Quando os astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) exalam dióxido de carbono (CO2), é removido do ar e bombeado para o espaço. Uma versão baseada na Terra poderia ajudar a remover as emissões de gases de efeito estufa de nossa atmosfera?

A fim de limitar o aquecimento global a 1,5˚C acima dos níveis pré-industriais e evitar alguns dos piores impactos das mudanças climáticas, significa eliminar todas as 42 bilhões de toneladas de emissões anuais de CO2 até 2050.

Uma maneira de fazer isso é cortar as emissões. Outra é projetar materiais que possam remover o CO2 que já está na atmosfera ou antes de ser expelido. O problema é que ninguém descobriu a melhor forma de fazer isso - ainda.

O sistema de filtro de ar no espaço inspirou o Professor Stefano Brandani e o Dr. Giulio Santori da Universidade de Edimburgo, REINO UNIDO, desenvolver uma forma de capturar e concentrar CO2 diretamente da atmosfera. Essa estratégia ambiciosa - de construir a chamada árvore artificial - permitiria que o CO2 capturado fosse armazenado em grandes reservatórios subterrâneos.

Zeólito

O CO2 respirado pelos astronautas a bordo da ISS é capturado usando um mineral semelhante a uma esponja chamado zeólita, que tem poros minúsculos para travar uma molécula de CO2. Na estação espacial, os zeólitos esvaziam seu CO2 quando expostos ao vácuo do espaço.

Como parte de um projeto chamado ACCA, O Dr. Santori está hackeando o sistema para que funcione na Terra. Isso é mais desafiador. "Há muito mais CO2 para capturar e as concentrações são mais diluídas para começar na Terra, por isso consome muito mais energia, "ele explicou." A concentração inicial de CO2 na ISS é uma ordem de magnitude maior. "

O novo sistema funciona com uma série de leitos de adsorção de zeólita. Cada um absorve CO2, concentra um pouco e libera quando aquecido. "É como uma esponja. Você regenera o material usando o calor. Quando está frio, leva muito (de CO2), "disse o Dr. Santori.

Este CO2 então se move para um novo leito de adsorção, o que novamente empurra as moléculas de gás para mais perto. O gás é, portanto, comprimido mais a cada etapa, sem a necessidade de peças móveis como bombas de vácuo. As mudanças de temperatura são o motor desse processo. O aquecimento e resfriamento do material esponjoso faz com que ele libere o gás, e pegue mais.

Com cinco camas de zeólitas, esvaziado com calor - que poderia ser o calor residual de uma instalação industrial - e resfriado à temperatura ambiente, O CO2 pode ser capturado com uma pureza acima de 95%, com pouca energia consumida.

"Se você pudesse capturar CO2 do ar, isso permitirá que você o comprima e armazene em uma instalação geológica próxima, "disse o Dr. Santori, que acredita que a captura e armazenamento em larga escala do carbono é a estratégia ideal para diminuir o CO2 na atmosfera.

A longo prazo, as zeólitas poderiam ser usadas em estações que capturassem CO2 diretamente do ar - mas isso ainda está muito longe, pois a compressão de CO2 é apenas parte do problema. Como o CO2 é muito diluído no ar ambiente, tecnologia como ventiladores gigantes seria necessária para sugá-lo para as estações sem gastar muita energia ou dinheiro - algo que ainda é um obstáculo muito alto para as tecnologias atuais. O professor Brandani disse:"A questão é quanto custa e quem é o dono do CO2."

Uma opção a curto prazo é se concentrar em retirar o CO2 dos gases residuais produzidos pela indústria antes de ser liberado na atmosfera.

O CO2 é expelido por usinas movidas a combustíveis fósseis, mas indústrias como aço e cimento também emitem muito CO2. As reações químicas necessárias para transformar calcário em cimento, por exemplo, liberar o gás CO2 e apenas a fabricação de cimento libera 7% de todas as emissões globais de carbono.

Membranas

A ideia é instalar membranas que prendam CO2, que pode então ser concentrado e comprimido para armazenamento. “As membranas são eficientes e podem economizar energia em comparação com outros sistemas, "disse o professor Marco Giacinti Baschetti da Universidade de Bolonha, Itália.

Em estratégias tradicionais usadas por indústrias como usinas de carvão, O CO2 é capturado em líquidos especiais ou estruturas semelhantes a esponjas sólidas, mas estes devem ser aquecidos para liberar o CO2. Isso não é necessário com membranas. Todas as tecnologias existentes, Contudo, são caros. Os materiais atuais da membrana não são duráveis ​​o suficiente e não separam o CO2 bem o suficiente para serem economicamente viáveis.

O Prof. Baschetti dirige um projeto chamado NANOMEMC ² que está desenvolvendo várias membranas diferentes para a captura de CO2. Em novembro, a equipe está testando uma nova membrana em uma fábrica de cimento da Colacem na Itália.

Desenvolvido por cientistas do projeto da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, a membrana é feita de fibras ocas, cerca de um milímetro de espessura, e coberto com uma camada extremamente fina de nanocelulose e polímero misturado com aminoácidos artificiais. O nanoceluose, que é feito de fibras minúsculas de madeira, permite que o CO2 permeie, enquanto bloqueia outros gases. O aminoácido agarra o CO2 e o puxa através da membrana.

"As fábricas de cimento geram CO2 a partir da combustão e da fabricação de cimento, então seu gás de combustão tem alto teor de CO2, "disse o Prof Baschetti." Vamos alimentar este gás através de nossa membrana para separar o CO2, mas é claro que quando você faz isso na indústria, alguma poeira e impurezas estarão presentes. Queremos ver se nossa membrana ainda pode funcionar corretamente com esse gás de combustão real. "A membrana também será testada na Universidade de Sheffield, REINO UNIDO.

Este projeto não colocou todas as suas fichas de apostas em uma membrana. "Começamos no laboratório e rastreamos mais de 60 tipos de membranas, "disse a Dra. Maria-Chiara Ferrari, um cientista do projeto da Universidade de Edimburgo, REINO UNIDO. Existem cerca de quatro candidatos a membrana que são baseados no transporte facilitado - isto é, quando uma molécula transportadora ajuda a se conectar ao CO2 e transportá-lo através da membrana.

Embora pareça promissor, a tecnologia ainda está em um estágio muito inicial - e pequeno. As membranas feitas até agora no laboratório cabem na palma da mão, enquanto as membranas de teste terão o tamanho aproximado de uma página A4. "Uma planta real completa precisará de centenas de milhares de metros quadrados e a unidade de separação completa ocupará cerca de três contêineres em volume, "Dr. Ferrari explicou.