Os pesquisadores resolveram um obstáculo importante na fabricação mais ecológica, captura de carbono, armazenamento de energia e purificação de gás – usando óxidos metálicos.
Os óxidos metálicos são compostos que desempenham um papel crucial nos processos que reduzem o dióxido de carbono (CO₂ ) emissões. Esses processos incluem captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), purificação e reciclagem de gases inertes na fabricação de painéis solares, armazenamento de energia termoquímica e produção de hidrogênio para energia.

Esses processos são baseados em reações onde os óxidos metálicos ganham e perdem elétrons, conhecidas como reações redox. No entanto, o desempenho dos óxidos metálicos sofre com reações redox nas altas temperaturas necessárias para a fabricação de produtos químicos.

Agora, uma equipe liderada pelo Imperial College London desenvolveu uma nova estratégia de design de materiais que produz óxidos metálicos à base de cobre que funcionam melhor sob altas temperaturas. A tecnologia já está tendo um impacto global na reciclagem de argônio na fabricação de painéis solares e espera-se que ajude a liberar ainda mais energia das tecnologias de energia existentes que combatem a crise climática.

O autor sênior Dr. Qilei Song, do Departamento de Engenharia Química da Imperial, diz que "à medida que o mundo transita para zero líquido, precisamos de processos industriais mais inovadores para descarbonização. Para aumentar a segurança energética, devemos diversificar o fornecimento de eletricidade, desde a geração de energia renovável e armazenamento para uso limpo de combustíveis fósseis com tecnologias CCUS. Nossos óxidos metálicos aprimorados têm um grande potencial para uso nos processos de energia que estão nos ajudando a atingir o zero líquido."

O artigo é publicado em Nature Communications .

Desmarcando um processo

Os óxidos metálicos são atores-chave em um processo relativamente novo chamado combustão de looping químico (CLC).

O CLC é uma forma alternativa de queima de combustíveis fósseis que utiliza óxidos metálicos, como óxidos de cobre, para transportar oxigênio do ar para reagir com o combustível. A reação produz CO₂ e vapor, que é condensado para permitir a captura eficiente de CO₂ para evitar que entre na atmosfera

Ao capturar o CO₂ que é produzido, o CLC pode ajudar as pessoas a usar os combustíveis fósseis de forma mais limpa e já é usado na UE, nos EUA e na China.

No entanto, uma questão-chave que impediu o uso do CLC em maior escala é a incapacidade dos óxidos metálicos de manter um bom desempenho de liberação de oxigênio em vários ciclos redox em altas temperaturas.

Para resolver o problema, os pesquisadores examinaram as estruturas fundamentais dos óxidos metálicos usados ​​no CLC, argumentando que a química precursora dos óxidos metálicos era pouco compreendida, o que limitava seu design racional.

Co-autor principal Michael High, Ph.D. candidato do Departamento de Engenharia Química da Imperial, diz que "para resolver a questão de como os óxidos metálicos mantêm seu desempenho, olhamos para os fundamentos dos processos químicos envolvidos no CLC. Este é um exemplo chave da combinação de pesquisa fundamental e design inteligente para produzir uma estratégia que é aplicável a uma ampla gama de processos de engenharia."

Eles usaram uma maneira alternativa de projetar a estrutura do óxido metálico a partir de um precursor bem conhecido composto de hidróxidos duplos de cobre-magnésio-alumínio (LDHs). Ao adaptar a química dos precursores de LDH, os pesquisadores descobriram que poderiam produzir óxidos metálicos que ainda poderiam funcionar bem sob temperaturas notavelmente altas. Eles demonstraram isso colocando os óxidos em 100 ciclos químicos em um tipo amplamente utilizado de reator, conhecido como reator de leito fluidizado, por 65 horas.

Sua maior capacidade de suportar o calor significa que os óxidos metálicos produzidos dessa maneira podem ser usados ​​para liberar mais energia da purificação e reciclagem de gases inertes como o argônio na fabricação de painéis solares, captura e armazenamento de carbono, armazenamento de energia química e produção de hidrogênio limpo. Para mostrar isso, os pesquisadores ampliaram a produção de óxidos metálicos para uso em reatores de leito fluidizado. Eles descobriram que a criação desses materiais é simples e prontamente adequada para upscaling usando métodos de fabricação industrial existentes.

O autor sênior, professor Paul Fennell, também do Departamento de Engenharia Química, diz que "o mundo deve atingir zero emissões líquidas de carbono até 2050. As energias renováveis ​​estão se desenvolvendo rapidamente, mas no curto prazo precisamos desenvolver tecnologias de captura de carbono econômicas que pode ser aplicado para descarbonizar a indústria. Nosso trabalho ajudará a resolver esse desafio global."

Em seguida, os pesquisadores estudarão a estabilidade a longo prazo dos materiais durante a combustão de diferentes tipos de combustíveis, explorarão novas aplicações para armazenamento de energia termoquímica e estenderão a abordagem a outros sistemas de óxido metálico para produzir hidrogênio limpo por meio de ciclos redox termoquímicos. + Explorar mais

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