Novo catalisador à base de açúcar pode oferecer uma solução potencial para o uso de carbono capturado
Este esquema mostra o processo completo de criação do catalisador e seu uso para converter dióxido de carbono. Crédito:Milad Khoshooei Um novo catalisador feito de um metal barato e abundante e açúcar de mesa comum tem o poder de destruir o dióxido de carbono (CO
2 ) gás.
Em um novo estudo da Northwestern University, o catalisador converteu com sucesso CO2 em monóxido de carbono (CO), um importante alicerce para produzir uma variedade de produtos químicos úteis. Quando a reação ocorre na presença de hidrogênio, por exemplo, CO2 e o hidrogénio transforma-se em gás de síntese (ou gás de síntese), um precursor altamente valioso para a produção de combustíveis que podem potencialmente substituir a gasolina.
Com os recentes avanços nas tecnologias de captura de carbono, a captura de carbono pós-combustão está a tornar-se uma opção plausível para ajudar a enfrentar a crise global das alterações climáticas. Mas como lidar com o carbono capturado permanece uma questão em aberto. O novo catalisador poderia potencialmente fornecer uma solução para a eliminação do potente gás com efeito de estufa, convertendo-o num produto mais valioso.
O estudo, intitulado "Um catalisador de carboneto de molibdênio cúbico estável e ativo para a reação reversa de deslocamento água-gás em alta temperatura", foi publicado na revista Science. .
"Mesmo que parássemos de emitir CO2 agora, nossa atmosfera ainda teria um excedente de CO2 como resultado das atividades industriais dos séculos passados", disse Milad Khoshooei, da Northwestern, que co-liderou o estudo.
“Não existe uma solução única para este problema. Precisamos reduzir o CO2 emissões e encontrar novas maneiras de diminuir o CO2 concentração que já existe na atmosfera. Devemos aproveitar todas as soluções possíveis."
"Não somos o primeiro grupo de pesquisa a converter CO2 em outro produto", disse Omar K. Farha, da Northwestern, autor sênior do estudo. "No entanto, para que o processo seja verdadeiramente prático, é necessário um catalisador que atenda a vários critérios cruciais:acessibilidade, estabilidade, facilidade de produção e escalabilidade. Equilibrar esses quatro elementos é fundamental. Felizmente, nosso material é excelente para atender a esses requisitos."
Especialista em tecnologias de captura de carbono, Farha é professor de química Charles E. e Emma H. Morrison no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Depois de iniciar este trabalho como Ph.D. candidato na Universidade de Calgary, no Canadá, Khoshooei agora faz pós-doutorado no laboratório de Farha.
Soluções da despensa
O segredo por trás do novo catalisador é o carboneto de molibdênio, um material cerâmico extremamente duro. Ao contrário de muitos outros catalisadores que requerem metais caros, como platina ou paládio, o molibdênio é um metal barato, não precioso e abundante na Terra.
Para transformar o molibdênio em carboneto de molibdênio, os cientistas precisavam de uma fonte de carbono. Descobriram uma opção barata num lugar inesperado:a despensa. Surpreendentemente, o açúcar – o tipo granulado branco encontrado em quase todos os lares – serviu como uma fonte conveniente e barata de átomos de carbono.
“Todos os dias que tentava sintetizar esses materiais, trazia açúcar de minha casa para o laboratório”, disse Khoshooei. "Quando comparado a outras classes de materiais comumente usados para catalisadores, o nosso é incrivelmente barato."
Seletivo e estável com sucesso
Ao testar o catalisador, Farha, Khoshooei e seus colaboradores ficaram impressionados com o seu sucesso. Operando em pressões ambientes e altas temperaturas (300–600 graus Celsius), o catalisador converteu CO2 em CO com 100% de seletividade.
Alta seletividade significa que o catalisador agiu apenas no CO2 sem perturbar os materiais circundantes. Em outras palavras, a indústria poderia aplicar o catalisador a grandes volumes de gases capturados e direcionar seletivamente apenas o CO2 . O catalisador também permaneceu estável ao longo do tempo, o que significa que permaneceu ativo e não se degradou.
“Na química, não é incomum que um catalisador perca sua seletividade após algumas horas”, disse Farha. “Mas, depois de 500 horas em condições adversas, a sua seletividade não mudou”.
Isto é particularmente notável porque o CO2 é uma molécula estável – e teimosa.
"Convertendo CO2 não é fácil", disse Khoshooei. "CO2 é uma molécula quimicamente estável, e tivemos que superar essa estabilidade, que consome muita energia."
Abordagem conjunta para eliminação de carbono
O desenvolvimento de materiais para captura de carbono é o foco principal do laboratório de Farha. Seu grupo desenvolve estruturas metal-orgânicas (MOFs), uma classe de materiais altamente porosos e de tamanho nanométrico que Farha compara a "esponjas de banho sofisticadas e programáveis". Farha explora MOFs para diversas aplicações, incluindo extração de CO2 diretamente do ar.
Agora, Farha diz que os MOFs e o novo catalisador poderiam trabalhar juntos para desempenhar um papel na captura e sequestro de carbono.
"Em algum momento, poderíamos empregar um MOF para capturar CO2 , seguido por um catalisador que o converte em algo mais benéfico", sugeriu Farha. "Um sistema tandem utilizando dois materiais distintos para duas etapas sequenciais pode ser o caminho a seguir."
"Isso poderia nos ajudar a responder à pergunta:'O que fazemos com o CO2 capturado ?'" Khoshooei acrescentou.
"No momento, o plano é sequestrá-lo no subsolo. Mas os reservatórios subterrâneos devem atender a muitos requisitos para armazenar CO2 de forma segura e permanente. . Queríamos projetar uma solução mais universal que pudesse ser usada em qualquer lugar e ao mesmo tempo agregar valor econômico."
