Engenheiros da Universidade de Cincinnati criaram uma forma mais eficiente de converter dióxido de carbono em produtos valiosos e, ao mesmo tempo, abordar as alterações climáticas.



Em seu laboratório de engenharia química na Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da UC, o professor associado Jingjie Wu e sua equipe descobriram que um catalisador de cobre modificado melhora a conversão eletroquímica do dióxido de carbono em etileno, o ingrediente principal do plástico e uma infinidade de outros usos.

O etileno foi chamado de "o produto químico mais importante do mundo". É certamente um dos produtos químicos mais comumente produzidos, usado em tudo, desde têxteis até anticongelante e vinil. A indústria química gerou 225 milhões de toneladas métricas de eteno em 2022.

Wu disse que o processo é promissor para um dia produzir etileno através de energia verde em vez de combustíveis fósseis. Tem o benefício adicional de remover carbono da atmosfera.

"O etileno é uma plataforma química fundamental em todo o mundo, mas o processo convencional de craqueamento a vapor para sua produção emite dióxido de carbono substancial", disse Wu. “Ao utilizar o dióxido de carbono como matéria-prima, em vez de depender de combustíveis fósseis, podemos efetivamente reciclar o dióxido de carbono.”

O estudo foi publicado na Nature Chemical Engineering .

Os alunos de Wu, incluindo o autor principal e graduado da UC, Zhengyuan Li, colaboraram com a Rice University, o Oak Ridge National Laboratory, o Brookhaven National Laboratory, a Stony Brook University e a Arizona State University.

A conversão eletrocatalítica do dióxido de carbono produz dois produtos primários de carbono, etileno e etanol. Os pesquisadores descobriram que o uso de um catalisador de cobre modificado produzia mais etileno.

"Nossa pesquisa oferece insights essenciais sobre a divergência entre etileno e etanol durante a emissão eletroquímica de CO₂ redução e propõe uma abordagem viável para direcionar a seletividade para o etileno", disse o autor principal Li.

“Isso leva a um aumento impressionante de 50% na seletividade do etileno”, disse Wu. “Idealmente, o objetivo é produzir um único produto em vez de vários.”

Li disse que o próximo passo é refinar o processo para torná-lo mais viável comercialmente. O sistema de conversão perde eficiência à medida que subprodutos da reação, como o hidróxido de potássio, começam a se formar no catalisador de cobre.

"A estabilidade do eletrodo deve ser melhorada para implantação comercial. Nosso próximo foco é melhorar a estabilidade e estender sua operação de 1.000 para 100.000 horas", disse Li.

Wu disse que essas novas tecnologias ajudarão a tornar a indústria química mais verde e mais eficiente em termos energéticos.

“O objetivo geral é descarbonizar a produção química através da utilização de eletricidade renovável e matéria-prima sustentável”, disse Wu. “A eletrificação da conversão de dióxido de carbono em etileno marca um avanço significativo na descarbonização do setor químico.”

Mais informações: Zhengyuan Li et al, Diretor CO₂ vias de eletrorredução para C₂ seletivo formação de produto usando catalisadores de cobre dopados de local único, Nature Chemical Engineering (2024). DOI:10.1038/s44286-023-00018-w
Informações do diário: Engenharia Química da Natureza

Fornecido pela Universidade de Cincinnati