos de hidrogênio são mostrados em branco. O dióxido de carbono migra do lado seco para o lado úmido depois de formar o bicarbonato.
[Imagem: Aditya Prajapati/UIC]

Folha artificial

Engenheiros dos EUA (Universidade de Illinois de Chicago) e do Brasil (Braskem) construíram uma folha artificial de baixo custo que consegue capturar dióxido de carbono (CO₂) a taxas 100 vezes melhores do que os sistemas atuais.

Ao contrário de outros sistemas de captura de carbono, que funcionam em laboratório com dióxido de carbono puro extraído de tanques pressurizados, esta nova folha artificial funciona no mundo real, garante a equipe.

Ela captura dióxido de carbono de fontes mais diluídas, como ar e gases de combustão produzidos por usinas a carvão, e o libera para uso como combustível e outros materiais.

"Nosso sistema de folhas artificiais pode ser implantado fora do laboratório, onde ele tem potencial para desempenhar um papel significativo na redução de gases de efeito estufa na atmosfera graças à sua alta taxa de captura de carbono, custo relativamente baixo e energia moderada, mesmo quando comparado aos melhores sistemas baseados em laboratório," disse o professor Meenesh Singh.

As folhas artificiais são dispositivos projetados para imitar a fotossíntese, o processo pelo qual as plantas usam a água e o dióxido de carbono do ar para produzir energia usando a energia solar.

O trabalho é na verdade a realização prática do projeto de uma nova tecnologia de folha artificial apresentada por Singh e seu colega Aditya Prajapat em 2019.

Detalhes da reação de eletrodiálise.
[Imagem: Aditya Prajapati et al. - 10.1039/D1EE03018C]

Eletrodiálise

A estrutura básica da folha artificial é uma membrana eletricamente carregada com um gradiente de umidade - essencialmente um lado molhado transicionando suavemente até o outro lado seco.

No lado seco, um solvente orgânico se liga ao CO₂ do ambiente para produzir uma concentração de bicarbonato de sódio na membrana. À medida que o bicarbonato se acumula, esses íons carregados negativamente são puxados através da membrana em direção a um eletrodo carregado positivamente, em uma solução à base de água no lado úmido da membrana.

A solução líquida dissolve o bicarbonato de volta em dióxido de carbono, para que possa ser capturado e aproveitado para combustível ou outros usos. As cargas elétricas são usadas para acelerar a transferência do bicarbonato através da membrana.

Um protótipo, pequeno o suficiente para caber em uma mochila, apresentou um fluxo - a taxa de captura de carbono em comparação com a área de superfície necessária para as reações - bastante elevado, de 3,3 milimoles por hora para 4 centímetros quadrados.

Isso é mais de 100 vezes melhor do que sistemas similares, com uma quantidade moderada de eletricidade (0,4 KJ/hora) sendo necessária para alimentar a reação - isso é menos do que a quantidade de energia necessária para acender um LED de 1 watt. Segundo os cálculos da equipe, isso viabilizaria a captura de CO₂ a um custo de US$ 145 por tonelada, abaixo dos US$ 200 por tonelada recomendados pelo Departamento de Energia dos EUA.

"É particularmente entusiasmante que esta aplicação no mundo real de uma folha artificial acionada por eletrodiálise tenha um alto fluxo com uma pequena área de superfície modular," disse Singh. "Isso significa que ela tem potencial para ser empilhável, os módulos podem ser adicionados ou retirados para se adequarem mais perfeitamente à necessidade e usados de forma acessível em residências e salas de aula, não apenas entre organizações industriais que visam lucro. Um módulo pequeno, do tamanho de um umidificador doméstico, pode remover mais de 1 quilograma de CO₂ por dia, e quatro pilhas de eletrodiálise industriais podem capturar mais de 300 quilogramas de CO₂ por hora do gás de uma chaminé."

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