Reator torna captura direta de CO2 mais eficiente e mais flexível

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/11/2024

Esquema da tecnologia e protótipo em escala de laboratório.
[Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/s41560-024-01654-z]

Captura direta de ar

Embora ainda esteja em escala de laboratório, um novo reator eletroquímico promete reduzir drasticamente o consumo de energia para a captura direta de ar, a remoção de dióxido de carbono (CO₂) diretamente da atmosfera.

O que mais entusiasmou no pequeno protótipo foram as taxas de captura e regeneração de dióxido de carbono, que foram elevadas tanto a partir do ar quanto a partir de soluções contendo carbono. Foram taxas industrialmente relevantes, ou seja, as métricas de desempenho da tecnologia, incluindo a estabilidade de longo prazo e a adaptabilidade a diferentes reações de cátodo e ânodo, mostram potencial para ampliação do equipamento com vistas ao seu uso industrial em larga escala.

"As descobertas da nossa pesquisa apresentam uma oportunidade de tornar a captura de carbono mais econômica e viável na prática em uma ampla gama de indústrias," disse o professor Haotian Wang, da Universidade Rice, nos EUA.

Embora largamente aclamada como um caminho para lidar com as mudanças climáticas, a captura direta de CO₂ ainda apresenta seus desafios, envolvendo sobretudo os custos de armazenar o carbono capturado. A nova tecnologia ajuda a minimizar isto também fornecendo uma fonte adicional de receita: A produção de hidrogênio.

"A coprodução de hidrogênio durante a captura direta de ar pode se traduzir em custos de capital e operação dramaticamente menores para a fabricação a jusante de combustíveis ou produtos químicos de emissão zero," disse Wang, acrescentando outro benefício da tecnologia: A flexibilidade, já que o método funciona com diferentes químicas.

Estrutura e princípio de funcionamento do eletrolisador.
[Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/s41560-024-01654-z]

Eletricidade em vez de calor

A nova tecnologia oferece uma alternativa ao uso de altas temperaturas nos processos de captura direta de ar, que frequentemente envolvem a passagem de um fluxo de gás misto por líquidos de pH elevado para filtrar o dióxido de carbono, que é um gás ácido.

Esta primeira etapa do processo amarra os átomos de carbono e oxigênio nas moléculas do ar a outros compostos em um líquido, formando novas ligações com vários graus de força, dependendo do tipo de produto químico usado para capturar o dióxido de carbono. A etapa seguinte no processo envolve a recuperação do dióxido de carbono dessas soluções, o que pode ser feito usando calor, reações químicas ou processos eletroquímicos.

"Nosso trabalho se concentrou em usar energia elétrica, em vez de energia térmica, para regenerar o dióxido de carbono," detalhou o pesquisador Zhiwei Fang, acrescentando que a abordagem tem vários benefícios adicionais, incluindo funcionar em temperatura ambiente, não necessitar de produtos químicos adicionais e não gerar subprodutos indesejados.

O novo processo tem grande potencial porque é mais flexível, reduz os custos e consome muito menos energia.
[Imagem: Xiao Zhang et al. - 10.1038/s41560-024-01654-z]

Mais verde e solta o CO₂ mais facilmente

Outra vantagem é que o novo método evita os químicos problemáticos tipicamente usados para aprisionar o dióxido de carbono, que têm diferentes compensações de vantagens e desvantagens.

Os sorventes à base de amina são os mais usados, em parte porque tendem a formar ligações mais fracas, o que significa que menos energia é necessária para retirar o CO₂ da solução. No entanto, eles são altamente tóxicos e instáveis. Soluções básicas à base de água, usando sorventes como hidróxido de sódio e hidróxido de potássio, são uma alternativa mais ecológica, mas elas exigem temperaturas muito mais altas para liberar o CO₂ de volta.

"Nosso reator pode dividir eficientemente soluções de carbonato e bicarbonato, produzindo absorvente alcalino em uma câmara e dióxido de carbono de alta pureza em uma câmara separada," disse Wang. "Nossa abordagem inovadora otimiza entradas elétricas para controlar de modo eficiente o movimento de íons e a transferência de massa, reduzindo as barreiras de energia."

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