p Pesquisadores da University of Toronto Engineering desenvolveram um sistema eletroquímico aprimorado que aumenta o valor do CO capturado ₂ convertendo mais em produtos valiosos do que nunca. p A Agência Internacional de Energia citou recentemente a captura e armazenamento de carbono como uma das estratégias que podem ajudar a manter as emissões globais baixas o suficiente para limitar o aquecimento global a 1,5 C até 2050. Mas o carbono capturado atualmente tem pouco valor econômico, reduzindo o incentivo para as empresas investirem nessa tecnologia.

p Uma equipe de engenharia da Universidade de Toronto liderada pelo Professor Ted Sargent está enfrentando esse desafio projetando eletrolisadores avançados que usam eletricidade para converter CO capturado ₂ nos blocos de construção petroquímicos de materiais comuns do dia a dia, de plástico a lycra. Isso ajuda a criar um mercado para o carbono capturado, ao mesmo tempo que fornece uma alternativa de baixo carbono para os processos de fabricação baseados em combustíveis fósseis em uso hoje.

p Ao contrário dos sistemas anteriores, o projeto mais recente da equipe pode ser executado em condições fortemente ácidas, o que reduz as reações colaterais indesejadas e aumenta a eficiência geral.

p "Em sistemas anteriores, você tinha que escolher se focar no uso eficiente de eletricidade, ou uso eficiente de carbono, "diz Sargent, autor sênior de um novo artigo publicado hoje em Ciência . "Nossa equipe usou um novo design de catalisador dentro do eletrolisador para consumir uma grande fração do carbono de entrada, ao mesmo tempo em que mantém uma boa produtividade em produtos desejáveis ​​de alto valor. "

p No eletrolisador, CO capturado ₂ é dissolvido em um eletrólito líquido, que flui sobre o catalisador sólido através do qual a eletricidade é fornecida.

p “O que queremos é o CO dissolvido ₂ no reator para absorver elétrons e serem convertidos em etileno e outros produtos, "diz o candidato a Ph.D. Jianan Erick Huang, um dos três co-autores principais do novo artigo, juntamente com um colega Ph.D. candidato Adnan Ozden e pós-doutorado Fengwang Li, que agora está continuando pesquisas semelhantes na Universidade de Sydney.

p "Mas, em relatórios anteriores que operaram em pH alto - ou seja, em condições alcalinas ou neutras - a maior parte do CO ₂ Está desperdiçado, porque ele é convertido em carbonato. "

p Huang diz que embora o carbonato possa ser extraído, convertido em CO ₂ e alimentado de volta para o eletrolisador, fazer isso é energeticamente caro. Os cálculos da equipe mostram que mais da metade da energia consumida pelo sistema como um todo seria gasta na reciclagem do carbonato dessa forma.

p Executando o eletrolisador sob pH baixo, ou condições ácidas, evita a formação de carbonato, mas introduz um problema diferente:agora, a reação mais favorável é a evolução do hidrogênio. Isso significa que os íons de hidrogênio (ou seja, prótons) na solução ácida absorvem elétrons e são convertidos em gás hidrogênio, deixando poucos elétrons disponíveis para combinar com CO ₂ .

p Huang e a equipe lidaram com esse problema usando duas estratégias combinadas. Primeiro, sob condições ácidas, eles aumentaram a densidade de corrente, inundando o reator com elétrons. Íons de hidrogênio correram para reagir com eles, mas foram apanhados em um engarrafamento molecular - o termo técnico é limitação do transporte de massa.

p "Na verdade, estamos criando um reator que é totalmente ácido, exceto por uma camada minúscula dentro de menos de 50 micrômetros da superfície do catalisador, "diz Huang." Nessa região específica, não é ácido, na verdade, é ligeiramente alcalino. Lá, CO ₂ pode ser reduzido a etileno por esses elétrons. "

p A próxima etapa foi adicionar um íon carregado positivamente, neste caso, potássio, à reação. Isso criou um campo elétrico perto do catalisador que tornou mais fácil para o CO ₂ para adsorver à superfície, dando-lhe a vantagem na competição com o hidrogênio.

p As duas mudanças fizeram uma grande diferença. Os sistemas anteriores normalmente utilizavam menos de 15% do carbono disponível, perder o resto para carbonatar. O novo sistema utiliza cerca de 77% do carbono disponível, com mais de 50% sendo convertidos em produtos multicarbonatos, como etileno e etanol. (Os outros 27% vão para produtos de carbono único, como monóxido de carbono e ácido fórmico.)

p "Este avanço ajuda a abrir caminho para um futuro economicamente viável para o CO ₂ utilização, mesmo com alto CO ₂ capturar custos hoje, "diz o Dr. Philip Llewellyn, Gerente de Captura e Utilização de Carbono (CCUS) para TOTAL SE, que forneceu suporte financeiro para a pesquisa. "Quando se considera mais os aumentos projetados no imposto sobre o carbono necessários para cumprir as metas climáticas globais, isso representa uma aceleração significativa no tempo para o mercado e no impacto do tempo para o clima para CO ₂ eletrolisadores. "

p Ainda existem obstáculos a serem superados antes que este sistema possa ser escalado para um nível industrial, incluindo a estabilidade do catalisador quando seu tamanho é aumentado e a necessidade de ainda mais economia de energia. Ainda, Huang está orgulhoso do que a equipe realizou.

p "Ao criar um reator ácido em um lugar e alcalino em outro, quebramos um limite teórico, "ele diz." Não precisamos escolher entre a eficiência do carbono e a eficiência do elétron:podemos otimizar ambas para obter o melhor sistema geral. Vai ser um desafio, mas acho que agora é possível. "