Nuvem de dióxido de carbono CO2

Um estudo da Northwestern University apresenta um catalisador econômico feito de molibdênio e açúcar de mesa que converte CO2 em monóxido de carbono, apresentando um método viável para transformar o carbono capturado em produtos úteis, como precursores de combustível.

Novo catalisador pode fornecer uma solução potencial para a utilização do carbono capturado.

Um novo catalisador feito de um metal barato e abundante e açúcar de mesa comum tem o poder de destruir o dióxido de carbono (CO2) gás.

Num novo estudo da Northwestern University, o catalisador converteu com sucesso CO2 em monóxido de carbono (CO), um importante alicerce para produzir uma variedade de produtos químicos úteis. Quando a reação ocorre na presença de hidrogênio, por exemplo, CO2 e o hidrogénio transforma-se em gás de síntese (ou gás de síntese), um precursor altamente valioso para a produção de combustíveis que podem potencialmente substituir a gasolina.

Com os recentes avanços nas tecnologias de captura de carbono, a captura de carbono pós-combustão está a tornar-se uma opção plausível para ajudar a enfrentar a crise global das alterações climáticas. Mas como lidar com o carbono capturado permanece uma questão em aberto. O novo catalisador poderia potencialmente fornecer uma solução para a eliminação do potente gás com efeito de estufa, convertendo-o num produto mais valioso.

O estudo será publicado na edição de 3 de maio da revista Ciência.

“Mesmo que parássemos de emitir CO2 agora, nossa atmosfera ainda teria um excedente de CO2 como resultado das atividades industriais dos séculos passados”, disse Milad Khoshooei, da Northwestern, que co-liderou o estudo. “Não existe uma solução única para este problema. Precisamos reduzir o CO2 emissões e encontrar novas maneiras de diminuir o CO2 concentração que já existe na atmosfera. Devemos aproveitar todas as soluções possíveis.”

Catalisador de açúcar destruidor de carbono

Este esquema mostra o processo completo de criação do catalisador e seu uso para converter dióxido de carbono. Crédito: Milad Khoshooei

“Não somos o primeiro grupo de pesquisa a converter CO2 em outro produto”, disse Omar K. Farha, da Northwestern, autor sênior do estudo. “No entanto, para que o processo seja verdadeiramente prático, é necessário um catalisador que cumpra vários critérios cruciais: acessibilidade, estabilidade, facilidade de produção e escalabilidade. Equilibrar esses quatro elementos é fundamental. Felizmente, nosso material é excelente para atender a esses requisitos.”

Especialista em tecnologias de captura de carbono, Farha é professor de química Charles E. e Emma H. ​​Morrison no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Depois de iniciar este trabalho como Ph.D. candidato na Universidade de Calgary, no Canadá, Khoshooei agora faz pós-doutorado no laboratório de Farha.

Soluções da despensa

O segredo por trás do novo catalisador é o carboneto de molibdênio, um material cerâmico extremamente duro. Ao contrário de muitos outros catalisadores que requerem metais caros, como platina ou paládio, o molibdênio é um metal barato, não precioso e abundante na Terra.

Para transformar o molibdênio em carboneto de molibdênio, os cientistas precisavam de uma fonte de carbono. Descobriram uma opção barata num lugar inesperado: a despensa. Surpreendentemente, o açúcar – o tipo granulado branco encontrado em quase todos os lares – serviu como uma fonte conveniente e barata de átomos de carbono.

“Todos os dias que tentava sintetizar esses materiais, trazia açúcar de minha casa para o laboratório”, disse Khoshooei. “Quando comparado a outras classes de materiais comumente usados ​​para catalisadores, o nosso é incrivelmente barato.”

Seletivo e estável com sucesso

Ao testar o catalisador, Farha, Khoshooei e seus colaboradores ficaram impressionados com o seu sucesso. Operando em pressões ambientes e altas temperaturas (300-600 graus Celsius), o catalisador converteu CO2 em CO com 100% de seletividade.

Alta seletividade significa que o catalisador agiu apenas no CO2 sem perturbar os materiais circundantes. Por outras palavras, a indústria poderia aplicar o catalisador a grandes volumes de gases capturados e visar selectivamente apenas o CO2. O catalisador também permaneceu estável ao longo do tempo, o que significa que permaneceu ativo e não se degradou.

“Na química, não é incomum que um catalisador perca sua seletividade após algumas horas”, disse Farha. “Mas, depois de 500 horas em condições adversas, a sua seletividade não mudou.”

Isto é particularmente notável porque o CO2 é uma molécula estável – e teimosa.

“Convertendo CO2 não é fácil”, disse Khoshooei. “CO2 é uma molécula quimicamente estável, e tivemos que superar essa estabilidade, que consome muita energia.”

Abordagem conjunta para limpeza de carbono

O desenvolvimento de materiais para captura de carbono é o foco principal do laboratório de Farha. Seu grupo desenvolve estruturas metal-orgânicas (MOFs), uma classe de materiais altamente porosos e de tamanho nanométrico que Farha compara a “esponjas de banho sofisticadas e programáveis”. Farha explora MOFs para diversas aplicações, incluindo extração de CO2 diretamente do ar.

Agora, Farha diz que os MOFs e o novo catalisador poderiam trabalhar juntos para desempenhar um papel na captura e sequestro de carbono.

“Em algum momento, poderíamos empregar um MOF para capturar CO2, seguido por um catalisador que o converteria em algo mais benéfico”, sugeriu Farha. “Um sistema tandem utilizando dois materiais distintos para duas etapas sequenciais poderia ser o caminho a seguir.”

“Isso poderia nos ajudar a responder à pergunta: ‘O que fazemos com o CO capturado2?’” Khoshooei acrescentou. “Neste momento, o plano é isolá-lo para o subsolo. Mas os reservatórios subterrâneos devem atender a muitos requisitos para armazenar CO de forma segura e permanente.2. Queríamos projetar uma solução mais universal que pudesse ser usada em qualquer lugar e ao mesmo tempo agregar valor econômico.”

Referência: “Um catalisador de carboneto de molibdênio cúbico estável e ativo para a reação reversa de deslocamento água-gás em alta temperatura” por Milad Ahmadi Khoshooei, Xijun Wang, Gerardo Vitale, Filip Formalik, Kent O. Kirlikovali, Randall Q. Snurr, Pedro Pereira- Almao e Omar K. Farha, 2 de maio de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adl1260

O estudo foi apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, pela National Science Foundation e pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá.



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