p Pesquisadores da U of T Engineering e da Caltech projetaram um sistema novo e aprimorado para conversão eficiente de CO2, agua, e energia renovável em etileno - o precursor de uma ampla gama de produtos plásticos, de dispositivos médicos a tecidos sintéticos - em condições neutras. O dispositivo tem o potencial de oferecer um caminho neutro em carbono para um produto químico comumente usado, ao mesmo tempo em que melhora o armazenamento de carbono residual e o excesso de energia renovável. p “O CO2 tem baixo valor econômico, o que reduz o incentivo para capturá-lo antes que ele entre na atmosfera, "diz o professor Ted Sargent, o líder de engenharia da U of T no projeto. "Convertendo-o em etileno, um dos produtos químicos industriais mais usados ​​no mundo, transforma a economia. O etileno renovável fornece uma rota para substituir os combustíveis fósseis que atualmente são a principal matéria-prima para este produto químico. "

p Ano passado, Sargent e sua equipe publicaram um artigo na Science descrevendo como eles usaram um eletrolisador - um dispositivo que usa eletricidade para conduzir uma reação química - para converter CO2 em etileno com eficiência recorde. Neste sistema, os três reagentes, Gás CO2, água e eletricidade, todos vêm juntos na superfície de um catalisador à base de cobre.

p Embora o dispositivo tenha sido um grande avanço para a equipe, ainda havia espaço para melhorias. A última versão, descrito em um artigo publicado hoje em Natureza , modifica ainda mais o catalisador para melhorar o desempenho do sistema e reduzir seu custo operacional.

p "Um dos desafios dessa reação é que, embora parte do CO2 seja convertido em etileno, a maior parte se transforma em produtos colaterais, especialmente carbonato, que se dissolve no lado líquido do eletrolisador, "diz o pós-doutorado Fengwang Li, autor principal do novo artigo. "Essa perda indesejada aumenta o custo da separação e purificação do produto resultante."

p No trabalho mais recente, A equipe de Sargent fez parceria com os professores de química da Caltech, Jonas C. Peters e Theodor Agapie. A pesquisa publicada sobre uma classe de moléculas conhecidas como arilpiridínios sugere que adicioná-los ao catalisador pode favorecer a produção de etileno em relação a outros produtos colaterais.

p Usando cálculos teóricos e experimentos, as duas equipes examinaram mais de uma dúzia de tipos diferentes de arilpiridínios antes de selecionar um. Com certeza, adicionar uma camada fina desta molécula à superfície do catalisador de cobre aumentou significativamente a seletividade da reação para o etileno. Isso também levou a outro benefício:reduzir o pH da reação de trabalho de básico para neutro.

p "O sistema anterior exigia que o lado da água da reação estivesse em pH alto, condições muito básicas, "diz Li." Mas a reação do CO2 com soda cáustica na água diminui o pH, então teríamos que adicionar continuamente produtos químicos para manter o pH alto. O novo sistema funciona tão bem em condições neutras, para que possamos eliminar esse custo adicional, bem como a perda de CO2 na forma de carbonato. "

p O catalisador aprimorado também durou mais do que a versão anterior, permanecendo estável por quase 200 horas de operação. Outro aprimoramento - aumentar a área da superfície do catalisador em um fator de cinco - deu às equipes uma amostra dos desafios que precisarão ser superados para escalar a produção até níveis industriais.

p Embora o protótipo ainda esteja muito longe da comercialização, o conceito geral oferece uma maneira promissora de abordar vários desafios importantes em sustentabilidade. Elimina a necessidade de extrair mais óleo para fazer plásticos e outros bens de consumo à base de etileno, e transforma o CO2 residual em matéria-prima, adicionando um novo incentivo para investir na captura de carbono.

p Li também aponta que tal sistema poderia ser alimentado por fontes renováveis ​​intermitentes, como a energia eólica ou solar. Atualmente, geralmente há uma incompatibilidade entre a quantidade de eletricidade produzida por esses sistemas e a demanda do consumidor. Ao armazenar o excesso de eletricidade na forma de etileno, o sistema oferece uma maneira de suavizar esses picos e vales.

p "O que é ótimo sobre este sistema de conversão de CO2 em etileno é que você não precisa escolher entre capturar e reciclar as emissões de CO2 em vez de tentar evitar que elas ocorram, em primeiro lugar, deslocando os combustíveis fósseis usados, "diz Li." Podemos fazer as duas coisas ao mesmo tempo. "