Os pesquisadores do MIT desenvolveram um novo sistema que poderia ser usado para converter as emissões de dióxido de carbono das usinas em combustíveis úteis para carros, caminhões, e aviões, bem como em matérias-primas químicas para uma ampla variedade de produtos.

O novo sistema baseado em membrana foi desenvolvido pelo pós-doutorado do MIT Xiao-Yu Wu e Ahmed Ghoniem, o Ronald C. Crane Professor de Engenharia Mecânica, e é descrito em um artigo na revista ChemSusChem . A membrana, feito de um composto de lantânio, cálcio, e óxido de ferro, permite que o oxigênio de um fluxo de dióxido de carbono migre para o outro lado, deixando o monóxido de carbono para trás. Outros compostos, conhecidos como condutores eletrônicos iônicos mistos, também estão sendo considerados em seu laboratório para uso em várias aplicações, incluindo produção de oxigênio e hidrogênio.

O monóxido de carbono produzido durante este processo pode ser usado como combustível por si só ou combinado com hidrogênio e / ou água para fazer muitos outros combustíveis de hidrocarbonetos líquidos, bem como produtos químicos, incluindo metanol (usado como combustível automotivo), gás de síntese, e assim por diante. O laboratório de Ghoniem está explorando algumas dessas opções. Este processo pode se tornar parte do conjunto de tecnologias conhecido como captura de carbono, utilização, e armazenamento, ou CCUS, que, se aplicado à produção de eletricidade, pode reduzir o impacto do uso de combustíveis fósseis no aquecimento global.

A membrana, com uma estrutura conhecida como perovskita, é "100 por cento seletivo para oxigênio, "permitindo que apenas esses átomos passem, Wu explica. A separação é impulsionada por temperaturas de até 990 graus Celsius, e a chave para fazer o processo funcionar é manter o oxigênio que se separa do dióxido de carbono fluindo através da membrana até chegar ao outro lado. Isso poderia ser feito criando um vácuo no lado da membrana oposto ao fluxo de dióxido de carbono, mas isso exigiria muita energia para manter.

No lugar do vácuo, os pesquisadores usam uma corrente de combustível como hidrogênio ou metano. Esses materiais são oxidados tão facilmente que na verdade atraem os átomos de oxigênio através da membrana sem exigir uma diferença de pressão. A membrana também impede que o oxigênio migre de volta e se recombine com o monóxido de carbono, para formar dióxido de carbono novamente. Em última análise, e dependendo da aplicação, uma combinação de algum vácuo e algum combustível pode ser usada para reduzir a energia necessária para conduzir o processo e produzir um produto útil.

A entrada de energia necessária para manter o processo em andamento, Wu disse, é calor, que poderia ser fornecido por energia solar ou por calor residual, alguns dos quais podem vir da própria usina e alguns de outras fontes. Essencialmente, o processo torna possível armazenar esse calor na forma química, para uso sempre que necessário. O armazenamento de energia química tem densidade de energia muito alta - a quantidade de energia armazenada para um determinado peso de material - em comparação com muitas outras formas de armazenamento.

Neste ponto, Wu disse, ele e Ghoniem demonstraram que o processo funciona. A pesquisa em andamento está examinando como aumentar as taxas de fluxo de oxigênio através da membrana, talvez mudando o material usado para construir a membrana, mudando a geometria das superfícies, ou adicionar materiais catalisadores nas superfícies. Os pesquisadores também estão trabalhando na integração da membrana em reatores de trabalho e no acoplamento do reator ao sistema de produção de combustível. Eles estão examinando como esse método pode ser ampliado e como ele se compara a outras abordagens para capturar e converter as emissões de dióxido de carbono, em termos de custos e efeitos nas operações gerais da usina.

Em uma usina de gás natural em que o grupo de Ghoniem e outros trabalharam anteriormente, Wu diz que o gás natural que chega pode ser dividido em dois fluxos, um que seria queimado para gerar eletricidade enquanto produzia um fluxo puro de dióxido de carbono, enquanto o outro fluxo iria para o lado do combustível do novo sistema de membrana, fornecer a fonte de combustível que reage ao oxigênio. Esse fluxo produziria uma segunda saída da planta, uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono conhecida como gás de síntese, que é um combustível industrial amplamente utilizado e matéria-prima. O gás de síntese também pode ser adicionado à rede de distribuição de gás natural existente.

O método pode, portanto, não apenas reduzir as emissões de gases de efeito estufa; também poderia produzir outro fluxo de receita potencial para ajudar a custear seus custos.

O processo pode funcionar com qualquer nível de concentração de dióxido de carbono, Wu diz - eles testaram de 2 a 99 por cento - mas quanto maior a concentração, mais eficiente é o processo. Então, é bem adequado para o fluxo de saída concentrado de usinas convencionais de queima de combustível fóssil ou aquelas projetadas para captura de carbono, como usinas de oxicombustão.