Avançando em direção à sustentabilidade:transformando dióxido de carbono e água em acetileno
O acetileno é amplamente utilizado em muitas indústrias, incluindo a produção de resinas e plásticos como PVC. A realização de uma técnica amiga do ambiente para sintetizá-la representaria um grande passo na construção de sociedades sustentáveis. Crédito:Yuta Suzuki da Universidade Doshisha, Japão Alcançar a sustentabilidade é um dos desafios mais prementes da humanidade hoje – e também um dos mais difíceis. Para minimizar o nosso impacto no ambiente e começar a reverter os danos que a humanidade já causou, é fundamental lutar para alcançar a neutralidade carbónica no maior número possível de atividades económicas. Infelizmente, a síntese de muitos produtos químicos importantes ainda provoca elevadas emissões de carbono.
É o caso do acetileno (C2 H2 ), um hidrocarboneto essencial com uma infinidade de aplicações. Este gás altamente inflamável é usado para soldagem, corte industrial, endurecimento de metais, tratamentos térmicos e outros processos industriais. Além disso, é um importante precursor na produção de resinas sintéticas e plásticos, incluindo o PVC. Desde a produção de C2 H2 requer combustíveis fósseis como matéria-prima, é urgentemente necessária uma rota de síntese mais ecológica.
Neste contexto, uma equipa de investigação baseada numa colaboração académica-indústria entre a Universidade Doshisha e a Daikin Industries, Ltd., Japão, tem vindo a desenvolver uma estratégia nova e promissora para produzir C2 H2 usando dióxido de carbono (CO2 ) e água (H2 O) como matéria-prima.
Seu último estudo, que incluiu o professor assistente Yuta Suzuki do Harris Science Research Institute e o professor Takuya Goto do Departamento de Ciência do Meio Ambiente e Modelagem Matemática da Escola de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia, ambos da Universidade Doshisha, e Tomohiro Isogai do Centro de Tecnologia e Inovação na Daikin Industries Ltd., é publicado em ACS Sustainable Chemistry &Engineering .
Crédito:ACS Química e Engenharia Sustentável (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c08139
A abordagem proposta é baseada na conversão eletroquímica e química de CO2 em C2 H2 usando sais fundidos de alta temperatura, nomeadamente cloretos fundidos. Um aspecto importante do processo é que ele utiliza carbonetos metálicos, que são sólidos compostos de átomos de carbono e átomos de metal, como ponto central na conversão.
"Em nossa estratégia, CO2 é primeiro convertido em carbonetos metálicos como CaC2 e Li2 C2 , que se deposita em um dos eletrodos", explica o Dr. Suzuki. "Então, esses carbonetos metálicos reagem com H2 Ó, gerando C2 H2 gás."
Para obter maior eficiência energética com este método, a equipe teve que testar várias configurações, incluindo diferentes materiais de eletrodo e composições de sal fundido. Após uma série de experimentos abrangentes, incluindo voltametria cíclica, análise de cristalinidade de carbono e difração de raios X, eles determinaram que um NaCl−KCl−CaCl2 −CaO fundido saturado com CaCl adicional2 em um CO2 atmosfera produziu os melhores resultados. Este derretimento específico levou à formação seletiva de CaC2 ao redor do cátodo, que alcançou melhores resultados do que fundidos incluindo lítio.
Esta estratégia inovadora oferece vantagens importantes sobre as vias de síntese convencionais para C2 H2 . Primeiro, os eletrodos podem ser reutilizados após um simples tratamento de recondicionamento, uma vez que a reação desejada ocorre nos carbonetos metálicos depositados, e não diretamente nas superfícies dos eletrodos. Outra vantagem, e talvez a mais notável, é o uso direto de CO2 como matéria-prima para produzir um produto químico industrialmente útil e valioso.
“A abordagem proposta representa uma tecnologia promissora para a realização de um ciclo sustentável de recursos e energia sem depender de combustíveis fósseis”, diz o Prof. “No futuro, esta mesma técnica poderá ser usada como tecnologia de emissão negativa de carbono, extraindo dióxido de carbono do ar e utilizando-o como matéria-prima, particularmente em combinação com processos de captura direta de ar”.
Com alguma sorte, mais pesquisas sobre este método interessante levarão a formas economicamente e ambientalmente viáveis de produzir resinas e produtos químicos importantes a partir do CO2 , abrindo caminho para sociedades sustentáveis. Em última análise, estes esforços permitir-nos-iam viver em harmonia com o ambiente, mantendo ao mesmo tempo muitos dos aspectos positivos do nosso modo de vida moderno.
