Síntese Fischer-Tropsch catalisada via carboneto de ferro ε:produção de hidrocarbonetos sem CO2. Crédito:Robin J.P. Broos &Emiel J. M. Hensen
As projeções do consumo mundial de energia prevêem que o carvão continuará a ser uma das principais fontes de energia do mundo nas próximas décadas, e uma parte crescente dele será usada em CTL, a conversão do carvão em combustíveis líquidos. Pesquisadores do Instituto Nacional de Energia Limpa e de Baixo Carbono em Pequim e da Universidade de Tecnologia de Eindhoven desenvolveram catalisadores à base de ferro que reduzem substancialmente os custos operacionais e abrem a porta para a captura de grandes quantidades de CO 2 que são gerados pelo CTL. Seus resultados são publicados na revista Avanços da Ciência .
Para entender o significado dessa conquista, algum conhecimento do processo CTL é necessário. A primeira etapa é a conversão do carvão em gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H 2 ) Usando o chamado processo Fischer-Tropsch, esses componentes são convertidos em combustíveis líquidos. Mas antes que isso possa ser feito, a composição do gás de síntese deve ser alterada para garantir que o processo resulte em combustíveis líquidos. Então, parte do CO é removido do gás de síntese convertendo-o em CO 2 em um processo denominado mudança água-gás.
Os pesquisadores resolveram um problema fundamental nos reatores Fischer-Tropsch. Como na maioria dos processos químicos, catalisadores são necessários para permitir as reações. Os catalisadores CTL são principalmente à base de ferro. Infelizmente, eles convertem cerca de 30 por cento do CO em CO indesejado 2 , um subproduto que nesta fase é difícil de capturar e, portanto, muitas vezes lançado em grandes volumes, consumindo muita energia sem benefício.
Os pesquisadores de Pequim e Eindhoven descobriram que o CO 2 liberação ocorre porque os catalisadores à base de ferro não são puros, mas consistem em vários componentes. Eles foram capazes de produzir uma forma pura de um carboneto de ferro específico, chamado carboneto de ferro épsilon, que tem um CO muito baixo 2 seletividade. Em outras palavras, quase não gera CO 2 em absoluto. A existência já era conhecida, mas até agora, não tinha sido estável o suficiente para o difícil processo Fischer-Tropsch. A equipe de pesquisa sino-holandesa mostrou agora que essa instabilidade é causada por impurezas no catalisador. O carboneto de ferro épsilon de fase pura que desenvolveram é, por contraste, estável e permanece funcional, mesmo sob condições típicas de processamento industrial de 23 bar e 250 graus C.
Os pesquisadores professores Emiel Hensen e Wei Chen da Universidade de Tecnologia de Eindhoven. Crédito:Universidade de Tecnologia de Eindhoven / Bart van Overbeeke
O novo catalisador elimina quase todo o CO 2 geração no reator Fischer-Tropsch. Isso pode reduzir a energia necessária e os custos operacionais em cerca de € 25 milhões por ano para uma planta típica de CTL. O CO 2 que foi liberado anteriormente neste estágio, agora pode ser removido no estágio anterior de deslocamento água-gás. São boas noticias, porque é muito mais fácil capturar neste estágio. A tecnologia para fazer isso acontecer é chamada CCUS (captura de carbono, utilização e armazenamento). Ele foi desenvolvido por outras partes e já está sendo aplicado em várias plantas-piloto.
A conversão de carvão em combustíveis líquidos é especialmente relevante em países ricos em carvão que têm que importar petróleo para o fornecimento de combustíveis líquidos, como a China e os EUA. “Estamos cientes de que nossa nova tecnologia facilita o uso de combustíveis fósseis derivados do carvão. é muito provável que os países ricos em carvão continuem explorando suas reservas de carvão nas próximas décadas. Queremos ajudá-los a fazer isso da maneira mais sustentável, "diz o pesquisador principal, o professor Emiel Hensen, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven.
Os resultados da pesquisa provavelmente reduzirão os esforços para desenvolver catalisadores CTL baseados em cobalto. Catalisadores à base de cobalto não têm o CO 2 problema, mas eles são caros e estão rapidamente se tornando um recurso escasso devido ao uso de cobalto nas baterias, que representam metade do consumo total de cobalto.
Hensen espera que os catalisadores recentemente desenvolvidos também tenham um papel importante na futura indústria de energia e produtos químicos básicos. A matéria-prima não será carvão ou gás, mas resíduos e biomassa. Syngas continuará a ser o elemento central, pois também é o produto intermediário na conversão dessas novas matérias-primas.
