Emissões Cíclicas – Criando Metano a partir do Dióxido de Carbono

Um novo processo que permite aos cientistas criar metano a partir do dióxido de carbono pode revolucionar o mercado, permitindo que os fabricantes criem sistemas de carbono em ciclo fechado. O processo usa eletroquímica e modelos matemáticos avançados para converter diretamente o CO₂ capturado em metano útil. Aqui está o que você precisa saber.

O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa nocivo que está entre as principais causas do aquecimento global e de outros problemas ambientais. Os cientistas desenvolveram muitos métodos para combater os efeitos do CO2 no meio ambiente. Desde a redução de emissões, promoção de energia limpa e até a criação de impostos sobre carbono, o objetivo sempre foi diminuir os efeitos prejudiciais do CO2.

Sistemas de Captura de Carbono

O conceito de captura de carbono tornou‑se mais popular nos últimos 5 anos. Esses sistemas removem CO2 da atmosfera e o armazenam. Existem muitas maneiras pelas quais os engenheiros conseguiram essa tarefa. A maioria usa alguma reação química para isolar o CO2 de outros gases e depois convertê‑lo em outros produtos químicos que têm valor.

Esses conceitos provaram ser bem‑sucedidos, mas ainda estão em estágios iniciais, permanecendo caros e sem escalabilidade. Para que essa tecnologia se torne realmente impactante, será necessário ampliá‑la para nível industrial, permitindo que ofereça os melhores resultados para a comunidade.

Processo Multietapa

Outro grande obstáculo às formas mais comuns de captura de carbono hoje é que elas podem exigir várias etapas. Cada etapa pode levar tempo e requer processos muito específicos. Na maioria das vezes, o primeiro passo é capturar e coletar o CO2. A partir daí, cada sistema conduz seu processo para completar a conversão. Cada reação química adiciona tempo, complexidade e custos gerais.

Produtos Químicos Perigosos

Muitas das opções de captura de carbono mais populares no mercado hoje dependem de reações químicas. Esses sistemas têm subprodutos nocivos que compensam um pouco os benefícios. Produtos químicos perigosos precisam ser armazenados, transportados e descartados de maneira específica, aumentando o custo total por libra de carbono capturado.

Ciclo de Emissões – Estudo

Um estudo recente publicado no Journal of the American Chemical Society intitulado “Captura integrada de dióxido de carbono por aminas e conversão em metano em catalisadores de níquel de átomo único”¹ explora uma nova metodologia que reduz os requisitos de energia e pode ser auto‑alimentada. O estudo descreve um método que converte CO2 em metano de forma segura.

Fonte – Journal of the American Chemical Society

Esse desenvolvimento é um marco importante, já que o dióxido de carbono é um dos principais subprodutos da queima de metano. Cientistas há muito buscam criar um ciclo de carbono fechado. Esse termo refere‑se a um sistema que pode aproveitar seus subprodutos para continuar as operações. Especificamente, o artigo detalha como eles conseguiram converter carbamato em metano com sucesso.

No artigo, o CO2 foi capturado usando uma solução de lavagem à base de amina. O carbamato foi então alimentado através de um catalisador à base de níquel, que apresentava átomos de níquel dispostos em um padrão específico baseado em modelos matemáticos avançados.

Ciclo de Emissões – Teste

Para testar se a conversão estava completa, os engenheiros empregaram uma variedade de ferramentas de pesquisa avançadas, incluindo espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS) e microscopia eletrônica (EM). Esses dispositivos revelaram que a conversão foi concluída com sucesso e que o CO2 foi convertido em metano.

Os engenheiros utilizaram cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT) como parte de sua abordagem. Esses modelos permitiram prever melhor, por meio de mapeamento, a melhor disposição e distribuição de elétrons. Além disso, os engenheiros integraram um modelo de eletrodo computacional de hidrogênio (CHE) para calcular energias livres de reação. Esse modelo também foi fundamental para determinar as etapas exatas de transferência de elétrons acoplada a prótons envolvidas em cada reação.

Ciclo de Emissões – Resultados

Os resultados demonstraram que o níquel de átomo único (Ni) disperso em ouro (Au) produziu CH4 como produto principal. Isso mostrou que a equipe conseguiu converter CO2 em metano e rastrear cada etapa do processo. O objetivo agora é melhorar a eficiência para maximizar a produção de energia de cada ciclo fechado.

Ciclo de Emissões – Benefícios

Essa pesquisa traz vários benefícios ao mercado. Primeiro, o novo método simplifica a captura e conversão de carbamato em um produto útil, o metano. O processo é rápido e não gera subprodutos nocivos ou inúteis. Além disso, não requer grandes quantidades de eletricidade.

Baixa Energia

De acordo com os pesquisadores, esse novo método oferece os requisitos de energia mais baixos possíveis para quem busca captura e conversão de carbono. As reações eletroquímicas são eficientes e menos caras que as alternativas e podem ser realizadas no local.

Processo de Etapa Única

Outro benefício desse novo método de captura e conversão de carbono é que ele combina todas as etapas em um único processo. De forma única, o carbono é capturado e convertido em uma única etapa. Essa abordagem reduz a complexidade, melhora a estabilidade e oferece muito mais transparência.

Pesquisadores

Tomaz Neves‑Garcia liderou o estudo realizado na The Ohio State University. Além disso, Quansong Zhu, Robert Baker, Liane M. Rossi, Mahmudul Hasan, Robert E. Warburton, Jing Li e Hailiang Wang da Yale University são listados como co‑autores do estudo. Agora, a equipe busca ampliar seu processo para atender ao setor industrial.

Empresas que Podem se Beneficiar da Pesquisa sobre Emissões Cíclicas

Várias empresas podem melhorar seus resultados financeiros se integrarem essa pesquisa em seus modelos de negócios. Essas empresas já operam no ecossistema de captura de carbono ou gás natural e investiram energia e esforço extensos na criação de produtos únicos para atender a esse mercado.

Air Products and Chemicals, Inc. (APD)

Air Products and Chemicals Inc (APD ) foi fundada em Detroit, Michigan, em 1940 por um empreendedor local chamado Leonard Parker Pool. Na época, a empresa focava na fabricação de pequenos geradores para uso durante a Segunda Guerra Mundial. Após o término da guerra, a empresa se comprometeu a expandir suas ofertas e produtos.

Ao longo dos últimos 80 anos, a Air Products and Chemicals Inc. tornou‑se um fornecedor de gases reconhecido globalmente. A empresa tem uma história vibrante nos mercados dos EUA e internacionais. Seu foco em serviço e em clientes corporativos de grande porte ajudou a garantir retornos massivos e a expandir as operações.

A Air Products and Chemicals Inc. recebeu inúmeras distinções ao longo de sua trajetória, tornando‑se uma das opções mais populares para fabricantes que buscam gás metano. Em 2008, foi listada no Dow Jones Sustainability North America Index como uma ação de alto desempenho.

Hoje, a APD apresenta fortes ganhos YTD devido a uma combinação de fatores, incluindo avanços em seus processos, gestão empresarial inteligente e aumento no uso de metano. Se a APD integrar essa tecnologia ao seu modelo de negócios, poderá reduzir significativamente os custos de fabricação. Atualmente, a APD tem uma capitalização de mercado de US$ 73,961 bilhões e apresenta ganhos positivos para o ano.

Delta CleanTech Inc. (OTC)

Empresa canadense de redução de impacto químico, a Delta CleanTech Inc. entrou no mercado buscando melhorar a tecnologia de captura de carbono existente. A empresa rapidamente ganhou notoriedade devido às suas características e serviços únicos. As empresas podem aproveitar a expertise da Delta CleanTech para reduzir suas emissões de CO2 e outros gases nocivos.

A empresa possui vários produtos impactantes disponíveis hoje. Por exemplo, o Delta Reclaimer permite que as empresas purifiquem solventes. Além disso, a empresa atualmente oferece um produto chamado MethanatorRX, que pode quebrar o metano em produtos inofensivos de forma segura. A empresa também oferece o serviço CarbonRX, que permite que as empresas maximizem o uso de seus créditos de carbono.

Outros Sistemas de Captura de Carbono que Vale a Pena Conhecer

Afortunadamente, os pesquisadores da Ohio State por trás do estudo de emissões cíclicas não estão sozinhos em sua missão de tentar salvar o meio ambiente reduzindo o CO2. Aqui estão algumas outras maneiras interessantes que têm potencial para reduzir significativamente as emissões de CO2 no futuro.

Reator Eletroquímico

Uma equipe de engenheiros liderada pela RICE University introduziu o primeiro dispositivo de captura direta de ar em temperatura ambiente do mundo. Esse reator pode capturar carbono do ar sem deixar subprodutos. Assim como a equipe da OSU, seu processo eletroquímico elimina sorventes à base de aminas, como hidróxido de sódio e potássio.

Curiosamente, o subproduto desse processo foi encontrado como hidrogênio, outro químico muito útil que pode alimentar os mesmos processos. Além disso, a eliminação de calor e de produtos químicos adicionais melhora a sustentabilidade dessa abordagem e a torna universalmente aplicável.

Futuro

O futuro da tecnologia de captura de carbono é promissor. Esses sistemas ganharam destaque na luta contra a poluição. A abordagem única da equipe e a capacidade de criar metano a partir de CO2 são revolucionárias em vários níveis. Por um lado, isso ajuda os cientistas a entender melhor os benefícios e as desvantagens dos sistemas de ciclo fechado e como aprimorar essas áreas para melhorar o desempenho.

Conclusão das Emissões Cíclicas

É preciso reconhecer o trabalho da equipe da OSU por trás dessa pesquisa. Cientistas sonham em fechar o ciclo de carbono de maneira que possa ser benéfica para todos. Agora, sua poluição pode ser reciclada de volta em energia, e o ciclo de emissões começa. Dessa forma, você pode esperar ver mais foco na captura de CO2, juntamente com políticas e campanhas de redução térmica.

Saiba mais sobre outros projetos ambientais interessantes hoje.

Referência do Estudo:

^{1. Neves-Garcia, T., Hasan, M., Zhu, Q., Li, J., Jiang, Z., Liang, Y., Wang, H., Rossi, L. M., Warburton, R. E., & Baker, L. R. (2024). Captura integrada de dióxido de carbono por aminas e conversão em metano em catalisadores de níquel de átomo único. Journal of the American Chemical Society, 146(46), 31633–31646. https://doi.org/10.1021/jacs.4c09744}