Combustíveis Alternativos – Como a Luz Pode Ajudar a Reaproveitar o Dióxido de Carbono

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

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

Um novo estudo descobriu que as emissões de CO2 provenientes de incêndios florestais aumentaram realmente impressionantes 60% globalmente nos últimos 23 anos.

Conduzido pela University of East Anglia (UEA), o estudo agrupou áreas do mundo em ‘piro‑mes’, que são regiões onde os padrões de incêndios florestais são afetados por controles climáticos, humanos e ambientais semelhantes.

Com isso, o estudo analisou as diferenças entre incêndios florestais e não florestais, o que revela os principais fatores que impulsionam o recente aumento na atividade de incêndios florestais. 

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

Aumentos significativos foram observados de forma mais ampla nas florestas extratrápicas, totalizando meio bilhão de toneladas adicionais de dióxido de carbono a cada ano. O epicentro das emissões de CO2 também está se deslocando em direção às extratrápicas, afastando‑se das florestas tropicais.

O aumento nas emissões tem sido associado a um clima mais favorável aos incêndios, como condições quentes e secas observadas durante ondas de calor e secas. Além disso, taxas crescentes de crescimento florestal têm gerado mais combustível vegetal. Essas tendências são ainda reforçadas pelo aumento das temperaturas nas altas latitudes do norte, que ocorre a duas vezes a taxa observada globalmente. 

Não apenas houve um aumento substancial na extensão dos incêndios florestais, mas sua gravidade também tem aumentado nas últimas duas 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% nas florestas globalmente durante esse período. Segundo 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 pelos incêndios florestais globalmente. Mudanças impressionantes na geografia global dos incêndios também estão em curso, e são explicadas principalmente 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 enfrentar as principais causas das mudanças climáticas.

“Para proteger ecossistemas florestais críticos da ameaça crescente de incêndios, devemos conter o aquecimento global, e isso ressalta por que é tão vital avançar rapidamente rumo a emissões líquidas zero.”

– Dr. Jones, bolsista de pesquisa independente da NERC

As próprias florestas desempenham um papel crucial no cumprimento das metas climáticas internacionais. Elas, afinal, ajudam a remover CO2 da atmosfera ao atuarem 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, processo chamado sequestro de carbono, o que reduz as taxas de aquecimento global. 

Assim, governos ao redor do mundo introduziram programas de reflorestamento e arborização para compensar as emissões humanas de CO2, especialmente de setores como aviação e algumas outras indústrias. O sucesso desses programas, porém, depende do armazenamento permanente de carbono nas florestas, que são ameaçadas pelos incêndios.  

Com os incêndios extratrápicos já emitindo meio bilhão de toneladas a mais de CO2 do que em 2001 e o efeito a longo prazo dependendo da recuperação das florestas, incêndios florestais mais extensos e graves desequilibram as emissões em relação ao carbono capturado pela recuperação pós‑incêndio. Dr. Jones disse:

“A tendência acentuada de maiores emissões de incêndios florestais extratrápicos é um alerta da crescente vulnerabilidade das florestas, e representa um desafio significativo para as metas globais de combate às mudanças climáticas.”

Ele ainda afirmou que, após incêndios graves, as florestas são conhecidas por se recuperarem mal. Portanto, precisamos prestar muita atenção a como o aumento da gravidade dos incêndios afetará o armazenamento de carbono das florestas nos próximos anos. 

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

Contra esse cenário de redução da queima em gramíneas e savanas, o estudo, segundo seus autores, mostra que os incêndios continuam ocorrendo cada vez mais onde não deveriam, ou seja, as florestas têm mascarado o aumento da extensão e gravidade dos incêndios florestais. Isso representa “a maior ameaça às pessoas e aos estoques vitais de carbono,” disse o Dr. Jones.

Essas novas observações foram possibilitadas com a ajuda de aprendizado de máquina, que foi usado para agrupar ecorregiões florestais em 12 diferentes piro‑mes. Como compartilhamos recentemente, modelos de IA estão sendo amplamente usados para detectar incêndios florestais precocemente. O tremendo potencial da IA e do aprendizado de máquina está sendo ainda mais aprimorado pelo crescente banco de dados de ocorrências de incêndios.  

No novo estudo, o uso de IA para agrupar permitiu que os cientistas isolassem os efeitos das mudanças climáticas de outros fatores, como produtividade da vegetação e uso da terra. Além disso, compreender o que está causando incêndios nesses diferentes piro‑mes é importante para desenvolver estratégias eficientes de previsão e mitigação de 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 representando uma mudança significativa na estratégia de gestão de incêndios, de predominantemente reativa para cada vez mais proativa.”

– Dr. Jones

Uma Nova Fronteira: Transformando CO2 em Produtos Valiosos

Além do sequestro 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 reforçar materiais de construção, combiná‑lo com hidrogênio para produzir combustíveis como metano, metanol, gasolina e combustíveis de aviação, e transformar CO2 em produtos químicos e outros produtos como fármacos, aditivos alimentares e fragrâncias. 

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

Durante o processo, a equipe fez uma descoberta surpreendente de que a luz visível melhorou consideravelmente a seletividade, um atributo químico importante. Essa descoberta abre novas vias para a conversão de CO2, bem como para muitas outras reações químicas usadas em pesquisas de catálise e fabricação química. 

Transformar CO2 em um transportador 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 formas de reciclagem do CO2 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, onde 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 University of Illinois Urbana‑Champaign, explicou que um fluxo de gás CO2 passa por uma célula de eletrólise que decompõe 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 aponta que essa reação é bastante lenta, e precisamos de eletrodos grandes para esse processo. Esses eletrodos contêm muito material catalítico caro, como cobre ou ouro ou cobre.

Dadas essas barreiras, Jan, juntamente com seu ex‑aluno de pós‑graduação Francis Alcorn, procurou maneiras de acelerar o processo que exigiriam menos material catalítico, tornando‑o, assim, “uma opção mais viável para a indústria de combustíveis alternativos”.

Usando Luz Visível para Aumentar a Eficiência da Conversão de CO2

Com o novo método, a equipe combinou luz visível com eletrodos que são cobertos por partículas extremamente pequenas de liga ouro‑cobre. Isso permite a redução do CO2 a uma taxa aumentada e com seletividade mais controlada em comparação aos métodos convencionais. 

Jain explicou que:

“(Os novos eletrodos) funcionam como pequenas antenas que buscam fótons na faixa de luz visível e os acoplam ao caminho da reação química.”

Para melhorar a condutividade desses eletrodos, a equipe os imergiu em uma solução de água, CO2 e um eletrólito. Em seguida, aplicou uma tensão ao 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 provém da divisão do dióxido de carbono.

Embora a equipe estivesse “muito empolgada” ao observar o salto de produtividade ao usar luz visível, o que não era esperado foi que a luz visível tivesse um impacto tão grande na seletividade química — o que Jain disse ser “o avanço importante aqui”.

Agora, o que é essa seletividade? Bem, em catálise, a seletividade química é a capacidade de uma reação química favorecer um tipo de molécula ou caminho em detrimento de outro. 

Neste estudo específico, uma reação de divisão da água que forma gás hidrogênio foi encontrada como seletivamente aprimorada ao usar luz. Jain disse:

“Os resultados sugerem que a luz visível oferece uma oportunidade única de ajustar a proporção 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.”

Dito isso, o professor observou que usar luz para aprimorar reações químicas não está isento de controvérsias, já que a luz também traz calor. Portanto, a equipe precisou realizar experimentos de controle e fazer medições cuidadosas para determinar se foi o efeito de aquecimento da luz que causou taxas de reação mais rápidas e seletividade.

O que a equipe fez para determinar isso foi conduzir experimentos com o laser e sem ele, mantendo exatamente a mesma temperatura produzida pela excitação luminosa. Isso ajudou a descartar o aquecimento como fator responsável.

A equipe descobriu que, de fato, foram os campos elétricos e o fluxo de carga direcionado criados pela excitação luminosa responsáveis pelo aumento de produtividade e pela seletividade aprimorada da divisão da água.

Agora, avançando, a equipe ainda tem desafios a superar. Isso inclui o uso repetido de nanopartículas baseadas em eletrodos, que levará à degradação ao longo do tempo, especialmente ao escalar o método para aplicação industrial.

A equipe também precisa aprofundar a pesquisa e melhorar a eficiência energética geral do processo e a gestão da luz.

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

– Jain

Afinal, o uso da luz aumentou a atividade do catalisador, mas, mais importante e surpreendentemente, permitiu mudar a seletividade, o que abrirá novas vias químicas que produzem diferentes produtos. Isso significa que a redução de CO2 ou a divisão da 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 crescente gravidade e devastação causadas pelos incêndios florestais levaram a avanços em métodos de proteção contra incêndios, como hidrogéis biomiméticos ativáveis por calor. No entanto, também há um interesse crescente em reduzir e reaproveitar as emissões de CO2. Esse reaproveitamento 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 na vanguarda desses esforços estão combinando tecnologias de ponta para enfrentar os desafios ambientais e econômicos impostos pelas emissões de CO2.

Isto 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 de 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 US$ 73,44 bilhões, as ações da APD estão atualmente sendo negociadas a US$ 330,37, um aumento de 20,66% no ano.

Agora, vamos analisar mais detalhadamente outro grande player na captura de carbono:

ExxonMobil

Esta corporação multinacional americana de petróleo e gás, que é o 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 (XOM ) envolve a operação do maior duto de CO2 de 1.500 milhas nos EUA. Também possui múltiplos locais de armazenamento estrategicamente posicionados ao longo da costa do Golfo dos EUA.

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

A empresa colaborou com a Mitsubishi Heavy Industries (MHI) para viabilizar soluções completas de ponta a ponta para captura de CO2 pós‑combustão. A solução oferece captura completa de carbono, transporte e armazenamento.

A empresa também está conduzindo um projeto piloto para usar gás, que de outra forma seria queimado devido à falta de dutos, de seus poços de petróleo em Dakota do Norte para alimentar operadores de mineração de Bitcoin. Para isso, a ExxonMobile fez parceria com a Crusoe Energy Systems, que aproveita recursos de energia residual para captar gás de seus poços e alimentar geradores móveis usados em operações de mineração de Bitcoin. A empresa espera que seus planos de redução de emissões alcancem a meta Zero Queima Rotineira do Banco Mundial até 2030.

No momento da redação, suas ações estavam sendo negociadas a US$ 119,94 após um aumento de 20,72% em seu preço até agora neste ano. Isso coloca a capitalização de mercado da ExxonMobil em US$ 536,2 bilhões, com um EPS (TTM) de 8,34, P/E (TTM) de 14,47 e um rendimento de dividendos de 3,15%.

Para o segundo trimestre de 2024, a empresa reportou lucros de US$ 9,2 bilhões, o que, segundo ela, demonstra os “pontos fortes diferenciados do portfólio da ExxonMobil e seu poder de lucro aprimorado”. Também ampliou sua proposta de valor ao avançar a liderança em captura e armazenamento de carbono (CCS) com um novo acordo que aumentou sua captação total contratada de CO2 para 5,5 milhões de toneladas métricas por ano. Isso, segundo a ExxonMobil, representa um “volume comprometido maior do que qualquer outra empresa anunciou”. Os resultados financeiros do terceiro trimestre de 2024 serão divulgados em 1º de novembro.

Conclusão

Com bilhões de toneladas métricas de CO2 liberadas na atmosfera a cada ano, isso tem resultado não apenas em mudanças climáticas, que levam a eventos climáticos mais extremos, mas também em riscos à saúde e acidificação dos oceanos que ameaçam a vida marinha e os recifes de coral.

À medida que a crise climática se intensifica, torna‑se crítico abordar 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 os programas de reflorestamento e arborização sejam vitais para compensar as emissões, a ameaça dos incêndios florestais é grande, tornando essenciais estratégias proativas de manejo de incêndios.

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

Esses avanços, embora ainda em desenvolvimento, representam o potencial de mitigar as mudanças climáticas ao transformar 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 remodelar o panorama energético.

Clique aqui para saber qual é a melhor abordagem para enfrentar o CO2 atmosférico: prevenção ou cura.