Uma equipe de cientistas da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveu um dispositivo protótipo que simula a fotossíntese natural para produzir gás etileno usando apenas a luz solar, água e dióxido de carbono. O novo método, que produz etileno em temperatura e pressão ambiente usando produtos químicos benignos, poderia ser ampliado para fornecer uma alternativa mais ecológica e sustentável ao método atual de produção de etileno.

Este desenvolvimento liderado pelo Professor Assistente Jason Yeo Boon Siang do Departamento de Química da NUS Faculty of Science e do Solar Energy Research Institute de Singapura (SERIS) foi publicado pela primeira vez na prestigiosa revista científica ACS Sustainable Chemistry &Engineering.

Desafios da atual produção de eteno

Etileno, que é o bloco de construção do polietileno, é uma importante matéria-prima química produzida em grandes quantidades para a fabricação de plásticos, borracha e fibras. Mais de 170 milhões de toneladas de etileno foram produzidas em todo o mundo só em 2015, e espera-se que a demanda global ultrapasse 220 milhões de toneladas até 2020.

A produção industrial atual de etileno emprega craqueamento a vapor de combustíveis fósseis entre 750 ° C e 950 ° C, que consome uma grande quantidade de energia e representa uma pressão sobre os recursos de combustível natural. O método atual também deixa uma pegada de carbono significativa, emitindo cerca de duas toneladas de dióxido de carbono para cada tonelada de etileno produzida. Como tal, há uma demanda crescente por uma forma mais limpa e sustentável de produzir eteno.

Adotando fotossíntese artificial

Reconhecendo a necessidade de um método mais ecológico, O Asst Prof Yeo e sua equipe utilizaram energia renovável para produzir etileno. A equipe projetou um catalisador de cobre em 2015 que poderia gerar etileno a partir de água prontamente disponível e dióxido de carbono quando alimentado por eletricidade. Este catalisador de cobre foi posteriormente introduzido em um sistema de fotossíntese artificial para converter dióxido de carbono e água em etileno usando apenas energia solar. O protótipo do dispositivo projetado para realizar a reação alcançou uma eficiência faradaica de 30 por cento do etileno com base na quantidade de elétrons gerados a partir da energia solar. A eficiência energética geral do solar para etileno também é comparável ao nível de eficiência energética da fotossíntese natural pelas plantas.

“A captura de carbono é um passo fundamental no combate às mudanças climáticas causadas pelo homem. Tem havido um aumento constante na concentração atmosférica de dióxido de carbono, porque a taxa de emissões de dióxido de carbono excede a de captura de carbono. Isso tem sido atribuído como uma das principais causas do aquecimento global, que leva a mudanças ambientais indesejáveis. Nosso dispositivo não apenas emprega uma fonte de energia totalmente renovável, mas também converte dióxido de carbono, um gás de efeito estufa em algo útil. Isso poderia potencialmente fechar o ciclo do carbono, "disse o Prof Yeo.

A equipe também incorporou uma bateria no dispositivo protótipo para atingir uma produção estável e contínua de etileno, um desafio chave em sistemas de fotossíntese artificial. A bateria armazena o excesso de energia solar coletada durante o dia para alimentar o dispositivo à noite ou com pouca luz, garantindo que as operações não sejam interrompidas pela variação da quantidade de luz solar ao longo do dia.

A invenção representa um marco significativo na realização de um sistema escalonável de fotossíntese artificial para a produção limpa e sustentável de moléculas orgânicas importantes, como o etileno.

Seguindo em frente, a equipe continuará a trabalhar em seu dispositivo para aumentar a produção de etileno, bem como empregar sistemas semelhantes para produzir combustíveis líquidos, como etanol e propanol.