Os pesquisadores desenvolveram um método usando reatores de membrana do tipo distribuidor para converter as emissões de CO2 de pequenas caldeiras em metano, melhorando significativamente a eficiência e oferecendo uma ferramenta versátil para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.
Um novo projecto de reactor transforma as emissões de CO2 de pequenas caldeiras em combustível metano, proporcionando uma estratégia promissora para enfrentar as alterações climáticas.
A redução das emissões de carbono provenientes de sistemas de combustão de pequena escala, como caldeiras e outros dispositivos industriais, é essencial para alcançar um futuro sustentável e neutro em carbono. As caldeiras, que são predominantes em inúmeras indústrias para funções críticas como aquecimento, geração de vapor e produção de energia, desempenham um papel importante nas emissões de gases de efeito estufa.
As caldeiras são geralmente bastante eficientes. Como resultado, é difícil reduzir o CO2 emissões simplesmente melhorando a eficiência da combustão. Portanto, os pesquisadores estão explorando abordagens alternativas para mitigar o impacto ambiental do CO2 emissões das caldeiras. Uma estratégia promissora para esse fim é capturar o CO2 emitido por esses sistemas e convertê-lo em um produto útil, como o metano.
Inovações Tecnológicas com Reatores de Membrana
Para implementar esta estratégia, é necessário um tipo específico de reator de membrana, denominado reator de membrana do tipo distribuidor (DMR), que pode facilitar reações químicas, bem como separar gases. Embora os DMRs sejam usados em certas indústrias, sua aplicação para conversão de CO2 em metano, especialmente em sistemas de pequena escala como caldeiras, permaneceu relativamente inexplorado.
Esta lacuna de investigação foi abordada por um grupo de investigadores do Japão e da Polónia, liderados pelo Professor Mikihiro Nomura do Instituto de Tecnologia Shibaura no Japão e pelo Prof. Grzegorz Brus da Universidade de Ciência e Tecnologia AGH na Polónia. Suas descobertas foram publicadas recentemente no Diário de Utilização de CO2.
Pesquisadores do Japão e da Polônia desenvolveram um projeto de reator que captura eficientemente as emissões de CO2 e as converte em combustível metano utilizável. Este avanço poderá reduzir significativamente as emissões de gases com efeito de estufa, abrindo caminho para um futuro neutro em carbono. Crédito: Professor Mikihiro Nomura da SIT, Japão
A equipe conduziu uma abordagem dupla para o problema por meio de simulações numéricas e estudos experimentais para otimizar os projetos de reatores para conversão eficiente de CO2 de pequenas caldeiras em metano. Na simulação, a equipe modelou como os gases fluem e reagem sob diferentes condições. Por sua vez, isto permitiu-lhes minimizar as variações de temperatura, garantindo que o consumo de energia fosse otimizado enquanto a produção de metano permanecesse confiável.
Inovações de design e melhorias de eficiência
A equipe descobriu ainda que, ao contrário dos métodos tradicionais que canalizam gases para um único local, um projeto de alimentação distribuída poderia espalhar os gases para o reator em vez de enviá-los de um só lugar. Isso, por sua vez, resulta em uma melhor distribuição de CO2 em toda a membrana, evitando o superaquecimento de qualquer local. “Este projeto DMR nos ajudou a reduzir os incrementos de temperatura em cerca de 300 graus em comparação com o reator de leito compactado tradicional”, explica o Prof.
Além do projeto de alimentação distribuída, os pesquisadores também exploraram outros fatores que influenciam a eficiência dos reatores e descobriram que uma variável chave era o CO2 concentração na mistura. Alterando a quantidade de CO2 na mistura afetou o funcionamento da reação. “Quando o CO2 concentração ficou em torno de 15%, semelhante ao que sai das caldeiras, o reator foi muito melhor na produção de metano. Na verdade, poderia produzir cerca de 1,5 vezes mais metano em comparação com um reator normal que só tinha CO puro2 para trabalhar”, destaca o Prof.
Além disso, a equipe investigou o impacto do tamanho do reator, descobrindo que aumentar o tamanho do reator facilitou a disponibilidade de hidrogênio para a reação. Havia, no entanto, uma compensação a ser considerada, pois o benefício de uma maior disponibilidade de hidrogénio exigia uma gestão cuidadosa da temperatura para evitar o sobreaquecimento.
O estudo apresenta assim uma solução promissora para o problema de combater uma importante fonte de emissões de gases com efeito de estufa. Ao utilizar um DMR, CO de baixa concentração2 as emissões podem ser convertidas com sucesso em combustível metano utilizável. Os benefícios obtidos não se limitam apenas à metanação, mas também podem ser aplicados a outras reações, tornando este método uma ferramenta versátil para CO eficiente.2 utilização mesmo para residências e pequenas fábricas.
Referência: “Revelar o potencial de reciclagem de dióxido de carbono em todo o reator de membrana do tipo distribuidor” por Yuya Sato, Marcin Moździerz, Katarzyna Berent, Grzegorz Brus e Mikihiro Nomura, 17 de abril de 2024, Diário de Utilização de CO2.
DOI: 10.1016/j.jcou.2024.102763
O estudo foi financiado pela Agência Nacional Polonesa, pela Universidade AGH de Cracóvia e pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência.
