Um pesquisador do Instituto INAMAT2 da Universidade Pública de Navarra (UPNA) na Espanha conseguiu transformar dióxido de carbono (CO2) em metano (CH4) renovável utilizando luz solar como fonte de energia.
Seu trabalho, resultado de sua tese de doutorado, representa um avanço na pesquisa de tecnologias CCUS (captura, armazenamento e utilização de carbono). Tecnologias fundamentais para reduzir as emissões em setores onde a descarbonização é especialmente complicada, como a indústria cimenteira, a aviação ou o transporte marítimo e rodoviário.
Parte dos resultados de sua tese foram publicados na revista Applied Catalysis B: Environment and Energy.
Conversão eficiente e sustentável do CO2
A conversão eficiente e sustentável do CO2 com luz solar analisada nesta tese abre caminho para a produção de combustíveis limpos, como o metano que pode ser usado como alternativa ao gás natural.
“Minha tese busca aproveitar o CO2 como matéria-prima e fonte de carbono para a síntese de combustíveis como o metano”, afirma Mikel Imizcoz, autor do trabalho.
O metano obtido poderia ser usado como um substituto neutro às emissões do gás natural, já que esse combustível fóssil contém entre 83 e 97% de metano, dependendo do poço.
Assim, o metano renovável poderia ser empregado, por exemplo, como combustível nas centrais térmicas, gerando emissões neutras de carbono, visto que o CO2 gerado na combustão seria o mesmo capturado e utilizado previamente como matéria-prima para a síntese do combustível.
O metano renovável também poderia se tornar um elemento-chave no transporte rodoviário, devido ao seu potencial aplicável em motores a diesel.
A reação de Sabatier
Para transformar o CO2 em CH4, o químico navarro estudou em sua tese a reação de Sabatier, processo proposto pela primeira vez em 1902, no qual o dióxido de carbono se combina com hidrogênio (H₂) para produzir metano e água.
Esse metano só pode ser considerado um combustível limpo se o CO2 for obtido da captura de uma fonte emissora e o hidrogênio provenha da eletrólise da água com energia renovável.
Para que a reação de Sabatier ocorra, além do dióxido de carbono e do hidrogênio, é necessário o uso de um catalisador heterogêneo que facilite a interação entre as moléculas de gás e acelere a reação química. Além disso, para iniciar e manter a reação, é necessário fornecer energia ao sistema.
“Uma das principais novidades desta pesquisa, proposta desde o início, foi que a fonte de energia necessária para iniciar e manter a reação deveria ser, pelo menos parcialmente, a luz do sol”, destaca Imizcoz.
Dessa forma, o pesquisador trabalhou em uma disciplina inovadora, denominada foto-termocatálise.
“Os foto-termocatalisadores se caracterizam por aproveitar toda a energia do sol para se aquecer —contribuição termoquímica— e/ou para induzir a excitação de seus elétrons —contribuição fotoquímica—, de modo que ambos os processos favoreçam a ocorrência da reação química. Distinguir esses dois processos quando o catalisador é iluminado é muito conveniente para poder melhorar seu design, e esse foi um dos principais objetivos da tese de doutorado”, descreve o pesquisador, que desenvolveu um método para diferenciar as contribuições fotoquímicas e termoquímicas desse processo.
Transformar dióxido de carbono em combustível em um ambiente real
Como prova de conceito final, os catalisadores, baseados em rutênio e níquel, foram expostos à luz solar concentrada para dar origem à reação de Sabatier.
Assim, metano foi produzido a partir de dióxido de carbono sem a necessidade de uma contribuição energética adicional para atingir a temperatura de reação, o que normalmente é feito por meio de calor adicional.
Dessa forma, o pesquisador demonstrou a aplicabilidade desses catalisadores em condições reais de iluminação: saiu para a rua para realizar a reação química utilizando a luz do sol como única fonte de energia.
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