Químicos do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia demonstraram uma prática, método com eficiência energética para capturar dióxido de carbono (CO2) diretamente do ar. Eles relatam suas descobertas em Nature Energy . Se implantado em grande escala e acoplado ao armazenamento geológico, a técnica pode reforçar o portfólio de respostas às mudanças climáticas globais.

"As tecnologias de emissões negativas - para a remoção líquida de gases de efeito estufa da atmosfera - agora são consideradas essenciais para estabilizar o clima, "disse Radu Custelcean de ORNL, quem concebeu e conduziu o estudo. Esta opinião ecoa as conclusões de um relatório recente da National Academy of Sciences. "Nossa abordagem de captura direta de ar fornece a base para uma tecnologia de emissões negativas sustentável em energia, " ele adicionou.

A realização se baseia em um estudo de prova de princípio que os químicos conduziram no ano passado, que foi aprimorado por meio de um processo de dois ciclos que aumentou drasticamente a velocidade e a capacidade de absorção de CO2 e que recicla completamente o absorvente de aminoácido e o composto de guanidina.

É mais barato e mais fácil cortar as emissões de CO2 em sua fonte do que recapturar as emissões da atmosfera. Sem considerar, A implantação em grande escala de tecnologias como a captura direta de CO2 pelo ar agora é considerada necessária para limitar o aumento da temperatura média global a 2 graus C (~ 4 graus Fahrenheit).

Limitar o aquecimento a 2 graus C exigiria pegar bilhões de toneladas, ou gigatoneladas, de CO2 da atmosfera. Em princípio, árvores poderiam fazer isso. Contudo, para capturar CO2 nesta escala, "você precisaria plantar árvores em uma superfície do tamanho da Índia, "Custelcean disse. Capturar um gigaton de CO2 por ano com purificadores industriais exigiria apenas cerca de 7, 000 quilômetros quadrados (~ 2, 700 milhas quadradas) - uma área menor que a grande ilha do Havaí, disse o co-autor Neil Williams.

Para o recente estudo ORNL, Williams e Flavien Brethomé misturaram aminoácidos com água para fazer um sorvente aquoso para capturar o CO2 do ar. Os aminoácidos são mais seguros do que os hidróxidos de sódio ou potássio cáusticos ou aminas malcheirosas, os sorventes usados ​​em purificadores de CO2 industriais.

Os cientistas colocaram seu sorvente aquoso em um umidificador doméstico para maximizar o contato entre o ar e o sorvente e, assim, acelerar a absorção de CO2. Uma vez absorvido pelo líquido, o CO2 formou um sal bicarbonato.

O colega Charles Seipp projetou e sintetizou um composto orgânico contendo guanidinas, grupos químicos comuns em proteínas que podem ligar íons carregados negativamente. Williams e Brethomé adicionaram o composto de guanidina de Seipp à solução de adsorvente de aminoácidos carregada contendo bicarbonato, criar um sal de carbonato insolúvel que precipitou da solução e regenerar o absorvente de aminoácido, que pode ser reciclado.

Uma parte crítica do estudo foi uma análise termodinâmica completa do processo por Custelcean e Michelle Kidder, quem determinou quanta energia era necessária para conduzir cada reação química. A última etapa - liberar CO2 dos cristais de carbonato para que possa ser armazenado por longo prazo - é especialmente importante para o desenvolvimento de um processo sustentável de energia. Como o CO2 está ligado a um sólido de carbonato de guanidina, pode ser liberado a temperaturas muito mais baixas (80-160 graus C, ou 176–320 graus F) do que dos sais inorgânicos usados ​​nas tecnologias de captura atuais, que requerem temperaturas acima de 800 graus C (1, 472 graus F) para liberar o CO2. No entanto, a análise mostrou que o calor necessário para liberar o CO2 dos cristais de carbonato de guanidina ainda é significativo.

Para tornar o processo global de energia sustentável, A Custelcean decidiu empregar energia solar concentrada. Ele adquiriu um forno movido a energia solar, normalmente usado para cozinhar alimentos usando um espelho parabólico para concentrar os raios solares. Os cristais de carbonato de guanidina foram colocados em uma bandeja dentro do forno solar, e o CO2 foi liberado em apenas 2 minutos, em um processo de regeneração do composto de guanidina para reciclagem.

“Usar energia renovável é importante porque, tanto quanto possível, você deseja evitar a produção de mais CO2 no processo de captura, "Custelcean disse. Este experimento usou calor solar, mas o calor residual - como de condicionadores de ar e usinas de energia - também funcionaria, ele disse.

Seguindo em frente, os pesquisadores gostariam de projetar mais simples, sorventes à base de guanidina mais eficientes e obter uma melhor compreensão da estrutura, aspectos termodinâmicos e mecanísticos do processo de captura direta de ar.

"Todos os cristais que fizemos até agora incluem água que hidrata os ânions carbonatos, "Custelcean explicou." Quando você tenta liberar o CO2, você tem que dessorver a água também, e isso consome a maior parte da energia. Estamos tentando projetar ligantes de guanidina de próxima geração que ligam o CO2 como carbonato 'seco'. "

O processo em escala de bancada do ORNL atualmente pode capturar até 100 gramas de CO2 em 24 horas.

Os pesquisadores solicitaram patentes que descrevem o processo. Para a próxima fase, eles procuram um parceiro industrial para expandir o processo de demonstração de bancada a planta piloto e, eventualmente, planta industrial em grande escala.

O título do artigo é "Captura direta de CO2 por ar através da absorção da fase aquosa e liberação da fase cristalina usando energia solar concentrada."

O DOE Office of Science apoiou a pesquisa.