Geonhui Lee, Candidato a doutorado, opera um eletrolisador capaz de transformar carbonato dissolvido em CO2 e depois em gás de síntese. O dispositivo oferece um novo, caminho mais curto para converter o carbono atmosférico em produtos comercialmente valiosos. Crédito:Marit Mitchell
Uma equipe de pesquisa da U of T Engineering desenvolveu um novo caminho eletroquímico para transformar CO 2 em produtos valiosos, como combustível de aviação ou plásticos. A tecnologia pode melhorar significativamente a economia de captura e reciclagem de carbono diretamente do ar.
"Hoje, é tecnicamente possível capturar CO 2 do ar e, através de uma série de etapas, convertê-lo em produtos comerciais, "diz o professor Ted Sargent, que liderou a equipe de pesquisa." O desafio é que é preciso muita energia para fazer isso, o que aumenta o custo e diminui o incentivo. Nossa estratégia aumenta a eficiência energética geral, evitando algumas das perdas mais intensivas em energia. "
A captura direta de carbono no ar é uma tecnologia emergente pela qual as empresas visam produzir combustíveis ou plásticos a partir do carbono que já está na atmosfera, em vez de combustíveis fósseis. Empresa canadense Carbon Engineering, que construiu uma planta piloto em Squamish, B.C., captura CO 2 forçando o ar através de uma solução líquida alcalina. O CO 2 se dissolve no líquido, formando uma substância chamada carbonato.
Para ser totalmente reciclado, o carbonato dissolvido é normalmente transformado de volta em CO 2 gás, e então em blocos de construção químicos que formam a base de combustíveis e plásticos. Uma maneira de fazer isso é adicionar produtos químicos que convertam o carbonato em um sal sólido. Este pó de sal é então aquecido a temperaturas acima de 900 C para produzir CO 2 gás que pode sofrer transformações adicionais. A energia necessária para esse aquecimento aumenta o custo dos produtos resultantes.
O método alternativo da equipe de engenharia da U of T aplica um eletrolisador, um dispositivo que usa eletricidade para conduzir uma reação química. Tendo usado eletrolisadores anteriormente para produzir hidrogênio a partir da água, eles perceberam que também poderiam ser usados para converter carbonato dissolvido diretamente de volta em CO 2 , pulando a etapa de aquecimento intermediária inteiramente.
"Usamos uma membrana bipolar, um novo design de eletrolisador que é ótimo para gerar prótons, "diz Geonhui Lee, que, juntamente com o pós-doutorado Y. Chris Li, está entre os principais autores de um novo artigo em Cartas de energia ACS que descreve a técnica. "Esses prótons eram exatamente o que precisávamos para converter o carbonato de volta em CO 2 gás."
Seu eletrolisador também contém um catalisador à base de prata que converte imediatamente o CO 2 produzido em uma mistura de gases conhecida como gás de síntese. Syngas é uma matéria-prima química comum para o processo Fischer-Tropsch bem estabelecido, e pode ser prontamente transformado em uma ampla variedade de produtos, incluindo combustível de aviação e precursores de plástico.
"Este é o primeiro processo conhecido que pode ir do carbonato ao gás de síntese em uma única etapa, "diz Sargent.
Embora muitos tipos de eletrolisadores tenham sido usados para converter CO 2 em blocos de construção químicos, nenhum deles pode lidar eficazmente com carbonato. Além disso, o fato de que CO 2 dissolvido em líquido se transforma em carbonato tão facilmente é um grande problema para as tecnologias existentes.
"Uma vez que o CO 2 se transforma em carbonato, torna-se inacessível para eletrolisadores tradicionais, "diz Li." Essa é parte da razão pela qual eles têm baixos rendimentos e baixa eficiência. Nosso sistema é o único que atinge 100% de utilização de carbono:nenhum carbono é desperdiçado. Também gera gás de síntese como um único produto no outlet, minimizando o custo da purificação do produto. "
No laboratório, a equipe demonstrou a capacidade de converter carbonato em gás de síntese com uma eficiência energética geral de 35%, e o eletrolisador permaneceu estável por mais de seis dias de operação.
Sargent diz que mais trabalho será necessário para escalar o processo aos níveis necessários para aplicação industrial, mas que o estudo de prova de conceito demonstra um caminho alternativo viável para a captura e utilização direta de carbono no ar.
"É um grande passo para responder à questão de se algum dia será possível usar CO capturado pelo ar 2 de uma forma comercialmente atraente, ", diz ele." Este é um passo fundamental para fechar o ciclo do carbono. "
