Se quisermos abrandar o aquecimento global, precisamos de reduzir drasticamente as emissões de gases com efeito de estufa. Entre outras coisas, precisamos de prescindir dos combustíveis fósseis e de utilizar tecnologias mais eficientes em termos energéticos.



No entanto, a redução das emissões por si só não será suficiente para cumprir as metas climáticas. Devemos também capturar grandes quantidades do gás de efeito estufa CO₂ da atmosfera e armazená-lo permanentemente no subsolo ou usá-lo como matéria-prima neutra em carbono na indústria. Infelizmente, as tecnologias de captura de carbono disponíveis hoje requerem muita energia e são correspondentemente caras.

É por isso que os pesquisadores da ETH Zurique estão desenvolvendo um novo método que utiliza luz. Com este processo, no futuro, a energia necessária para a captura de carbono virá do sol. Seu trabalho foi publicado em Química de Materiais .

Interruptor de ácido controlado por luz

Liderados por Maria Lukatskaya, professora de sistemas de energia eletroquímica, os cientistas estão explorando o fato de que em líquidos aquosos ácidos, o CO₂ está presente como CO₂ , mas em líquidos aquosos alcalinos, reage para formar sais de ácido carbônico, conhecidos como carbonatos. Esta reação química é reversível. A acidez de um líquido determina se ele contém CO₂ ou um carbonato.

Para influenciar a acidez do líquido, os pesquisadores adicionaram moléculas, chamadas fotoácidos, que reagem à luz. Se esse líquido for irradiado com luz, as moléculas o tornarão ácido. No escuro, voltam ao estado original, o que torna o líquido mais alcalino.

É assim que o método dos pesquisadores da ETH funciona em detalhes:os pesquisadores separam o CO₂ do ar, passando o ar através de um líquido contendo fotoácidos no escuro. Como este líquido é alcalino, o CO₂ reage e forma carbonatos. Assim que os sais no líquido se acumulam em um grau significativo, os pesquisadores irradiam luz no líquido. Isso o torna ácido e os carbonatos se transformam em CO₂ .

O CO₂ borbulha no líquido, assim como acontece em uma garrafa de refrigerante, e pode ser coletado em tanques de gás. Quando quase não há CO₂ deixado no líquido, os pesquisadores apagam a luz e o ciclo recomeça, com o líquido pronto para capturar CO₂ .

Tudo depende da mistura

Na prática, porém, havia um problema:os fotoácidos utilizados são instáveis ​​na água. “No decorrer das nossas primeiras experiências, percebemos que as moléculas se decomporiam ao fim de um dia”, diz Anna de Vries, estudante de doutoramento no grupo de Lukatskaya e principal autora do estudo.

Assim, Lukatskaya, de Vries e seus colegas analisaram o decaimento da molécula. Eles resolveram o problema realizando a reação não em água, mas em uma mistura de água e um solvente orgânico. Os cientistas conseguiram determinar a proporção ideal dos dois líquidos por meio de experimentos de laboratório e explicaram suas descobertas graças a cálculos de modelos realizados por pesquisadores da Universidade Sorbonne, em Paris.

Por um lado, esta mistura permitiu-lhes manter as moléculas de fotoácido estáveis ​​na solução durante quase um mês. Por outro lado, garantiu que a luz pudesse ser usada para alternar a solução entre ser ácida e alcalina, conforme necessário. Se os pesquisadores usassem o solvente orgânico sem água, a reação seria irreversível.

Fazer sem aquecimento

Outros processos de captura de carbono também são cíclicos. Um método estabelecido funciona com filtros que coletam o CO₂ moléculas à temperatura ambiente. Para remover posteriormente o CO₂ dos filtros, estes devem ser aquecidos a cerca de 100° Celsius. No entanto, o aquecimento e o arrefecimento consomem muita energia:representam a maior parte da energia exigida pelo método de filtragem.

“Em contraste, nosso processo não precisa de aquecimento ou resfriamento, por isso requer muito menos energia”, diz Lukatskaya. Mais do que isso, o novo método dos investigadores da ETH funciona potencialmente apenas com a luz solar.

"Outro aspecto interessante do nosso sistema é que podemos passar de alcalino a ácido em segundos e voltar a alcalino em minutos. Isso nos permite alternar entre captura e liberação de carbono muito mais rapidamente do que em um sistema controlado pela temperatura", explica de Vries.

Com este estudo, os pesquisadores mostraram que os fotoácidos podem ser usados ​​em laboratório para capturar CO₂ . O próximo passo no caminho para a maturidade do mercado será aumentar ainda mais a estabilidade das moléculas de fotoácidos. Eles também precisam investigar os parâmetros de todo o processo para otimizá-lo ainda mais.

Mais informações: Anna de Vries et al, Fotoácido ajustado por solvatação como um interruptor de pH estável acionado por luz para captura e liberação de CO2, Química de materiais (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c02435
Informações do diário: Química de Materiais

Fornecido por ETH Zurique