Alternativas de Combustíveis – Como a Luz Pode Ajudar a Repropósitar o Dióxido de Carbono

Uma das principais causas das mudanças climáticas é o dióxido de carbono (CO2). Um gás de efeito estufa importante, o CO2 é resultado da combustão de combustíveis fósseis (como petróleo, carvão e gás natural). Ele também ocorre naturalmente por meio da respiração humana, respiração de plantas e erupções vulcânicas.

Incêndios florestais são outra razão proeminente para a emissão de CO2, com uma estimativa de 2.170 milhões de toneladas métricas liberadas em 2023 apenas.

Um novo estudo descobriu que as emissões de CO2 provenientes de incêndios florestais aumentaram incrivelmente 60% em todo o mundo nos últimos 23 anos.

Liderado pela Universidade de East Anglia (UEA), o estudo agrupou áreas do mundo em ‘piromas’, que são regiões onde os padrões de incêndios florestais são afetados por controles climáticos, humanos e ambientais semelhantes.

Com isso, o estudo examinou as diferenças entre incêndios florestais e não florestais, o que revela os principais fatores que impulsionam os aumentos recentes na atividade de incêndios florestais. 

De acordo com o estudo, a emissão de CO2 de incêndios em um dos maiores piromas quase triplicou entre 2001 e 2023. Esses piromas, que cobrem florestas boreais na Eurásia e na América do Norte, têm algumas das florestas boreais setentrionais mais sensíveis ao clima.

Aumentos significativos foram vistos mais amplamente nas florestas extratropicais, totalizando meio bilhão de toneladas adicionais de dióxido de carbono por ano. O epicentro das emissões de CO2 também está se movendo em direção às regiões extratropicais, longe das florestas tropicais.

O aumento nas emissões foi associado a um aumento no tempo favorável a incêndios, como condições quentes e secas vistas durante ondas de calor e secas. Além disso, taxas aumentadas de crescimento florestal levaram a mais combustível vegetal. Essas tendências são ainda mais apoiadas pelo aumento das temperaturas nos altos latitudes setentrionais, que está ocorrendo a uma taxa duas vezes maior do que a taxa global. 

Não apenas houve um aumento substancial na extensão dos incêndios florestais, mas também sua gravidade aumentou nos últimos dois décadas. 

A taxa de combustão de carbono, que mede a gravidade do incêndio com base no carbono emitido por unidade de área queimada, aumentou até 50% em florestas em todo o mundo durante esse período. De acordo com o autor principal, Dr. Matthew Jones, do Tyndall Centre for Climate Change Research da UEA:

“Aumentos tanto na extensão quanto na gravidade dos incêndios florestais levaram a um aumento dramático na quantidade de carbono emitido por incêndios florestais em todo o mundo. Mudanças surpreendentes na geografia global dos incêndios também estão em andamento, e elas são principalmente explicadas pelos crescentes impactos das mudanças climáticas nas florestas boreais do mundo.”

O Impacto dos Incêndios Florestais nos Esforços de Sequestro de Carbono

Cientistas de todo o mundo se reuniram para o novo estudo e alertaram que, para evitar o crescimento contínuo dos incêndios florestais, devemos abordar as principais razões das mudanças climáticas.

“Para proteger os ecossistemas florestais críticos da ameaça acelerada dos incêndios florestais, devemos manter o aquecimento global sob controle, e isso destaca por que é tão vital fazer progressos rápidos em direção às emissões líquidas zero.”

– Dr. Jones, um NERC Independent Research Fellow

As florestas em si desempenham um papel crucial no cumprimento das metas climáticas internacionais. Elas, afinal, ajudam a remover CO2 da atmosfera, atuando como sumidouros de carbono.

O funcionamento é que as florestas absorvem dióxido de carbono da atmosfera e o armazenam na forma de biomassa, madeira morta, detritos e solos, o que é chamado de seqüestro de carbono, e reduz as taxas de aquecimento global. 

Como tal, governos em todo o mundo introduziram programas de reflorestamento e florestamento para compensar as emissões de CO2 humanas, especialmente de setores como aviação e certas outras indústrias. O sucesso desses programas, no entanto, depende do armazenamento permanente de carbono nas florestas, que está ameaçado por incêndios florestais.  

Com incêndios extratropicais emitindo já meio bilhão de toneladas mais de CO2 do que em 2001 e o efeito de longo prazo dependendo da recuperação das florestas, incêndios florestais mais generalizados e graves colocam as emissões em desequilíbrio com o carbono capturado pela recuperação pós-incêndio. Dr. Jones disse:

“A tendência acentuada para maiores emissões de incêndios florestais extratropicais é um aviso da crescente vulnerabilidade das florestas e representa um desafio significativo para os objetivos globais de combater as mudanças climáticas.”

Ele afirmou ainda que, após incêndios graves, as florestas são conhecidas por se recuperar mal. Portanto, precisamos prestar atenção ao impacto do aumento da gravidade dos incêndios na armazenagem de carbono das florestas nos próximos anos. 

Em meio a tudo isso, houve uma redução na queima de savanas e grasslands tropicais, com estudos anteriores mostrando que, desde 2001, a área queimada por incêndios florestais e não florestais diminuiu um quarto em todo o mundo. 

Contra esse pano de fundo de redução da queima em savanas e grasslands, o estudo, de acordo com seus autores, mostra que os incêndios continuam a ocorrer cada vez mais onde não deveriam, ou seja, as florestas vêm mascarando a extensão e gravidade crescentes dos incêndios florestais. Isso apresenta “a maior ameaça às pessoas e aos sumidouros de carbono vitais”, disse Dr. Jones.

Essas novas observações foram desbloqueadas com a ajuda do aprendizado de máquina, que foi usada para agrupar regiões ecológicas florestais em 12 diferentes piromas. Como compartilhamos recentemente, modelos de IA estão sendo usados extensivamente para detectar incêndios florestais precocemente. O enorme potencial da IA e do aprendizado de máquina está sendo ainda mais aprimorado pelo banco de dados de ocorrência de incêndios em crescimento.  

No novo estudo, usar IA para agrupar permitiu que os cientistas isolassem os efeitos das mudanças climáticas de outros fatores, como produtividade vegetal e uso da terra. Além disso, entender o que está causando incêndios nesses diferentes piromas é importante para desenvolver estratégias eficazes para prever e mitigar incêndios florestais e proteger as florestas.

“Financiamento substancial é necessário para apoiar programas estratégicos de manejo florestal, engajamento de partes interessadas e educação pública, todos os quais representam uma mudança significativa na estratégia de gestão de incêndios de principalmente reativa para cada vez mais proativa.”

– Dr. Jones

Uma Nova Fronteira: Transformando CO2 em Produtos Valiosos

Além do seqüestro de carbono, outra forma de mitigar os efeitos negativos do CO2 no meio ambiente é convertê-lo em produtos valiosos. 

Isso inclui converter CO2 em nanofibras de carbono, que podem ser usadas para fortalecer materiais de construção, combiná-lo com hidrogênio para produzir combustíveis como metano, metanol, gasolina e combustíveis de aviação, e converter CO2 em produtos químicos e outros produtos, como farmacêuticos, aditivos alimentares e fragrâncias. 

Um novo estudo aprimorou essa conversão de CO2 em produtos valiosos, combinando luz visível e eletroquímica.

Enquanto fazia isso, a equipe descobriu uma surpreendente descoberta de que a luz visível melhorou consideravelmente a seletividade, que é um atributo químico importante. Essa descoberta abre novas vias para a conversão de CO2, bem como para muitas outras reações químicas usadas na pesquisa de catalisadores e fabricação de produtos químicos. 

Transformar CO2 em um portador de energia em vez de resíduo ou emissão, por meio da reciclagem, é uma ótima maneira de reduzir as mudanças climáticas. Aqui, o dióxido de carbono é convertido em combustíveis, produtos químicos, materiais e energia térmica. 

Algumas maneiras pelas quais o CO2 é reciclado incluem a fotossíntese artificial, um processo no qual a energia solar é utilizada para sintetizar produtos químicos usando CO2 como matéria-prima. Em seguida, há a conversão eletroquímica, na qual a eletricidade é usada para converter CO2 em produtos químicos como etanol, ácido acético ou ácido fórmico. 

O novo estudo utilizou a redução eletroquímica para reciclar dióxido de carbono em produtos valiosos. Nesse processo, Prashant Jain, professor de química da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, explicou que um fluxo de gás CO2 passa por uma célula de eletrolise que quebra o dióxido de carbono e a água em monóxido de carbono tóxico (CO) e hidrogênio. Esses novos gases podem, então, ser utilizados para criar novos produtos hidrocarbonetos.

No entanto, Jain observa que essa reação é bastante lenta e precisamos de grandes eletrodos para esse processo. Esses eletrodos contêm muito material de catalisador caro, como cobre ou ouro.

Dada essas obstruções, Jan, junto com seu ex-aluno de pós-graduação Francis Alcorn, foi em busca de maneiras de acelerar o processo que exigiria menos material de catalisador, tornando-o “uma opção mais viável para a indústria de combustíveis alternativos”.

Usando Luz Visível para Aumentar a Eficiência de Conversão de CO2

No novo método, a equipe combinou luz visível com eletrodos cobertos com partículas extremamente pequenas de liga de ouro-cobre. Isso permite a redução de CO2 a uma taxa aumentada e seletividade mais controlada em comparação com métodos convencionais. 

Jain explicou que:

“(Os novos eletrodos) atuam como pequenas antenas que buscam fótons na faixa de luz visível e os acoplamos com a via de reação química.”

Para melhorar a condutividade desses eletrodos, a equipe os mergulhou em uma solução de água, CO2 e um eletrólito. Em seguida, aplicaram uma tensão através do eletrodo enquanto sua superfície era iluminada com um laser de luz visível.

Isso resultou em uma reação que produz rapidamente hidrogênio a partir da divisão de moléculas de água e monóxido de carbono, que vem da divisão do dióxido de carbono.

Embora a equipe estivesse “muito animada” para testemunhar o salto na produtividade ao usar luz visível, o que não era esperado foi a luz visível ter um impacto tão grande na seletividade química — o que Jain disse “é o avanço importante aqui”.

Agora, o que é essa seletividade aqui? Bem, na catalisadores, a seletividade química é a capacidade de uma reação química favorecer um tipo de molécula ou via em detrimento de outra. 

Neste estudo específico, uma reação de divisão de água que forma gás hidrogênio foi encontrada para ser seletivamente aumentada pela luz. Jain disse:

“Os resultados sugerem que a luz visível oferece uma oportunidade única para ajustar a razão de monóxido de carbono para gás hidrogênio produzido, um fator crucial para a produção industrial de gás sintético. Essa descoberta abre caminho para um futuro energético mais sustentável e eficiente.”

Ele observou ainda que usar luz para melhorar reações químicas não está sem controvérsia, dado que a luz também traz calor com ela. Portanto, isso exigiu que a equipe realizasse experimentos de controle e fizesse medições cuidadosas para determinar se era o efeito de aquecimento da luz que causava taxas de reação mais rápidas e seletividade.

O que a equipe fez para determinar isso foi executar experimentos com o laser e sem ele na mesma temperatura produzida pela excitação da luz. Isso ajudou a equipe a descartar o aquecimento como o fator responsável.

A equipe descobriu que foi, de fato, os campos elétricos e o fluxo de carga direcionado criado pela excitação da luz que foi responsável pelo aumento da produtividade e seletividade melhorada da divisão de água.

Agora, avançando, a equipe ainda tem desafios a superar. Isso inclui o uso repetido de nanopartículas baseadas em eletrodos, que levará à degradação com o tempo, especialmente ao dimensionar o método para aplicações industriais.

A equipe também precisa realizar mais pesquisas e melhorar a eficiência energética geral do processo e o gerenciamento de luz.

“(No geral) o que encontramos com este estudo apresenta maneiras completamente novas de pensar sobre eletroquímica e catalisadores.”

– Jain

Afinal, o uso de luz melhorou a atividade do catalisador, mas mais importante e surpreendentemente, permitiu alterar a seletividade, o que desvendará novas vias químicas que produzem diferentes produtos. Isso significa que a redução de CO2 ou a divisão de água é apenas o começo; o método também pode ser aplicado a muitas outras reações catalíticas importantes para a indústria química.

Empresas Envolvidas na Redução e Conversão de CO2

A gravidade crescente e devastadora causada por incêndios florestais levou a avanços nos métodos de proteção contra incêndios, como hidrogéis biomiméticos ativáveis por calor. No entanto, também há um interesse crescente na redução e reutilização das emissões de CO2. Essa reutilização envolve transformar o dióxido de carbono, um grande contribuinte para as mudanças climáticas, em produtos úteis, como combustíveis, produtos químicos e materiais de construção. 

Empresas à frente desses esforços estão combinando tecnologias de ponta para abordar os desafios ambientais e econômicos impostos pelas emissões de CO2.

Isso inclui Chevron Corporation (CVX ) (CVX), FuelCell Energy (FCEL ) (FCEL), e Occidental Petroleum (OXY ). Enquanto a Chevron investe em tecnologias de captura de carbono, a FuelCell Energy está focada em soluções de energia limpa, e a Occidental está envolvida em tecnologia de captura direta do ar (DAC) para remover CO2 da atmosfera e convertê-lo em produtos utilizáveis.

Air Products and Chemicals (APD ) é outra empresa envolvida na produção de hidrogênio e tecnologias de conversão de CO2. Com um valor de mercado de $73,44 bilhões, as ações da APD estão sendo negociadas a $330,37, após um aumento de 20,66% no preço desde o início do ano. Isso coloca o valor de mercado da APD em $73,44 bilhões, com um EPS (TTM) de 8,34, P/E (TTM) de 14,47 e um dividend yield de 2,04%. 

Agora, vamos dar uma olhada mais profunda em outra grande empresa de captura de carbono:

ExxonMobil (XOM )

Essa empresa multinacional americana de petróleo e gás, que é a maior descendente direto da Standard Oil de John D. Rockefeller, tem um interesse crescente em tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) para reduzir as emissões de CO2.

A rede de CCS da ExxonMobil envolve a operação do maior gasoduto de CO2 nos EUA, com 1.500 milhas de extensão. Ela também tem vários sites de armazenamento estrategicamente posicionados ao longo da costa do Golfo dos EUA.

Por meio da ExxonMobil Low Carbon Solutions, a empresa desempenha um papel importante ao levar a tecnologia de captura e armazenamento de carbono para escala. Ela ostenta uma capacidade de captura atual de 9 milhões de toneladas métricas por ano, com uma captura cumulativa de 120 milhões de toneladas até o momento, e representa cerca de 40% de todo o CO2 produzido pelo homem capturado, de acordo com os números do site oficial da ExxonMobil.

A empresa colaborou com a Mitsubishi Heavy Industries (MHI) para permitir soluções abrangentes de ponta a ponta para a captura de CO2 pós-combustão. A solução fornece soluções completas de captura, transporte e armazenamento de carbono.

A empresa também está executando um projeto piloto para usar gás, que seria queimado devido à falta de gasodutos, de seus poços de petróleo na Dakota do Norte para alimentar operadores de mineração de Bitcoin. Para isso, a ExxonMobil parceirou com a Crusoe Energy Systems, que aproveita recursos de energia desperdiçados para capturar gás de seus poços de petróleo e alimentar geradores móveis usados para operações de mineração de Bitcoin. A empresa espera que seus planos de redução de emissões atinjam a meta da Banco Mundial de Zero Queima Rotineira até 2030.

No momento da escrita, suas ações estão sendo negociadas a $119,94, após um aumento de 20,72% no preço desde o início do ano. Isso coloca o valor de mercado da ExxonMobil em $536,2 bilhões, com um EPS (TTM) de 8,34, P/E (TTM) de 14,47 e um dividend yield de 3,15%. 

Para o segundo trimestre de 2024, a empresa relatou lucros de $9,2 bilhões, o que, segundo a empresa, demonstra as “forças diferenciadas do portfólio da ExxonMobil e seu poder de lucro aprimorado”. Ela também expandiu sua proposta de valor ao avançar com a liderança em captura e armazenamento de carbono (CCS) com um novo acordo que aumentou sua capacidade total de retirada de CO2 para 5,5 milhões de toneladas métricas por ano. Isso , de acordo com a ExxonMobil, é mais “volume comprometido do que qualquer outra empresa tenha anunciado”. Seus resultados financeiros do terceiro trimestre de 2024 serão lançados em 1 de novembro.

Conclusão

Com bilhões de toneladas métricas de CO2 liberadas na atmosfera todos os anos, isso resultou não apenas em mudanças climáticas, que levam a eventos climáticos mais extremos, mas também em riscos à saúde e acidificação dos oceanos que colocam em perigo a vida marinha e os recifes de coral.

À medida que a crise climática se intensifica, tornou-se crítico que abordemos o grave problema do aumento das emissões de CO2 para reduzir o aquecimento global e suas consequências catastróficas. Incêndios florestais, impulsionados pelas mudanças climáticas, estão liberando níveis sem precedentes de dióxido de carbono, acelerando ainda mais o problema. Embora programas de reflorestamento e florestamento sejam vitais para compensar as emissões, a ameaça dos incêndios florestais é grande, tornando estratégias de gestão de incêndios proativas essenciais.

Soluções inovadoras, como a redução eletroquímica de CO2 e o uso de luz visível para melhorar reações catalíticas, oferecem soluções promissoras para reutilizar emissões de carbono prejudiciais em produtos valiosos, como combustíveis sintéticos e produtos químicos industriais.

Esses avanços, embora ainda em desenvolvimento, representam o potencial de mitigar as mudanças climáticas, transformando o CO2 de um poluente global em um recurso para o futuro. À medida que as empresas continuam a investir em tecnologias de captura de carbono e combustíveis alternativos, nos aproximamos de uma solução sustentável que pode redefinir o cenário energético.

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