Uma nova maneira de remover o dióxido de carbono de uma corrente de ar pode ser uma ferramenta significativa na batalha contra as mudanças climáticas. O novo sistema pode funcionar com o gás em praticamente qualquer nível de concentração, até mesmo para as cerca de 400 partes por milhão atualmente encontradas na atmosfera.

A maioria dos métodos de remoção de dióxido de carbono de uma corrente de gás requer concentrações mais altas, como aqueles encontrados nas emissões de combustão de usinas de energia baseadas em combustíveis fósseis. Algumas variações foram desenvolvidas que podem funcionar com as baixas concentrações encontradas no ar, mas o novo método é significativamente menos intensivo em energia e caro, dizem os pesquisadores.

A tecnica, com base na passagem de ar por uma pilha de placas eletroquímicas carregadas, é descrito em um novo artigo na revista Energia e Ciência Ambiental , pelo pós-doutorado do MIT Sahag Voskian, que desenvolveu o trabalho durante seu doutorado, e T. Alan Hatton, o Professor Ralph Landau de Engenharia Química.

O dispositivo é essencialmente grande, bateria especializada que absorve dióxido de carbono do ar (ou outro fluxo de gás) passando sobre seus eletrodos enquanto está sendo carregada, e então libera o gás à medida que é descarregado. Em operação, o dispositivo simplesmente alternaria entre carregar e descarregar, com ar fresco ou gás de alimentação sendo soprado através do sistema durante o ciclo de carregamento, e então o puro, dióxido de carbono concentrado sendo expelido durante a descarga.

Conforme a bateria carrega, uma reação eletroquímica ocorre na superfície de cada uma de uma pilha de eletrodos. Estes são revestidos com um composto chamado poliantraquinona, que é composto por nanotubos de carbono. Os eletrodos têm uma afinidade natural com o dióxido de carbono e reagem prontamente com suas moléculas na corrente de ar ou gás de alimentação, mesmo quando está presente em concentrações muito baixas. A reação reversa ocorre quando a bateria é descarregada - durante a qual o dispositivo pode fornecer parte da energia necessária para todo o sistema - e no processo ejeta um fluxo de dióxido de carbono puro. Todo o sistema opera em temperatura ambiente e pressão de ar normal.

"A maior vantagem desta tecnologia sobre a maioria das outras tecnologias de captura ou absorção de carbono é a natureza binária da afinidade do adsorvente com o dióxido de carbono, "explica Voskian. Em outras palavras, o material do eletrodo, por sua natureza, "tem uma alta afinidade ou nenhuma afinidade, "dependendo do estado de carga ou descarga da bateria. Outras reações usadas para captura de carbono requerem etapas intermediárias de processamento químico ou a entrada de energia significativa, como calor, ou diferenças de pressão.

"Essa afinidade binária permite a captura de dióxido de carbono de qualquer concentração, incluindo 400 partes por milhão, e permite sua liberação em qualquer fluxo de operadora, incluindo 100 por cento CO ₂ , "Voskian diz. Isto é, à medida que qualquer gás flui através da pilha dessas células eletroquímicas planas, durante a etapa de liberação, o dióxido de carbono capturado será levado junto com ele. Por exemplo, se o produto final desejado for dióxido de carbono puro para ser usado na carbonatação de bebidas, então, uma corrente de gás puro pode ser soprada através das placas. O gás capturado é então liberado das placas e se junta ao fluxo.

Em algumas fábricas de engarrafamento de refrigerantes, combustível fóssil é queimado para gerar o dióxido de carbono necessário para dar efervescência às bebidas. De forma similar, alguns agricultores queimam gás natural para produzir dióxido de carbono para alimentar suas plantas em estufas. O novo sistema pode eliminar a necessidade de combustíveis fósseis nessas aplicações, e no processo estar realmente tirando o gás do efeito estufa do ar, Voskian diz. Alternativamente, o fluxo de dióxido de carbono puro poderia ser comprimido e injetado no subsolo para descarte de longo prazo, ou mesmo transformado em combustível por meio de uma série de processos químicos e eletroquímicos.

O processo que esse sistema usa para capturar e liberar dióxido de carbono "é revolucionário", diz ele. "Tudo isso em condições ambientais - não há necessidade de energia térmica, pressão, ou insumo químico. São apenas essas folhas muito finas, com ambas as superfícies ativas, que pode ser empilhado em uma caixa e conectado a uma fonte de eletricidade. "

"Em meus laboratórios, temos nos esforçado para desenvolver novas tecnologias para enfrentar uma série de questões ambientais que evitam a necessidade de fontes de energia térmica, mudanças na pressão do sistema, ou adição de produtos químicos para completar os ciclos de separação e liberação, "Hatton diz." Esta tecnologia de captura de dióxido de carbono é uma demonstração clara do poder das abordagens eletroquímicas que requerem apenas pequenas oscilações de voltagem para conduzir as separações. "

Em uma fábrica de trabalho, por exemplo, em uma usina elétrica onde o gás de exaustão está sendo produzido continuamente - dois conjuntos dessas pilhas de células eletroquímicas poderiam ser montados lado a lado para operar em paralelo, com o gás de combustão sendo direcionado primeiro para um conjunto para captura de carbono, em seguida, é desviado para o segundo conjunto, enquanto o primeiro entra em seu ciclo de descarga. Alternando para frente e para trás, o sistema sempre pode estar capturando e descarregando o gás. No laboratório, a equipe provou que o sistema pode suportar pelo menos 7, 000 ciclos de carga e descarga, com uma perda de 30 por cento na eficiência ao longo desse tempo. Os pesquisadores estimam que podem facilmente melhorar isso para 20, 000 a 50, 000 ciclos.

Os próprios eletrodos podem ser fabricados por métodos de processamento químico padrão. Embora hoje isso seja feito em um ambiente de laboratório, pode ser adaptado para que, em última análise, possam ser feitos em grandes quantidades por meio de um processo de fabricação rolo a rolo semelhante a uma impressora de jornais, Voskian diz. "Desenvolvemos técnicas muito econômicas, " ele diz, estimando que poderia ser produzido por algo como dezenas de dólares por metro quadrado de eletrodo.

Em comparação com outras tecnologias de captura de carbono existentes, este sistema é bastante eficiente em termos de energia, usando cerca de um gigajoule de energia por tonelada de dióxido de carbono capturado, consistentemente. Outros métodos existentes têm consumo de energia que varia entre um a 10 gigajoules por tonelada, dependendo da concentração de dióxido de carbono na entrada, Voskian diz.

Os pesquisadores montaram uma empresa chamada Verdox para comercializar o processo, e espero desenvolver uma planta em escala piloto nos próximos anos, ele diz. E o sistema é muito fácil de aumentar, ele diz:"Se você quiser mais capacidade, você só precisa fazer mais eletrodos. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.