Energia
Soluções alternativas para captura de CO2
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A captura de CO2 é crucial para reverter com sucesso os danos que o aquecimento global poderá em breve infligir ao nosso clima. No entanto, existe um conflito entre o que a civilização humana idealmente deseja alcançar e a realidade no terreno. O Acordo de Paris marcou um compromisso global para manter o aumento da temperatura média global bem abaixo dos 2°C acima dos níveis pré-industriais.
Embora tenham sido necessários esforços sinceros para limitar o aumento a 1.5 graus centígrados, abandonando os combustíveis fósseis, as centrais eléctricas alimentadas a carvão e a gás continuam a dominar o sector eléctrico global, relata o Associação Internacional de Energia (AIE).
Na verdade, apesar de um esforço global para avançar mais vigorosamente para fontes de energia renováveis, a energia gerada a partir de combustíveis fósseis aumentou 70% desde 2000. O carvão continua a ser a maior fonte de combustível para a produção de energia, com 38%, seguido pelo gás com cerca de 20%. .
As políticas implementadas a nível mundial estão empenhadas em resolver a questão das emissões das centrais eléctricas alimentadas a carvão existentes e daquelas sendo construído hoje. No entanto, uma redução ou declínio nas emissões de CO2 não garante a ausência de carbono que retém calor. A AIE sugere que, mesmo depois de as emissões de CO2 da frota movida a carvão existente terem diminuído em aproximadamente 40%, as emissões anuais ainda ascenderiam a 6 GtCO2 por ano em 2040.
Num tal cenário, o cumprimento dos nossos objetivos climáticos não seria possível apenas através da redução das emissões. Seriam necessárias soluções alternativas para capturar carbono para que pudesse ser utilizado e armazenado em grande escala. Mas, estas soluções teriam de ser holisticamente viáveis, económicas e viáveis a longo prazo.
Recentemente, em um estudo publicado em 1º de maio, na revista ACS Energy Letters, pesquisadores da CU Boulder e colaboradores revelaram que uma abordagem popular que muitos engenheiros estão explorando para capturar carbono falharia.
No entanto, a equipa de investigadores, composta por cientistas que trabalham no Laboratório Nacional de Energia Renovável em Golden, Colorado, e na Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, não se limitou a apontar a falha no sistema existente, mas também recomendou uma alternativa e mais sustentável. solução para não apenas capturar carbono, mas também convertê-lo em combustível.
Nos próximos segmentos, veremos o que a solução original recomendava, quais eram suas falhas e como essas falhas poderiam ser corrigidas com uma solução alternativa!
A solução original para capturar carbono
Por solução original, nos referimos a uma das abordagens de captura direta de ar mais utilizadas, que envolve contatores de ar, que são enormes ventiladores que puxam o ar para uma câmara cheia de um líquido básico. Como o CO2 é ácido em sua natureza química, o líquido básico se liga e reage com ele para formar um carbonato ou bicarbonato.
Com o CO2 preso no carbonato ou bicarbonato, os engenheiros podem separá-lo do líquido e transformá-lo em produtos como plásticos, bebidas carbonatadas, etc. Se esses carbonatos e bicarbonatos passarem por processamento adicional, eles podem até atuar como combustível para abastecer casas e, potencialmente, aviões. Por outro lado, o líquido básico retorna à câmara para capturar mais CO2.
Embora a solução pareça ser um arranjo perfeito para capturar carbono e reciclá-lo para uso posterior, existe um problema.
O problema com a solução original
O problema está em como o carbonato ou bicarbonato está separado do líquido. A liberação do CO2 retido exige que as empresas aqueçam a solução de carbonato e bicarbonato a pelo menos 900˚C (1,652° F). Esta é uma temperatura que fontes de energia renováveis como a solar e a eólica não conseguem atingir. E, portanto, atingir esta temperatura requer a queima de combustíveis fósseis, como o gás natural ou o metano puro.
Ao falar sobre essa captura escondido no sistema, Wilson Smith., professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica e bolsista do o Instituto de Energia Renovável e Sustentável na CU Boulder, tinha o seguinte a dizer, que essencialmente resume o problema:
“Se tivermos que libertar CO2 para capturar CO2, isso vai contra todo o propósito da captura de carbono.”
O bom é que os pesquisadores foram além da tarefa em questão. Além de apontar as falhas do sistema, sugeriram uma alternativa que poderia sanar a discrepância.
A cura alternativa para a solução original
Os pesquisadores sugeriram implementar o processo de captura reativa para corrigir o problema. No entanto, recomendaram ajustar o domínio convencional do processo de captura reativa.
A captura reativa, em sua forma tradicional, refere-se a um processo em que a eletricidade é aplicada às soluções de carbonato e bicarbonato, separando o CO2 e o líquido básico na câmara. Também é chamado de sistema de circuito fechado que pode capturar mais CO2 em sua forma líquida reciclada.
No entanto, neste caso, os investigadores notaram uma desvantagem. Viu que num ambiente industrial, a electricidade não conseguiria regenerar o líquido básico para recapturar mais CO2 do ar. Seria um processo tão ineficiente na sua forma original que, após cinco ciclos de captura e regeneração de carbono, o líquido básico dificilmente seria capaz de extrair qualquer CO2 do ar.
Os pesquisadores recomendaram adicionar a eletrodiálise ao processo como solução. Este método oferece múltiplos benefícios. Primeiramente, pode operar com eletricidade renovável. Além disso, pode dividir mais água em íons ácidos e básicos, mantendo a capacidade do líquido básico de absorver mais CO2. Wilson Smith chamou a conquista desta equipe de "resolver múltiplos problemas com uma tecnologia", e com razão!
Embora seja tarefa dos investigadores inovar novas soluções e aperfeiçoar as existentes para aumentar a eficiência, as empresas e os negócios também têm uma responsabilidade, e muitas empresas estão a fazer muito bem no cumprimento dessa responsabilidade. Nos segmentos abaixo, veremos algumas dessas empresas que criaram soluções inovadoras e eficientes neste campo.
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# 1. Grafite
A Graphyte se posiciona como a primeira e única solução de remoção de dióxido de carbono do mundo, durável, acessível e imediatamente escalável. Em termos de durabilidade, a Graphyte afirma que suas soluções são capazes de remover dióxido de carbono por mais de mil anos.
Em termos de acessibilidade, a empresa disponibiliza suas soluções a um custo de produção nivelado inferior a US$ 100/tonelada e em escalabilidade, a empresa afirma ser capaz de escalar a um nível onde a remoção de milhares de milhões de toneladas de carbono é uma possibilidade alcançável.
Método específico de Graphyte segue a abordagem da Carbon Casting, que aproveita biomassa prontamente disponível, como resíduos de madeira e operações agrícolas. A grafite seca e comprime essa biomassa para transformá-la em densos blocos de carbono. Esses blocos vêm com uma barreira impermeável ambientalmente segura que garante armazenamento seguro em locais subterrâneos de última geração.
Ao falar sobre o método da Graphyte, Barclay Rogers, fundador e CEO da empresa, disse o seguinte:
A fundição de carbono permite que a natureza capture CO2 com eficiência e, em seguida, utilize técnicas de engenharia para armazená-lo por períodos relevantes para o clima. É uma solução que pode ser implementada em qualquer lugar, que mudará o mercado e, mais importante, ajudará a salvar o planeta.
A fundição de carbono pode sustentar quase todo o carbono capturado na biomassa e consome muito pouca energia. É um processo de remoção de carbono de baixo custo, mas durável, que combina fotossíntese com engenharia prática.
O potencial da Graphyte ajudou-a a conquistar a confiança e a credibilidade da comunidade de investidores. Concluiu a sua Rodada de financiamento da série A com um total de US$ 30 milhões. A rodada foi liderada conjuntamente pela Prelude Ventures e Carbon Direct Capital e também incluiu contribuições de investidores atuais como Breathe Energy Ventures e Overture.
Embora empreendimentos inovadores financiados por capital, como a Graphyte, tenham surgido com as suas soluções da nova era, existem empresas públicas bem estabelecidas, como a Linde, que se aventuraram na captura de carbono baseada na adsorção e na recuperação de dióxido de carbono.
# 2. Linde
O processo de Solução de captura de carbono baseada em adsorção HISORP® CC, a mais recente adição ao portfólio de captura de carbono da Linde, complementa suas tecnologias de membrana e adsorção por oscilação de pressão (PSA) testadas e comprovadas.
A solução HISORP CC separa o CO2 dos gases do processo em uma ampla faixa de concentrações de alimentação de CO2. Ele aproveita múltiplas tecnologias da Linde, incluindo adsorção por oscilação de pressão (PSA), separação criogênica e compressão, para atingir uma taxa de captura de mais de 99%, 99.7% para ser mais preciso.
Uma das maiores vantagens desta solução é que funciona com energia proveniente de fontes renováveis. O processo de regeneração não requer vapor, garantindo uma pegada de carbono mínima.
Além disso, HISORP CC é uma tecnologia de baixo CAPEX e OPEX com uma taxa mínima de consumo específico de energia e está disponível quase sem custo extra para gerenciamento de solventes, composição, e tratamento.
A Linde garantiu que a tecnologia permanece amplamente compatível e inclusiva, para que possa ser combinada com todo o espectro de soluções Linde, incluindo reforma a vapor de metano (SMR), reforma térmica automática (ATR), oxidação parcial (POX) ou gaseificação. É propício à integração em centrais existentes e novas de SMR, POX e ATR, mesmo com o aumento da produção de hidrogénio.
Em 2023, a Linde, como empresa líder global em gases industriais e engenharia, registou vendas de US$ 33 bilhões.
Embora as empresas estejam comprometidas com os seus objetivos, a aprendizagem e o intercâmbio entre empresas e instituições de investigação são mútuos. No segmento final, analisamos a pesquisa tecnológica neste espaço que pode transformar o futuro da captura de carbono, tornando-a mais eficaz e eficiente.
O futuro da captura de carbono: uma ferramenta com potencial transformador
Em julho de 2024, um grupo de pesquisadores propôs uma plataforma holística para acelerando a captura de carbono baseada em sorvente. Eles nomearam a plataforma PrISMa, que significa Design Informado por Processo de Materiais Sorventes feitos sob medida.
A plataforma tentou tornar a implantação em larga escala de tecnologias de captura de carbono mais eficiente em termos de carbono. Enfatizou a integração dos componentes fragmentados e daqueles que os implementam.
Enquanto os químicos anteriormente se concentravam no design de materiais e os engenheiros na otimização de processos, a plataforma PrISMa integrou materiais, design de processos, tecnoeconomia e avaliação do ciclo de vida. Comparou mais de 60 estudos de caso de captura de CO2 de diversas fontes em 5 regiões globais utilizando diferentes tecnologias.
Em seguida, informou simultaneamente várias partes interessadas sobre a relação custo-benefício das tecnologias, configurações de processos e locais. Também revelou as características moleculares dos sorventes de alto desempenho e ofereceu insights práticos sobre impactos ambientais, co-benefícios e compensações. O resultado final teve como objetivo unir as partes interessadas numa fase inicial de investigação, acelerando o desenvolvimento da tecnologia de captura de carbono na corrida em direção a um mundo com emissões líquidas zero.
Cientistas responsáveis pelo desenvolvimento do PrISMaBerend Smit, da EPFL, e Susana Garcia, da Universidade Heriot-Watt, estão muito otimistas quanto à usabilidade do método na vida real. De acordo com o professor Berend Smit:
“Esta abordagem inovadora acelera a descoberta de materiais de alto desempenho para captura de carbono, superando os métodos tradicionais de tentativa e erro.”
PriSMa possui um potencial significativo para o futuro. Usando dados experimentais e simulações moleculares, pode prever as propriedades de adsorção de potenciais materiais sorventes.
Isso eventualmente levaria a comunidade de desenvolvedores a se tornar capaz de fazer escolhas informadas. As propriedades da camada de processo do PrISMa permitem medir e comparar o desempenho de soluções de captura de carbono, ajudando cientistas a calcular parâmetros de desempenho do processo, como pureza, recuperação e requisitos de energia.
Um parâmetro crucial que determina o sucesso ou fracasso de qualquer solução científica ou tecnológica é sua viabilidade econômica. O Prisma pode avaliar a viabilidade econômica e técnica de uma usina de captura de carbono. Por fim, pode avaliar os impactos ambientais ao longo de todo o ciclo de vida da usina, garantindo a sustentabilidade abrangente.
No geral, o PrISMa é nada menos que revolucionário ou transformador.
Iniciamos nossa discussão com uma solução amplamente adotada que foi encontrado ser inadequado e contraproducente. Agora, com o PrISMa à disposição da comunidade científica, seria possível conceber soluções ambientalmente eficientes, escaláveis e economicamente viáveis desde o início.
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