Abordando as Preocupações com o Dióxido de Carbono com Materiais Fotocatalíticos Recentemente Descobertos

O volume global de emissões de dióxido de carbono é o maior desafio que enfrentamos hoje. Essas emissões cresceram particularmente, tornando-se ameaçadoras à existência nos últimos 75 anos. 

Em 1950, o mundo emitiu 6 bilhões de toneladas de dióxido de carbono. Até 1990, esse número havia chegado a 20 bilhões de toneladas. E agora é mais de 35 bilhões de toneladas. Os Estados Unidos sozinhos emitiram cerca de 400 bilhões de toneladas de dióxido de carbono desde 1751, quase um quarto de todas as emissões até hoje. Desde 1751, o volume global cumulativo de emissões de dióxido de carbono foi de 1,5 trilhão de toneladas. 

O dióxido de carbono pode provir de muitas fontes, incluindo a queima de combustíveis fósseis, incêndios florestais, erupções vulcânicas, etc. É nocivo porque é um gás que retém calor. O dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa formam um cobertor ou capa que aprisiona o calor que o planeta poderia, de outra forma, ter irradiado ao espaço. 

O que é ainda mais preocupante é que as capacidades de retenção de calor do dióxido de carbono são enormes, e um pequeno volume de dióxido de carbono atmosférico pode aprisionar volumes gigantescos de calor. O número de emissões de mais de 35 bilhões de toneladas que discutimos é resultado da mera presença de dióxido de carbono na escala de 0,04% da atmosfera. 

Ao explicar quão insignificante é a presença de dióxido de carbono na atmosfera, Jason Smerdon, cientista climático do Lamont-Doherty Earth Observatory da Universidade Columbia, fez a seguinte analogia: 

“Se alguém do meu tamanho beber duas cervejas, meu teor de álcool no sangue será de cerca de 0,04 por cento.” 

No entanto, ele continua lembrando‑nos de que mesmo um pequeno volume de uma substância pode trazer consequências desfavoráveis que vão além do reparo. Ele prossegue dizendo: 

“Não é preciso muito cianeto para envenenar uma pessoa. Depende de como essa substância específica interage com o sistema maior e o que ela faz para influenciá‑lo.”

Portanto, as propriedades de retenção de calor do dióxido de carbono e de outros gases de efeito estufa são uma ameaça que precisa ser enfrentada com a máxima urgência e seriedade. 

Climate and Clean Air Coalition, uma iniciativa convocada pela UNEP, reconhece essa urgência nos termos mais articulados possíveis. Ela diz: 

“Estamos ficando sem tempo para manter o aquecimento abaixo de 2 graus Celsius.”

De acordo com Durwood Zaelke, Presidente do Comitê e Presidente do Institute for Governance and International Development (IGSD):

“Não podemos resolver um problema de rápida evolução como a mudança climática com soluções lentas. Velocidade é nossa nova métrica — velocidade para reduzir os SLCPs até 2030, alcançar energia limpa e emissões líquidas zero até 2050, e remover uma parcela crescente do dióxido de carbono que já emitimos.”

Zaelke quantifica ainda mais a meta ao dizer:  

“Reduzir os SLCPs pode evitar 0,6 graus de aquecimento até meados do século e tem um papel crucial se quisermos manter o aquecimento em 1,5 graus.”

Aqui, SLCPs significa poluentes climáticos de curta duração. Abordar as preocupações com o dióxido de carbono é a necessidade do momento. Atender a essa urgência sem precedentes não será possível sem soluções inovadoras. Nos segmentos a seguir, discutimos tais caminhos inovadores que surgiram recentemente. 

Pesquisadores Demonstram Como Transformar Dióxido de Carbono em Combustível Sustentável

Uma equipe internacional de pesquisadores, composta por representantes da School of Chemistry da University of Nottingham, da University of Birmingham, da University of Queensland e da University of Ulm, desenhou um material que pode ser visto como uma forma significativa e decisiva na produção de novos combustíveis verdes.

Mais sobre o Material

O material é derivado de cobre ancorado em nitreto de carbono nanocristalino. Os átomos de cobre repousam dentro da estrutura nanocristalina, permitindo que elétrons se movimentem do nitreto de carbono para o dióxido de carbono. Esse movimento é fundamental para produzir metanol a partir do dióxido de carbono sob irradiação solar. 

Se alcançar escala com sucesso, o procedimento resolverá um dos problemas mais críticos ao enfrentar as ameaças provocadas pelo dióxido de carbono.

O dióxido de carbono, o agente mais significativo do aquecimento global, pode ser convertido em produtos úteis. No entanto, até agora, esses processos de conversão exigiam que dependêssemos de hidrogênio proveniente de combustíveis fósseis. A energia solar está sendo usada pela primeira vez. 

A pesquisa valida a necessidade de desenvolver métodos alternativos, baseados em foto e eletrocatalise, processos que aproveitam eficientemente a energia solar sustentável e a abundância de água. 

De acordo com o Dr. Madasamy Thangamuthu, um dos bolsistas de pesquisa na School of Chemistry: 

“Existe uma grande variedade de materiais diferentes usados na fotocatálise. É importante que o fotocatalisador absorva luz e separe os portadores de carga com alta eficiência. Em nossa abordagem, controlamos o material em escala nanométrica. Desenvolvemos uma nova forma de nitreto de carbono com domínios cristalinos em escala nanométrica que permitem interação eficiente com a luz, bem como separação de carga suficiente.”

Clique aqui para uma lista das principais ações de captura de carbono.

Mais sobre o Processo

O processo de aquecimento usado na pesquisa garantiu que o nitreto de carbono atingisse o nível necessário de cristalinidade, essencial para maximizar o potencial do material para fotocatálise. O processo também envolveu sputtering de magnetron para depositar cobre sem usar solventes. Essa ausência de solventes permitiu contato íntimo entre o semicondutor e os átomos de metal. 

De acordo com Tara LeMercier, estudante de doutorado na University of Nottingham School of Chemistry:

“Mesmo sem cobre, a nova forma de nitreto de carbono é 44 vezes mais ativa que o nitreto de carbono tradicional. No entanto, para nossa surpresa, a adição de apenas 1 mg de cobre por 1 g de nitreto de carbono quadruplicou essa eficiência. O mais importante, a seletividade mudou de metano, outro gás de efeito estufa, para metanol, um combustível verde valioso.”

No geral, o experimento foi pioneiro ao usar catalisadores que consistiam apenas de elementos sustentáveis. De acordo com o professor Andrei Khlobystov, da School of Chemistry:

“A valorização do dióxido de carbono detém a chave para alcançar a ambição de emissões líquidas zero do Reino Unido. É vital garantir a sustentabilidade de nossos materiais catalíticos para essa reação importante. Uma grande vantagem do novo catalisador é que ele consiste de elementos sustentáveis — carbono, nitrogênio e cobre — todos altamente abundantes em nosso planeta.”

Empresas em todo o mundo estão trabalhando na conversão de carbono em energia verde. Algumas dessas empresas nos proporcionaram soluções realmente empolgantes, inovadoras e eficazes. 

#1. Climeworks

A Climeworks é conhecida por suas instalações de captura direta de ar e armazenamento, que removem dióxido de carbono do ar. Além de operar suas instalações de remoção de carbono, a Climeworks também faz parcerias com outros para garantir um portfólio completo de soluções de alta qualidade para a estratégia global de emissões líquidas zero.

A empresa está ativa em todo o mundo e oferece soluções diversificadas adaptadas a necessidades específicas. Por exemplo, na Islândia, a empresa, com a ajuda de seu parceiro de armazenamento Carbfix, transporta dióxido de carbono para o subsolo profundo e faz com que ele reaja com rocha basáltica por meio de um processo natural, de modo que a emissão nociva se transforme em pedra e permaneça encapsulada com segurança por mais de 10.000 anos. 

Nos Estados Unidos, a Climeworks anunciou três projetos sob a bandeira do programa Regional DAC Hubs do Departamento de Energia dos Estados Unidos. O Projeto Cypress, do qual a Climeworks tem sido parceira de desenvolvimento, implementará o método de captura direta de ar para remover o excesso de dióxido de carbono (CO2) da atmosfera, a fim de prevenir a intensificação de eventos climáticos extremos, como furacões, secas e inundações, a longo prazo. 

Em Zurique, Suíça, a Climeworks desenvolveu uma instalação que ajuda a produzir vegetais neutros em carbono. Sua planta de captura direta de ar bombeia o gás para estufas, impulsionando a fotossíntese das plantas e aumentando sua produtividade em até 20%. A Climeworks afirma que extrairá cerca de 900 toneladas de CO2 por ano do ar.

De acordo com Matt Lucas, do Centre for Carbon Removal:

“Tecnologias para capturar CO2 do ar, como as unidades da Climeworks, têm o potencial de sofrer quedas de preço acentuadas semelhantes às que vimos com solar, eólica e baterias, que também são produtos fabricados em fábrica.”

Em 9 de abril de 2024, a Climeworks recebeu 2,2 milhões CHF (26 milhões NOK) em financiamento norueguês da Enova, a empresa estatal pertencente ao Ministério do Clima e do Meio Ambiente do governo norueguês. 

Há dois anos, a Climeworks assinou uma rodada de capital próprio de 600 milhões CHF (650 milhões USD). A lista de investidores incluía vários investidores institucionais de tecnologia e infraestrutura bem conhecidos e de grande porte globalmente.

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon construiu a primeira instalação comercial de captura direta de ar nos Estados Unidos. Totalmente alimentada por energia renovável, a instalação remove permanentemente o dióxido de carbono da atmosfera. 

Ela aproveita o processo de mineralização do carbono, onde rochas como o calcário — conhecidos como sumidouros naturais de carbono — capturam grandes quantidades de CO2 ao longo do tempo. Como uma das rochas mais abundantes do planeta, o calcário pode capturar enormes quantidades de CO2 do ar ao longo dos anos. E a tecnologia da Heirloom Carbon acelera esse processo para apenas alguns dias. 

A tecnologia da Heirloom tem múltiplos benefícios. Ela remove permanentemente o dióxido de carbono, garantindo que o gás permaneça armazenado com segurança no subsolo para sempre. Os serviços da Heirloom também têm uma pegada ambiental mínima, já que suas instalações podem remover 50 toneladas de CO2 por metro quadrado e podem ser instaladas em terras não cultiváveis.

Com o tempo, a Heirloom acredita que seus serviços se tornarão otimamente rentáveis, com seus créditos de remoção de carbono custando menos de US$100 por tonelada de dióxido de carbono até 2035. 

Em abril de 2022, Heirloom arrecadou US$ 1 milhão como subsídio da Mask Foundation e XPRIZE. Levantou US$ 53 milhões na série A da AENU e de uma dúzia de outros investidores em 15 de março de 2022. Em junho de 2021, a Heirloom recebeu um subsídio de US$255.737 da National Science Foundation. 

Foco em um Plano Abrangente de Combate às Emissões de Carbono

Tal plano analisa o ciclo de vida completo das emissões de carbono e planeja combatê‑las em todos os lugares da maneira mais prudente, otimizada para o local e eficiente possível. Por exemplo, soluções como Climate TRACE ajudam a identificar pontos críticos de emissões globais com satélites e aprendizado de máquina. Empresas como CarbonChain, por outro lado, ajudam a reduzir emissões na cadeia de suprimentos ao auxiliar as empresas a perfilar suas emissões atuais e encontrar maneiras de reduzi‑las por meio do uso de inteligência artificial. Reconhecer vazamentos de energia também faz parte desse plano abrangente. 

Uma vez concluído o processo de identificação, há três possíveis maneiras de enfrentar as preocupações com o dióxido de carbono. A primeira foca em impedir novos danos climáticos provenientes das emissões de dióxido de carbono. A segunda trata de aumentar a eficiência energética para que possamos reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis. A terceira, que também é a mais ambiciosa entre as três, tenta reverter os danos que já ocorreram. 

Quanto a soluções específicas, muitas ideias evoluíram. Cientistas têm defendido o cultivo de plantas ou algas marinhas que podem absorver CO2 da atmosfera enquanto crescem, servindo simultaneamente como fonte de energia renovável. Experimentos mais inovadores e radicalmente inovadores envolvem, por exemplo, um novo polímero que pode coletar energia solar. Esses polímeros podem então ser aplicados a tecidos, de modo que nossas roupas se tornem fontes verdes e móveis de energia. 

Ao longo dos anos, muitas aplicações e soluções atraentes foram desenvolvidas na área de reversão de danos. Por exemplo, cientistas estão trabalhando com concreto à base de carbono que libera CO2 dos gases industriais em calcário sintético, um ingrediente chave do concreto. Nesse sentido, devemos lembrar que a produção de concreto representa de 4% a 8% das emissões globais de CO2. 

O trabalho também continua para desenvolver culturas que consomem carbono, fertilizantes que sequestram carbono e muito mais. 

Com todas essas inovações, devemos garantir uma redução líquida de 55% ou mais abaixo dos níveis de 1990 até 2030 e um objetivo de neutralidade climática até 2050. Embora muito mais precise ser feito nas áreas de transição de combustíveis fósseis para energia limpa e renovável, a cooperação global também deve ser eficaz em interromper o desmatamento, usar a terra de forma sustentável e restaurar a natureza.

Esforços sustentados eventualmente nos ajudarão a equilibrar o volume de gases de efeito estufa liberados na atmosfera com a captura e armazenamento desses gases em nossas florestas, oceanos, e solo.