Energia
Soluções Alternativas para Captura de CO2
Capturar CO2 é crucial para reverter com sucesso os danos que o aquecimento global pode em breve infligir ao nosso clima. No entanto, há um conflito entre o que a civilização humana idealmente deseja alcançar e a realidade no terreno. O Acordo de Paris marcou um compromisso global de manter o aumento da temperatura média global bem abaixo de 2 °C acima dos níveis pré-industriais.
Embora esforços sinceros sejam necessários para limitar o aumento a 1,5 graus centígrados ao se afastar dos combustíveis fósseis, usinas alimentadas por carvão e gás continuam a dominar o setor global de eletricidade, relata a International Energy Association (IEA).
De fato, apesar de um impulso global para avançar mais vigorosamente em direção a fontes de energia renovável, a energia gerada a partir de combustíveis fósseis aumentou 70 % desde 2000. O carvão continua sendo a maior fonte de combustível para geração de energia, com 38 %, seguido pelo gás em cerca de 20 %.
Políticas implementadas globalmente buscam enfrentar a questão das emissões das usinas a carvão existentes e das que estão sendo construídas hoje. No entanto, uma redução ou queda nas emissões de CO2 não garante a ausência de carbono que retém calor. A IEA sugere que, mesmo após as emissões de CO2 da frota de usinas a carvão existentes diminuírem aproximadamente 40 %, as emissões anuais ainda seriam de 6 GtCO2 por ano em 2040.
Nesse cenário, alcançar nossos objetivos climáticos não seria possível apenas reduzindo as emissões. Soluções alternativas seriam necessárias para capturar o carbono de modo que ele possa ser utilizado e armazenado em escala. Contudo, essas soluções precisam ser holística e economicamente viáveis a longo prazo.
Recentemente, em a study published em 1 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.
Entretanto, a equipe de pesquisadores, composta por cientistas do National Renewable Energy Laboratory em Golden, Colorado, e da Delft University of Technology na Holanda, não se limitou a apontar a falha no sistema existente, mas também recomendou uma solução alternativa e mais sustentável para não apenas capturar carbono, mas também convertê-lo em combustível.
Nos próximos trechos, analisaremos 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 Captura de Carbono
Por solução original, referimo‑nos a uma das abordagens de captura direta de ar mais amplamente utilizadas, que envolvem contactores de ar, que são grandes ventiladores que puxam o ar para uma câmara preenchida com um líquido básico. Como o CO2 é ácido em sua natureza química, o líquido básico se liga a ele e reage formando 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, podem até servir como combustível para abastecer residências 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 reaproveitá‑lo para uso futuro, existe um problema.
O Problema com a Solução Original
O problema está em como o carbonato ou bicarbonato é separado do líquido. Liberar o CO2 preso exige que as empresas aqueçam a solução de carbonato e bicarbonato a pelo menos 900 °C (1.652 °F). Essa é uma temperatura que fontes de energia renovável como solar e eólica não conseguem alcançar. E, portanto, alcançar essa temperatura requer a queima de combustíveis fósseis como gás natural ou metano puro.
Ao falar sobre essa armadilha oculta no sistema, Wilson Smith, professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica e membro do Instituto de Energia Renovável e Sustentável na CU Boulder, disse o seguinte, que essencialmente resume o problema:
“Se precisamos liberar CO2 para capturar CO2, isso anula todo o propósito da captura de carbono.”
A boa notícia é que os pesquisadores foram além da tarefa em questão. Além de apontar as falhas do sistema, eles sugeriram uma alternativa que poderia corrigir a discrepância.
A Cura Alternativa para a Solução Original
Os pesquisadores sugeriram implantar o processo de captura reativa para corrigir o problema. Contudo, recomendaram ajustar o âmbito convencional do processo de captura reativa.
Captura reativa, em sua forma tradicional, refere‑se a um processo onde 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.
Entretanto, neste caso, os pesquisadores observaram uma desvantagem. Eles perceberam que, em um ambiente industrial, a eletricidade seria insuficiente para regenerar o líquido básico e recapturar mais CO2 do ar. Seria um processo tão ineficiente em sua forma original que, após cinco ciclos de captura e regeneração de carbono, o líquido básico dificilmente conseguiria extrair qualquer CO2 do ar.
Os pesquisadores recomendaram adicionar eletrodiálise ao processo como solução. Esse método oferece múltiplos benefícios. Principalmente, pode operar com eletricidade renovável. Além disso, pode dividir mais água em íons ácidos e básicos, sustentando a capacidade do líquido básico de absorver mais CO2. Wilson Smith descreveu a conquista da equipe como “resolver múltiplos problemas com uma única tecnologia”, e com razão!
Embora seja tarefa dos pesquisadores inovar novas soluções e aprimorar as existentes para aumentar a eficiência, empresas e negócios também têm responsabilidade, e muitas companhias estão se destacando no cumprimento dessa responsabilidade. Nos trechos abaixo, analisaremos algumas dessas empresas que desenvolveram soluções inovadoras e eficientes neste campo.
Clique aqui para saber se a captura de carbono nos oceanos é uma solução viável.
#1. Graphyte
A Graphyte se posiciona como a primeira e única solução mundial de remoção de dióxido de carbono que é durável, acessível e imediatamente escalável. Em durabilidade, a Graphyte afirma que suas soluções podem remover dióxido de carbono por mais de mil anos.
Em termos de acessibilidade, a empresa disponibiliza suas soluções a um custo de produção nivelado de menos de US$100/ton e em escalabilidade, a empresa afirma ser capaz de escalar a um nível onde a remoção de bilhões de toneladas de carbono seja uma possibilidade realizável.
Graphyte’s specific method segue a abordagem de Carbon Casting, que aproveita biomassa prontamente disponível, como resíduos de madeira e operações agrícolas. A Graphyte seca e comprime essa biomassa para transformá‑la em blocos densos de carbono. Esses blocos possuem 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:
“Carbon casting lets nature efficiently do the work of capturing CO2, then leverages engineering techniques to store it for climate-relevant timescales. It’s a solution that can be done anywhere, that will change the market, and more importantly, that will help save the planet.”
A fundição de carbono pode manter quase todo o carbono capturado na biomassa e consome muito pouca energia. É um processo de remoção de carbono de baixo custo, porém durável, que combina fotossíntese com engenharia prática.
O potencial da Graphyte ajudou a conquistar a confiança e credibilidade da comunidade de investidores. Ela concluiu sua Series A funding round com um total de US$30 milhões. A rodada foi liderada em conjunto pela Prelude Ventures e Carbon Direct Capital e também incluiu contribuições de investidores atuais como Breathable Energy Ventures e Overture.
Embora empreendimentos inovadores financiados por equity como a Graphyte tenham surgido com soluções de nova geração, existem empresas públicas bem estabelecidas como a Linde que se aventuraram na captura de carbono baseada em adsorção e recuperação de dióxido de carbono.
#2. Linde
A HISORP® CC adsorption-based carbon capture solution, a mais recente adição ao portfólio de captura de carbono da Linde, complementa suas tecnologias testadas de adsorção por variação de pressão (PSA) e membranas.
A solução HISORP CC separa CO2 dos gases de processo em uma ampla gama de concentrações de alimentação de CO2. Ela utiliza múltiplas tecnologias da Linde, incluindo adsorção por variação de pressão (PSA), separação criogênica e compressão, para alcançar uma taxa de captura superior a 99 %, 99,7 % para ser preciso.
Uma das maiores vantagens desta solução é que ela funciona com energia proveniente de fontes renováveis. O processo de regeneração não requer vapor, garantindo uma pegada de carbono mínima.
Além disso, a HISORP CC é uma tecnologia de baixo CAPEX e baixo OPEX com uma taxa mínima de consumo energético específico e está disponível quase sem custo adicional para gerenciamento de solventes, reposição, e manuseio.
A Linde garantiu que a tecnologia permaneça amplamente compatível e inclusiva, de modo que possa ser combinada com todo o espectro de soluções da Linde, incluindo reforma a vapor de metano (SMR), reforma autotérmica (ATR), oxidação parcial (POX) ou gaseificação. Ela favorece a integração em plantas existentes e novas para SMR, POX e ATR, mesmo com produção aumentada de hidrogênio.
Em 2023, a Linde, como uma empresa líder global de gases industriais e engenharia, registrou sales of US$33 billion.
Embora as empresas estejam comprometidas com seus objetivos, o aprendizado e a troca entre empresas e instituições de pesquisa são mútuos. No segmento final, analisamos pesquisas tecnológicas neste campo que podem 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 accelerating sorbent-based carbon capture. Eles nomearam a plataforma PrISMa, que significa Design Informado por Processos de Materiais Sorventes Sob Medida.
A plataforma tentou tornar a implantação em larga escala de tecnologias de captura de carbono mais eficiente em carbono. Ela enfatizou reunir os componentes fragmentados e os responsáveis por sua implementação sob um mesmo teto.
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, tecno‑econômicos e avaliação do ciclo de vida. Ela comparou mais de 60 estudos de caso de captura de CO2 de várias fontes em 5 regiões globais usando diferentes tecnologias.
Em seguida, informou simultaneamente diversas partes interessadas sobre a relação custo‑benefício das tecnologias, configurações de processos e locais. Também revelou as características moleculares dos sorventes de melhor desempenho e ofereceu insights acionáveis sobre impactos ambientais, co‑benefícios e trade‑offs. O resultado final visou unir as partes interessadas em estágio inicial de pesquisa, acelerando o desenvolvimento da tecnologia de captura de carbono na corrida rumo a um mundo neutro em carbono.
Cientistas responsáveis pelo desenvolvimento do PrISMa, Berend Smit na EPFL e Susana Garcia na Heriot‑Watt University, estão muito otimistas quanto à usabilidade prática do método. Segundo 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.”
O PrISMa tem um potencial significativo para o futuro. Ao usar dados experimentais e simulações moleculares, pode prever as propriedades de adsorção de materiais sorventes potenciais.
Isso eventualmente levará a comunidade de desenvolvedores a ser capaz de fazer escolhas informadas. As propriedades da camada de processo do PrISMa possibilitam medir e comparar o desempenho de soluções de captura de carbono, ajudando os cientistas a calcular parâmetros de desempenho do processo, como pureza, recuperação e requisitos energéticos.
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 planta de captura de carbono. Por fim, pode avaliar os impactos ambientais ao longo de todo o ciclo de vida da planta, garantindo sustentabilidade abrangente.
No total, o PrISMa não é nada menos que revolucionário ou transformador.
Iniciamos nossa discussão com uma solução amplamente adotada que foi considerada inadequada e autodestrutiva. Agora, com o PrISMa à disposição da comunidade científica, seria possível conceber soluções que sejam ambientalmente eficientes, escaláveis e economicamente viáveis desde o primeiro dia.
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