Emissões cíclicas – Criação de 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 de circuito fechado. O processo usa eletroquímica e modelos matemáticos avançados para converter diretamente o CO capturado₂ em metano útil. Aqui está o que você precisa saber.

O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa nocivo, uma das principais causas do aquecimento global e de outros problemas ambientais. Cientistas desenvolveram diversos métodos para combater os efeitos do CO2 no meio ambiente. Desde a redução de emissões, a promoção de energia limpa e até a criação de impostos sobre o carbono, o objetivo sempre foi diminuir os efeitos nocivos do CO2.

Sistemas de Captura de Carbono

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

Esses conceitos provaram ser bem-sucedidos, mas ainda estão em seus estágios infantis, com a maioria permanecendo cara e sem escalabilidade. Para que essa tecnologia se torne realmente impactante, ela precisará ser ampliada para um nível industrial, permitindo que ela forneça os melhores resultados para a comunidade.

Processo multietapas

Outro grande revés para as formas mais comuns de captura de carbono hoje é que elas podem exigir várias etapas. Cada etapa pode levar tempo e exigir processos muito específicos. Na maioria dos casos, a primeira etapa é capturar e coletar o CO2. A partir daí, cada sistema conduzirá seu processo para concluir a conversão. Cada reação química aumenta o tempo, a complexidade e os 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 prejudiciais que compensam um pouco os benefícios. Produtos químicos perigosos precisam ser armazenados, transportados e descartados de uma maneira específica, aumentando o custo geral por libra de carbono capturado.

Estudo de Emissões Cíclicas

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 aprofunda-se em uma nova metodologia que reduz os requisitos de energia e pode ser autoalimentada. O estudo explica um método que converte CO2 em metano com segurança.

Fonte – Jornal da Sociedade Química Americana

Este desenvolvimento é um marco importante, pois o dióxido de carbono é um dos principais subprodutos da queima de metano. Os cientistas há muito buscam criar um circuito fechado de carbono. Este termo se refere a um sistema que pode alavancar seus subprodutos para continuar as operações. Especificamente, o artigo detalha como eles alcançaram com sucesso a conversão de carbamato em metano.

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

Teste de Emissões Cíclicas

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

Os engenheiros alavancaram cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) como parte de sua abordagem. Esses modelos permitiram que eles previssem melhor por meio do mapeamento do melhor layout e desembolso de elétrons. Além disso, os engenheiros integraram um modelo de eletrodo de hidrogênio computacional (CHE) para calcular energias livres de reação. Também foi fundamental para determinar as etapas exatas de transferência de elétrons acoplados a prótons envolvidas em cada reação.

Resultados de emissões cíclicas

Os resultados demonstraram que o níquel de átomo único (Ni) disperso em ouro (Au) criou CH4 como o produto primário. Mostrou que a equipe teve sucesso em 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 circuito fechado.

Benefícios das emissões cíclicas

Esta pesquisa traz diversos benefícios ao mercado. Por exemplo, o novo método agiliza a captura e a 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.

Energia baixa

De acordo com os pesquisadores, esse novo método fornece os menores requisitos de energia possíveis para aqueles que buscam captura e conversão de carbono. As reações eletroquímicas são eficientes e menos caras do que alternativas e podem ser conduzidas no local.

Processo de uma única etapa

Outro benefício desse novo método de captura e conversão de carbono é que ele combina cada etapa em um processo. Exclusivamente, o carbono é capturado e convertido em uma etapa. Essa abordagem reduz a complexidade, melhora a estabilidade e oferece muito mais transparência.

Pesquisadores

Tomaz Neves-Garcia liderou o estudo conduzido na 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 estão listados como coautores do estudo. Agora, a equipe busca escalar seu processo para atender ao setor industrial.

Empresas que podem se beneficiar da pesquisa sobre emissões cíclicas

Várias empresas poderiam melhorar seus resultados se integrassem essa pesquisa em seus modelos de negócios. Essas empresas já operam no ecossistema de captura de carbono ou gás natural e têm investido muita energia e esforço na criação de produtos exclusivos para ajudar a atender esse mercado.

Produtos Aéreos e Produtos Químicos, Inc. (APD)

Produtos Aéreos e Produtos Químicos Inc. (APD ) foi fundada em Detroit, Michigan, em 1940 por um empreendedor local chamado Leonard Parker Pool. Na época, a empresa estava focada 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.

Nos últimos 80 anos, a Air Products and Chemicals Inc. se tornou uma fornecedora de gás reconhecida globalmente. A empresa tem uma história vibrante nos mercados dos EUA e internacionais. Seu foco em serviços e grande clientela de nível empresarial ajudou a empresa a garantir retornos massivos e expandir as operações.

A Air Products and Chemicals Inc. recebeu vários elogios ao longo de sua jornada para se tornar 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 mostra fortes ganhos YTD devido a uma combinação de fatores, incluindo avanços em seus processos, gestão empresarial inteligente e aumentos no uso de metano. Se a APD pudesse integrar essa tecnologia em seu modelo de negócios, ela poderia reduzir significativamente os custos de fabricação. Atualmente, a APD tem uma capitalização de mercado de $ 73.961 bilhões e está mostrando ganhos positivos para o ano.

Delta CleanTech Inc. (OTC)

A empresa canadense de redução de impacto químico, Delta CleanTech Inc., entrou no mercado buscando melhorar a atual tecnologia de captura de carbono em vigor. A empresa rapidamente ganhou notoriedade devido aos seus recursos e serviços exclusivos. As empresas podem aproveitar a expertise da Delat CleanTech para reduzir suas emissões de CO2 e outras emissões prejudiciais.

A empresa tem vários produtos impactantes disponíveis hoje. Por exemplo, o Delta Reclaimer permite que as empresas purifiquem solventes. Além disso, a empresa oferece atualmente um produto chamado MethanatorRX que pode quebrar o metano com segurança em produtos inofensivos. A empresa também oferece um 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

Felizmente, os pesquisadores da Ohio State por trás do estudo de emissões cíclicas não estão sozinhos em sua busca para tentar salvar o meio ambiente reduzindo o CO2. Aqui estão algumas outras maneiras interessantes que têm o potencial de reduzir significativamente as emissões de CO02 daqui para frente.

Reator Eletroquímico

Uma equipe de engenheiros liderada pela Universidade RICE apresentou o primeiro dispositivo de captura direta de ar em temperatura ambiente do mundo. Este reator pode capturar carbono diretamente no ar sem deixar subprodutos. Assim como a equipe da OSU, seu processo eletroquímico elimina o uso de sorbets à base de amina, como hidróxido de sódio e potássio.

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

promissor

O futuro da tecnologia de captura de carbono é promissor. Esses sistemas têm se destacado no combate à poluição. A abordagem única da equipe e a capacidade de criar metano a partir de CO2 são revolucionárias em muitos aspectos. Por um lado, ajudam os cientistas a entender melhor os benefícios e as desvantagens dos sistemas de circuito fechado e como aprimorar essas áreas para aprimorar o desempenho.

Conclusão sobre emissões cíclicas

Você tem que dar crédito à equipe da OSU por trás dessa pesquisa. Os cientistas sonharam em fechar o ciclo do carbono de uma forma que pudesse ser benéfica para todos. Agora, sua poluição pode ser reciclada de volta para a energia, e o ciclo de emissões começa. Como tal, você pode esperar ver mais foco na captura de CO2, juntamente com políticas e campanhas de redução térmica.

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Referência do estudo:

^{1. Neves-Garcia, T., Hasan, M., Zhu, Q., Li, J., Jiang, Z., Liang, Y., Wang, H., Rossi, LM, Warburton, RE, & Baker, LR (2024). Captura integrada de dióxido de carbono por aminas e conversão em metano em catalisadores de níquel de átomo único. Revista da Sociedade Química Americana, 146(46), 31633-31646. https://doi.org/10.1021/jacs.4c09744}