O excedente de dióxido de carbono industrial cria uma oportunidade para converter resíduos em uma mercadoria valiosa. O excesso de CO2 pode ser uma matéria-prima para produtos químicos tipicamente derivados de combustíveis fósseis, mas o processo consome muita energia e é caro. Os engenheiros químicos da Universidade de Illinois avaliaram a viabilidade técnica e econômica de uma nova tecnologia de eletrólise que usa um subproduto de biocombustível barato para reduzir o consumo de energia do processo de transformação de resíduos em 53%.

As novas descobertas são publicadas na revista Nature Energy .

A conversão de CO2 em produtos químicos como etileno para plásticos é possível por meio de um processo chamado redução eletroquímica. Tipicamente, um fluxo de gás CO2 e um eletrólito fluido se movem através de uma célula de eletrólise que quebra o CO2 em moléculas como etileno no cátodo, mas também produz oxigênio da água no ânodo, disseram os pesquisadores.

"Cerca de 90 por cento da energia necessária na redução convencional de CO2 é usada pelos produtores de oxigênio, lado do ânodo de uma célula de eletrólise, "disse Paul Kenis, professor de engenharia química e biomolecular, chefe do departamento e co-autor do estudo. “Mas não há grande mercado para o excesso de oxigênio, então 90 por cento da energia é essencialmente desperdiçada. "

Encontrar um material de alimentação que reduza a energia para impulsionar a reação do ânodo pode ser uma estratégia para reduzir radicalmente os requisitos de energia de conversão de CO2, de acordo com um recente Relatório das Academias Nacionais, do qual Kenis foi co-autor.

O novo estudo propõe o glicerol - um subproduto orgânico da produção de biocombustível da cana-de-açúcar que requer menos energia para oxidar - como uma alternativa para a etapa de produção de oxigênio que consome muita energia.

Para testar se a nova técnica de eletrólise tem o potencial de empurrar todo o processo de conversão de CO2 para um orçamento negativo ou neutro em carbono, os pesquisadores examinaram o custo e o consumo de energia para o ciclo de produção do processo de transformação de resíduos em valor. O ciclo de quatro etapas inclui a captura de gás residual de CO2 industrial, a entrada de eletricidade, o novo

"Nosso modelo usa a configuração da rede elétrica atual como fonte de eletricidade para tornar o cenário mais realista, "Kenis disse." Ser capaz de conduzir a conversão de CO2 com infraestrutura já instalada - e não confiar na esperança de que a rede futura seja 100% renovável - ao mesmo tempo em que atingir a neutralidade ou negatividade de carbono pode ser um cenário sagrado. "

A análise inclui as melhores e piores emissões de CO2 e cenários de consumo de energia e conclui que as perspectivas de redução de CO2, em termos de emissões de CO2 e economia, pode melhorar drasticamente, olhando além das reações anódicas convencionais.

"A reação de eletrólise à base de glicerol mostra-se muito promissora. No entanto, continuaremos a explorar outros materiais residuais orgânicos, porque mesmo quando a produção aumenta na esteira do aumento da produção de biocombustíveis, ainda não será suficiente para atender totalmente a necessidade, "Kenis disse." A boa notícia é que a química envolvida é flexível e há muitos resíduos orgânicos que podem fazer o trabalho. "

Muitos pesquisadores se concentram em melhorar a seletividade e a atividade de catalisadores químicos para reações de redução de CO2, e esse trabalho precisa continuar, disse Sumit Verma, um ex-aluno de graduação em engenharia química e biomolecular e co-autor do estudo. "Olhar além da evolução do oxigênio no ânodo parece uma situação ganha-ganha, já que não apenas reduzimos o consumo de energia dos processos, mas também produzimos um segundo fluxo de produto valioso, " ele disse.