CO2 como combustível? Descoberta de catalisador transforma emissões em oportunidade

O metanol é um material de partida fundamental para uma infinidade de produtos químicos, incluindo plásticos e combustíveis. É frequentemente descrito como “um precursor universal para a produção de uma ampla gama de produtos químicos e materiais”, essencialmente “a faca suíça da química”, como observado por Javier Pérez‑Ramírez, Professor de Engenharia de Catálise na ETH Zurich.

O líquido desempenha um papel crucial na transição para a produção sustentável de produtos químicos e combustíveis, mas somente se a energia usada para produzir hidrogênio e conduzir a catálise for gerada de forma sustentável. Nesse caso, o metanol pode ser produzido de maneira neutra em carbono, oferecendo uma forma ecológica de usar dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera.

No entanto, a produção convencional de metanol é amplamente insustentável, pois a grande maioria é produzida a partir de combustíveis fósseis, resultando em altas emissões de gases de efeito estufa (GEE).

Isso pode não ser mais o caso, pois cientistas da ETH Zurich desenvolveram agora um método para sintetizar metanol que poderia servir de base para uma indústria química livre de fósseis. Publicado na Nature, o estudo¹ detalha como o álcool líquido pode ser produzido a partir de hidrogênio e dióxido de carbono usando átomos metálicos individuais como catalisadores.

À medida que os cientistas continuam a explorar maneiras de tornar as reações químicas mais eficientes usando catalisadores, este novo método dos pesquisadores da ETH Zurich também pode viabilizar o uso mais econômico de metais raros e caros.

Ao colocar átomos isolados de índio em um material de suporte, os pesquisadores desenvolveram um catalisador que pode converter CO₂ e H₂ em metanol de forma muito mais eficiente.

O Desequilíbrio de Carbono Cria Desafios & Oportunidades

O dióxido de carbono (CO₂) é um gás incolor, inodoro e não tóxico que desempenha um papel vital nos sistemas naturais da Terra. As plantas utilizam CO₂ durante a fotossíntese para produzir compostos ricos em energia e liberam oxigênio como subproduto. Esse processo é essencial para a sobrevivência humana. O CO₂ também participa do ciclo global de carbono, onde átomos de carbono se movem continuamente entre a atmosfera, a superfície da Terra e os organismos vivos.

Apesar de sua importância natural, o CO₂ funciona como um gás de efeito estufa significativo. Ele retém o calor da luz solar na atmosfera, criando um efeito de aquecimento que mantém temperaturas adequadas à vida. Sem gases de efeito estufa, a Terra seria fria demais para ser habitada. No entanto, concentrações elevadas intensificam esse aquecimento, impulsionando o aquecimento global e as mudanças climáticas.

O carbono circula continuamente através de múltiplos reservatórios: rochas, sedimentos, a atmosfera e organismos vivos. Ele retorna à atmosfera por meio da respiração, decomposição de organismos, erupções vulcânicas e incêndios. Contudo, as atividades humanas agora dominam esse equilíbrio. Desde o início da industrialização no início do século XIX, o desenvolvimento de terras e a queima de combustíveis fósseis geraram emissões de carbono muito superiores ao que os sumidouros naturais podem absorver. Como resultado, as concentrações atmosféricas de CO₂ aumentaram drasticamente e continuam a acelerar.

As emissões globais de CO₂ provenientes de combustíveis fósseis e indústria atingiram 38,11 bilhões de toneladas métricas (GtCO₂) em 2025, aumentando mais de 69% desde 1990, segundo dados da Statista. A China é o maior contribuinte para essas emissões globais de GEE, seguida pelos EUA.

A industrialização e o rápido crescimento econômico nas últimas décadas levaram a um aumento de quase 450% nas emissões de CO₂ no país asiático ao longo dos últimos três décadas e meia, em contraste com uma queda de 6,1% nos EUA, embora o país norte‑americano continue sendo o maior poluidor de carbono da história.

A guerra dos EUA e Israel contra o Irã gerou aproximadamente 5 milhões de toneladas de emissões de gases de efeito estufa nas suas primeiras duas semanas. Enquanto as emissões globais de CO₂ continuam a subir, os sumidouros de carbono terrestres e oceânicos enfraqueceram cerca de 15% na última década, de acordo com o Projeto Global de Carbono. Embora tenha constatado que o sumidouro de carbono terrestre, as emissões de CO₂ absorvidas por plantas e solos, estejam se recuperando ao nível pré-El Niño após alguns anos incomumente fracos.

Entretanto, um estudo publicado na Nature² constatou que o declínio dos sumidouros de carbono contribuiu com cerca de 8% para o aumento da concentração atmosférica de CO₂ desde 1960. A absorção de dióxido de carbono também reduziu o pH dos oceanos em 0,1 unidades, aumentando sua acidez em 30%.

Portanto, à medida que as atividades humanas liberam mais CO₂ na atmosfera do que os processos naturais podem remover, a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera continua a aumentar e a estabelecer novos recordes, criando uma necessidade urgente de enfrentar o problema das emissões de CO₂.

Uma forma de enfrentar esse sério problema é por meio da transição para energia renovável. Embora solar, eólica, hidrelétrica, geotérmica e biomassa ofereçam soluções promissoras, essa transição é um processo lento e de longo prazo, enfrentando altos custos de capital iniciais, necessidades de infraestrutura e desafios tecnológicos.

Outras abordagens incluem a adoção de transporte sustentável, o aprimoramento da eficiência energética e a remoção de carbono existente por meio de reflorestamento e manejo de terras.

Essas são todas soluções promissoras, mas e se pudéssemos capturar dióxido de carbono diretamente do ambiente e então usá‑lo como matéria‑prima? E se pudéssemos transformar esse principal gás de efeito estufa em um combustível? Isso seria uma revolução na tecnologia climática e energética, pois não apenas ajudaria a minimizar o aquecimento global, mas também atenderia à alta demanda de energia do mundo.

Vários estudos têm explorado maneiras de converter CO₂ em combustível. Esse processo é neutro em carbono porque os combustíveis emitem a mesma quantidade de CO₂ quando queimados. Ele envolve capturar dióxido de carbono e usar energia renovável para convertê‑lo em combustíveis hidrocarbonetos como metanol, diesel e gasolina por meio de métodos químicos como hidrogenação catalítica ou redução eletroquímica.

O metanol destaca‑se como uma das vias mais práticas e escaláveis para a utilização de CO₂, graças à sua compatibilidade com a infraestrutura existente e versatilidade em diversos setores.

O metanol (CH₃OH) é um álcool incolor, inflamável e altamente tóxico que é liberado ao meio ambiente durante usos industriais e naturalmente por microrganismos, vegetação e gases vulcânicos. Se ingerido ou absorvido, apresenta riscos graves à saúde, incluindo cegueira, falência de órgãos ou morte.

O composto químico líquido é usado como anticongelante, solvente industrial e matéria‑prima química para plásticos, tintas, espumas, resinas, produtos farmacêuticos e combustíveis. Também serve como transportador de energia para armazenar eletricidade renovável, aditivo em combustíveis convencionais e combustível líquido alternativo. Como recurso energético “mais limpo”, o metanol alimenta ônibus, carros, caminhões, navios, caldeiras e células de combustível. Também é usado para produzir dimetil éter (DME), outro combustível renovável.

Apesar de seu potencial, a ampliação da produção de metanol a partir de CO₂ ainda enfrenta desafios, incluindo altas exigências energéticas, disponibilidade de hidrogênio e a necessidade de catalisadores rentáveis. Pesquisas em andamento estão avançando rapidamente nessas áreas.

Clique aqui para aprender como a luz pode reutilizar o dióxido de carbono.

Inovação de Átomo Único Desbloqueia Conversão Eficiente de CO₂

Para produzir metanol a partir de dióxido de carbono e hidrogênio, pesquisadores da ETH Zurich fizeram um avanço na pesquisa de catalisadores.

Os catalisadores são usados desde a antiguidade. Por exemplo, o fermento usado para fazer pão contém catalisadores naturais (enzimas) que ajudam a converter a farinha em pão. Ao longo do tempo, os avanços em catalisadores levaram a plásticos biodegradáveis, novos fármacos e combustíveis ambientalmente mais seguros.

Um catalisador é uma substância que ajuda a tornar as reações mais fáceis e eficientes. Esses “auxiliares de reação” aceleram uma reação química ou reduzem a pressão ou temperatura necessárias para iniciá‑la, sem serem consumidos durante a própria reação.

Reações químicas requerem energia para iniciar porque as ligações entre átomos nas moléculas precisam ser rearranjadas. O obstáculo energético pode ser pequeno, como acender um fósforo, ou muito maior em processos industriais, o que eleva os custos. Os catalisadores ajudam a reduzir essa barreira, sendo os mais eficazes frequentemente compostos por metais, inclusive raros e caros.

A descoberta dos químicos da ETH Zurich levou ao desenvolvimento de um catalisador que reduz substancialmente a energia mínima necessária para produzir metanol a partir de CO₂ e hidrogênio. Os pesquisadores alcançaram um uso extremamente eficiente do índio, de modo que cada átomo de índio funciona como seu próprio sítio ativo.

Ao contrário da abordagem anterior de tentativa e erro na pesquisa de catálise, o catalisador recém‑descoberto permite uma análise mais precisa e compreensão das reações que ocorrem em sua superfície, pavimentando o caminho para um design de catalisadores mais otimizado e racional.

“Nosso novo catalisador tem uma arquitetura de átomo único, na qual átomos metálicos ativos isolados são ancorados na superfície de um material de suporte especialmente desenvolvido.”

– Pérez‑Ramírez, Diretor do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) em Catálise

Embora o catalisador recém‑descoberto seja de átomo único, os catalisadores tradicionais contêm metais em agregados. Essas partículas são muito pequenas, mas geralmente contêm centenas a milhares de átomos metálicos. Muitos desses átomos nem sequer participam diretamente da reação. Mas se esses átomos puderem atuar individualmente, eles podem ser muito mais eficientes, permitindo que os cientistas façam melhor uso de elementos químicos escassos e caros, possibilitando o uso economicamente viável de metais preciosos.

Além disso, as propriedades catalíticas de átomos isolados diferem das de agregados.

“O índio já tem sido usado neste catalisador por mais de uma década”, observou Pérez‑Ramírez, que tem trabalhado em catalisadores melhores para a produção de metanol a partir de CO₂ por mais de quinze anos e detém várias patentes na área. “Em nosso estudo, demonstramos que átomos isolados de índio em óxido de háfnio permitem uma síntese de metanol baseada em CO₂ mais eficiente do que o índio na forma de nanopartículas contendo grande número de átomos.”

O índio (In) é um metal branco prateado cuja oferta depende principalmente da indústria de mineração de zinco, sendo o índio um subproduto pequeno. A China (40%) é a maior produtora de índio e controla a maioria das reservas mundiais desse metal. O índio é amplamente usado em filmes de óxido de índio e estanho, ligas e materiais semicondutores necessários para células fotovoltaicas, soldas, telas de painel plano, LEDs, materiais de interface térmica e baterias.

Para posicionar átomos individuais de índio na superfície do óxido de háfnio com precisão, a equipe desenvolveu várias novas vias sintéticas. Uma parte fundamental desse trabalho, realizada em colaboração com outras instituições de pesquisa, foi o design do material de suporte para proporcionar um ambiente estável, porém reativo, para os átomos.

Uma das vias envolveu a combustão dos materiais iniciais em uma chama a 2.000 a 3.000 °C antes de resfriá‑los rapidamente. Isso mantém o índio na superfície e o incorpora firmemente.

A incorporação de átomos catalíticos em óxido de háfnio resistente ao calor demonstrou que catalisadores de átomo único podem suportar condições extremas, incluindo altas temperaturas e pressões. Essa durabilidade é importante porque a síntese de metanol a partir de CO₂ e gás hidrogênio requer temperaturas de até 300 °C e pressões cerca de 50 vezes a pressão atmosférica normal.

“Óxidos de índio‑háfnio nanostruturados sintetizados via pirólise por spray de chama alcançam até 70 % de produtividade de metanol específica de índio maior do que óxidos de índio‑zircônio, com os maiores ganhos observados para átomos individuais de índio”, afirmou o estudo.

Outro benefício dos catalisadores de átomos isolados é que os cientistas podem analisar os mecanismos de reação com muito menos sinais interferentes, proporcionando insights mais claros. Catalisadores existentes feitos de nanopartículas têm sido bastante difíceis de estudar. Eles têm sido essencialmente uma caixa‑preta. Enquanto as reações ocorrem apenas em um pequeno número de átomos na superfície, muitos sinais de medição provêm de átomos dentro das partículas que não participaram da reação, dificultando a interpretação do que está acontecendo.

“O desenvolvimento do catalisador de metanol e a análise detalhada do mecanismo não teriam sido possíveis sem essa expertise interdisciplinar.”

– Pérez‑Ramírez

Investindo na Reciclagem de Carbono

Celanese Corporation (CE ) é uma empresa global de produtos químicos e materiais especiais que produz polímeros engenheirados. Seus principais segmentos de negócios incluem Materiais Engenheirados e a Cadeia de Acetil.

Notavelmente, a empresa está diretamente envolvida na conversão de CO₂ em metanol. Por meio da Fairway Methanol, uma joint venture com a Mitsui & Co. do Japão, a Celanese pretende capturar cerca de 180.000 toneladas de CO₂ anualmente e produzir 130.000 toneladas de metanol de baixo carbono por ano.

Recentemente, a empresa obteve a Certificação de Pegada de Carbono (CFC) para suas grades Hostaform e Celcon POM ECO‑C em suas unidades de produção em Frankfurt e Texas, como resultado do investimento da Celanese em tecnologia de Captura e Utilização de Carbono (CCU) para reduzir insumos fósseis sem impactar negativamente o desempenho dos materiais.

Com uma capitalização de mercado de US$ 7 bilhões, as ações da Celanese estão atualmente negociando a US$ 62,47, alta de 48 % no ano. As ações da empresa vêm em tendência de queda nos últimos dois anos após ultrapassar a marca de US$ 170 no início de 2024, caindo para cerca de US$ 35 no final do ano passado, e agora estão recuperando impulso.

Apresenta um EPS (TTM) de -10,40 e um P/E (TTM) de -6,02. A Celanese paga um dividend yield de 0,19 %.

Quanto aos resultados financeiros da empresa, ela registrou uma queda de 7 % nas vendas líquidas, para US$ 9,5 bilhões no ano completo de 2025, devido a uma queda de 4 % tanto no preço quanto no volume. Seu prejuízo operacional foi de US$ 786 milhões, enquanto o prejuízo diluído GAAP por ação foi de US$ 10,44, e o lucro ajustado por ação foi de US$ 3,98.

A Celanese relatou demanda abaixo do normal em mercados finais chave como tintas, revestimentos, automotivo e construção, mas permaneceu focada em aumentar o fluxo de caixa para melhorar custos, acelerar a desendividamento e impulsionar o crescimento da receita.

“Nosso desempenho ao longo do ano demonstra a força de nossos planos de ação e execução disciplinada em um ambiente desafiador.”

– CEO Scott Richardson

Em 2025, a empresa gerou um fluxo de caixa operacional de US$ 1,1 bilhão e relatou fluxo de caixa livre de US$ 773 milhões.

Essa geração de fluxo de caixa, combinada com mais de US$ 120 milhões em reduções de custos, a conclusão da desinvestimento da Micromax, o refinanciamento de vencimentos de curto prazo e a introdução de programas para impulsionar o crescimento e enriquecer o pipeline de EM, ajudou a empresa a fazer “progresso considerável contra nossas prioridades de desendividamento, melhoria de custos e crescimento da receita”, disse Richardson. No último trimestre, a Celanese reportou vendas líquidas de US$ 2,2 bilhão, lucro operacional de US$ 93 milhões e lucro ajustado por ação de US$ 0,67.

Quanto ao trimestre atual, a empresa espera pouca mudança na demanda, mas prevê modestas melhorias sazonais nos volumes, esperando que o lucro ajustado por ação do primeiro trimestre fique entre US$ 0,70 e US$ 0,85.

“Esperamos ter mais um ano forte de geração de caixa com um fluxo de caixa livre alvo de US$ 650 a US$ 750 milhões. Embora o ambiente macroeconômico permaneça incerto, criamos impulso futuro. Acreditamos que as ações decisivas que estamos tomando posicionam a Celanese para se beneficiar significativamente da eventual recuperação.”

– Richardson

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Celanese Corporation (CE)

Conclusão

Transformar dióxido de carbono em combustível representa uma oportunidade significativa de converter um desafio climático em um ativo econômico. E com inovações como catalisadores de átomo único que melhoram drasticamente a eficiência, a rota para produzir metanol a partir de CO₂ está se tornando mais viável do que nunca. Mas, claro, escalar essa solução exigirá energia renovável abundante, produção de hidrogênio rentável e estruturas políticas de apoio. Quando todos esses fatores se alinharem, o CO₂ tem o potencial de passar de um dos maiores desafios ambientais do mundo para um dos recursos mais importantes.

Referências

1. Zhang, X., Liu, Y., Wang, C., Li, J., Chen, Z., Zhao, H., Xu, L., Sun, K., Zhou, Q., Yang, F., Wu, T., Guo, S., Li, Y., Huang, J., Deng, D., Bao, X. & Li, C. Single atoms of indium enable efficient CO₂ hydrogenation to methanol. Nature Nanotechnology (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-026-02135-y
2. Friedlingstein, P., Le Quéré, C., O’Sullivan, M., Hauck, J., Landschützer, P., Luijkx, I.T., Li, H., van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, R.M., Bakker, D.C.E., Canadell, J.G., Ciais, P., Gasser, T., Jones, M.W., Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, G.P., Peters, W., Sitch, S. & Tian, H. Emerging climate impact on carbon sinks in a consolidated carbon budget. Nature 649, 98–103 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09802-5