A queima de combustíveis fósseis, como carvão e gás natural, libera carbono na atmosfera como CO2, enquanto a produção de metanol e outros combustíveis e produtos químicos valiosos requer um suprimento de carbono. Atualmente, não há maneira econômica ou energética de coletar CO2 da atmosfera e usá-lo para produzir produtos químicos à base de carbono, mas pesquisadores da Escola de Engenharia Swanson da Universidade de Pittsburgh acabam de dar um passo importante nessa direção.

A equipe trabalhou com uma classe de nanomateriais chamados estruturas metal-orgânicas ou "MOFs, "que pode ser usado para retirar o dióxido de carbono da atmosfera e combiná-lo com átomos de hidrogênio para convertê-lo em produtos químicos e combustíveis valiosos. Karl Johnson, o professor William Kepler Whiteford do Departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Swanson School, liderou o grupo de pesquisa como investigador principal.

"Nosso objetivo final é encontrar um baixo consumo de energia, MOF de baixo custo capaz de separar o dióxido de carbono de uma mistura de gases e prepará-lo para reagir com o hidrogênio, "diz o Dr. Johnson." Encontramos um MOF que poderia dobrar ligeiramente as moléculas de CO2, levando-os a um estado em que reajam mais facilmente com o hidrogênio. "

O Johnson Research Group publicou suas descobertas no jornal Royal Society of Chemistry (RSC) Ciência e tecnologia de catálise (DOI:10.1039 / c8cy01018h). O jornal apresentou o trabalho deles na capa, ilustrando o processo de dióxido de carbono e moléculas de hidrogênio entrando no MOF e saindo como CH2O2 ou ácido fórmico - um precursor químico do metanol. Para que esse processo ocorra, as moléculas devem superar um limite de energia exigente chamado barreira de hidrogenação.

Dr. Johnson explica, "A barreira de hidrogenação é a energia necessária para adicionar dois átomos de H ao CO2, que transforma as moléculas em ácido fórmico. Em outras palavras, é a energia necessária para reunir os átomos de H e as moléculas de CO2 para que possam formar o novo composto. Em nosso trabalho anterior, fomos capazes de ativar H2 dividindo dois átomos de H, mas não fomos capazes de ativar o CO2 até agora. "

A chave para reduzir a barreira de hidrogenação era identificar um MOF capaz de pré-ativar o dióxido de carbono. A pré-ativação é basicamente preparar as moléculas para a reação química, colocando-as na geometria certa, a posição certa, ou o estado eletrônico correto. O MOF que modelaram em seu trabalho alcança a pré-ativação do CO2, colocando-o em uma geometria ligeiramente curvada que é capaz de aceitar os átomos de hidrogênio que chegam com uma barreira inferior.

Outra característica importante deste novo MOF é que ele reage seletivamente com as moléculas de hidrogênio sobre o dióxido de carbono, para que os locais ativos não sejam bloqueados por CO2. "Projetamos um MOF que limitou o espaço em torno de seus locais de ligação, de modo que não há espaço suficiente para ligar o CO2, mas ainda há muito espaço para ligar H2, porque é muito menor. Nosso projeto garante que o CO2 não se ligue ao MOF, mas, em vez disso, esteja livre para reagir com as moléculas de H já dentro da estrutura, "diz o Dr. Johnson.

Dr. Johnson acredita que o aperfeiçoamento de um único material que pode capturar e converter CO2 seria economicamente viável e reduziria a quantidade líquida de CO2 na atmosfera. "Você poderia capturar CO2 de gases de combustão em usinas de energia ou diretamente da atmosfera, ", diz ele." Esta pesquisa restringe nossa busca por um material muito raro com a capacidade de transformar uma tecnologia hipotética em um benefício real para o mundo. "