Uma nova tecnologia da U of T Engineering está dando um passo substancial para permitir que os fabricantes criem plásticos a partir de dois ingredientes principais:luz solar e poluição.

Hoje, os combustíveis fósseis não renováveis ​​não fornecem apenas a matéria-prima a partir da qual os plásticos são feitos, eles também são o combustível queimado para alimentar o processo de fabricação, produzindo dióxido de carbono (CO ₂ ) - a Agência Internacional de Energia estima que a produção dos principais precursores de plásticos é responsável por 1,4 por cento do CO global ₂ emissões.

Uma equipe liderada pelo professor Ted Sargent da Universidade de Toronto está transformando esse processo em sua cabeça. Eles imaginam capturar CO ₂ produzida por outro processo industrial e usando eletricidade renovável - como a energia solar - para transformá-la em etileno. O etileno é um produto químico industrial comum que é um precursor de muitos plásticos, como os usados ​​em sacolas de supermercado.

O sistema aborda um desafio importante associado à captura de carbono. Embora exista tecnologia para filtrar e extrair CO ₂ de gases de combustão, a substância atualmente tem pouco valor econômico que possa compensar o custo de capturá-la - é uma proposta que causa prejuízo. Ao transformar este carbono em um produto comercialmente valioso como o etileno, a equipe visa aumentar os incentivos para as empresas investirem em tecnologia de captura de carbono.

No centro da solução da equipe estão duas inovações:o uso de um catalisador à base de cobre de espessura não intuitiva e uma estratégia experimental reinventada.

“Quando realizamos o CO ₂ conversão para etileno em meios muito básicos, descobrimos que nosso catalisador melhorou a eficiência energética e a seletividade da conversão para os níveis mais altos já registrados, "disse o pós-doutorado Dr. Cao-Thang Dinh, o primeiro autor no artigo publicado hoje na revista Ciência . Nesse contexto, eficiência significa que menos eletricidade é necessária para realizar a conversão. Os autores então usaram esse conhecimento para melhorar ainda mais o catalisador e impulsionar a reação para favorecer a formação de etileno, em oposição a outras substâncias.

Próximo, a equipe tratou da estabilidade, o que há muito tem sido um desafio com este tipo de catalisador à base de cobre. A modelagem teórica mostra que as condições básicas, isto é, altos níveis de pH - são ideais para catalisar CO ₂ para etileno. Mas sob essas condições, a maioria dos catalisadores, e seus apoios, quebrar após menos de 10 horas.

A equipe superou esse desafio alterando sua configuração experimental. Essencialmente, eles depositaram seu catalisador em uma camada de suporte porosa feita de politetrafluoroetileno (PTFE, mais conhecido como Teflon) e imprensou seu catalisador com carbono do outro lado. Esta nova configuração protege o suporte e o catalisador da degradação devido à solução básica, e permite que dure 15 vezes mais do que os catalisadores anteriores. Como um bônus adicional, essa configuração também melhorou a eficiência e a seletividade ainda mais.

"Nas últimas décadas, sabemos que operar essa reação sob condições básicas ajudaria, mas ninguém sabia como tirar proveito desse conhecimento e transferi-lo para um sistema prático, "diz Dinh." Nós mostramos como superar esse desafio. "

Atualmente seu sistema é capaz de realizar a conversão em escala de laboratório, produzindo vários gramas de etileno por vez. O objetivo de longo prazo da equipe é dimensionar a tecnologia até o ponto em que sejam capazes de converter as várias toneladas de produtos químicos necessários para aplicação comercial.

“Fizemos três avanços simultâneos neste trabalho:seletividade, eficiência energética e estabilidade, "diz Sargent." Como um grupo, estamos fortemente motivados a desenvolver tecnologias que nos ajudem a perceber o desafio global de um futuro neutro em carbono. "

O grupo multidisciplinar, que também inclui o professor de engenharia mecânica David Sinton, combina pontos fortes em ciência de materiais, engenheiro químico, química e engenharia mecânica, está fornecendo novas perspectivas no campo. Vários membros também estão envolvidos no CERT, a equipe da Universidade de Toronto que acabou de avançar para a rodada final do NRG COSIA Carbon XPRIZE. A competição Carbon XPRIZE desafia grupos da indústria e da academia a capturar as emissões de carbono de usinas de energia e convertê-las de forma eficiente em produtos químicos valiosos.