Se os humanos criaram uma sala de emissões da vergonha, quais poluentes você indicaria?

O dióxido de carbono e o metano provavelmente seriam os favoritos dos fãs. Mas pare um momento e considere meu candidato azarão:o dióxido de enxofre. Ao contrário de suas contrapartes baseadas em carbono, o dióxido de enxofre não é considerado um dos principais gases do efeito estufa e não recebe tanta atenção na mídia. Em vez de, ele faz seu trabalho sujo de outras maneiras.

O dióxido de enxofre é emitido principalmente através da queima de combustíveis fósseis de usinas de energia, indústria, automóveis, aviões e navios. O dióxido de enxofre, então, encontra outras moléculas atmosféricas no ar, combina com eles, e forma partículas contendo enxofre.

Essas partículas inaláveis ​​podem ser muito pequenas - algumas com menos de um décimo da largura de um cabelo humano - e contribuem para a chuva ácida, neblina e poluição. Todos eles causam complicações respiratórias e agravam as condições existentes, como a asma. Na verdade, esses particulados são considerados o poluente do ar com maior impacto na saúde pública.

Sou um químico orgânico desenvolvendo tecnologias para resolver desafios, problemas de grande escala, como poluição de enxofre em nível molecular.

Um problema global

Morando em Los Angeles, é impossível evitar a poluição por partículas contendo enxofre diariamente e é um problema significativo de saúde pública em muitas outras cidades da América do Norte também. Outras partes do mundo, incluindo muitas cidades da Índia e China, ainda pior.

Mas há uma fresta de esperança em nossa nuvem de fumaça. Considerando que o dióxido de carbono é um subproduto necessário da combustão de combustível fóssil, o dióxido de enxofre, não. Ao contrário do carbono, o enxofre é, na verdade, um contaminante indesejado nos combustíveis. Isso significa que se todo o enxofre pudesse ser removido dos combustíveis fósseis antes de serem queimados, as emissões de enxofre seriam reduzidas e a poluição controlada.

Felizmente, a maior parte do enxofre já é removida dos combustíveis durante o refino por meio de um notável processo químico denominado hidrodessulfurização. O enxofre é retirado do combustível na forma de sulfeto de hidrogênio, que é subsequentemente convertido em enxofre sólido, ou ácido sulfúrico. Mas certas moléculas de enxofre teimosas tendem a contornar esse processo completamente e esses contaminantes encontram seu caminho em nossos tanques de gás. Por exemplo, mesmo o diesel com baixo teor de enxofre (ULSD) contém cerca de 10 a 15 partes por milhão de enxofre.

O processo de hidrodessulfurização depende de um catalisador de metal, altas pressões de gás hidrogênio, e altas temperaturas - é ciência e engenharia muito complexas. O especialista em catalisador e refino Valentin Parmon refletiu sobre o quão sofisticado esse processo realmente é em uma palestra de 2016. Iniciar, ele observou que há mais países com capacidade técnica para produzir armas nucleares do que países que podem refinar combustíveis substancialmente.

Com a expectativa de crescimento da demanda global por petróleo até cerca de 2040, cientistas e engenheiros devem encontrar rapidamente uma maneira de reduzir ainda mais a quantidade de enxofre nos combustíveis, idealmente para níveis insignificantes. Essa descoberta permitiria às pessoas em todo o mundo uma chance de respirar mais facilmente.

Química acelerada

Em 2016, Defendi meu Ph.D. em química orgânica do laboratório Grubbs em Caltech. Durante meus estudos, minha equipe e eu descobrimos que uma classe de moléculas contendo o elemento potássio poderia atuar como catalisadores e melhorar processos químicos desafiadores. Este tipo de comportamento foi muito surpreendente porque os catalisadores industriais costumam usar metais pesados ​​caros, como paládio, ou outros metais que requerem altas temperaturas para serem ativos. Em contraste, o potássio é um componente de minerais comuns. É o sétimo elemento mais abundante na crosta terrestre - 20 milhões de vezes mais abundante que o paládio e ordens de magnitude mais barato.

Até aqui, encontramos usos para nossa tecnologia de potássio em uma série de aplicações importantes, especialmente em saúde e energia. Quando saí do Caltech em 2016, tínhamos um grande número de patentes concedidas e pendentes para essa química e estamos trabalhando em muitas outras agora.

Eu estava ansioso para começar a aplicar essas descobertas para resolver problemas globais, então, naquele mesmo ano, me associei aos empresários Nick Slavin e Nova Spivack e fundei a Fuzionaire para comercializar essa tecnologia.

Removendo enxofre com potássio

Em 2013, promissor trabalho inicial iniciado por meu amigo e colega da Caltech, Dr. Alexey Fedorov, nos inspirou a considerar o uso da tecnologia do potássio para remover o enxofre do combustível. Quatro anos depois, Alexey e eu, junto com uma equipe internacional de colaboradores acadêmicos e industriais, publicou um artigo descrevendo nossas descobertas.

O método se mostrou muito eficaz. No laboratório, poderíamos reduzir a concentração de enxofre em uma amostra de combustível diesel rico em enxofre de 10, 000 partes por milhão para duas, excedendo os ambiciosos regulamentos internacionais de enxofre para combustíveis de transporte, e fazê-lo em baixas temperaturas e pressões.

Ano passado, dois artigos de cientistas chineses de várias instituições em Jiangsu, Shandong, e Pequim aplicou nosso método à base de potássio para remover o enxofre do carvão bruto extraído nas regiões de Xinyu e Guxian. Seus experimentos usando quantidades de carvão do tamanho de tubos de ensaio foram bem-sucedidos e em 80 minutos eles removeram mais de 60% do enxofre.

Nesta fase, nosso método de dessulfuração ainda não foi usado para refinar grandes quantidades de combustível, portanto, as próximas etapas envolvem a implementação de soluções de engenharia e o ajuste da química para aumento de escala.

Olhando para a frente

Embora seja necessário trabalhar para melhorar a técnica de dessulfurização para torná-la adequada para o refino em grande escala, esses primeiros resultados são encorajadores. Quase todas as emissões de dióxido de enxofre na Índia vêm do carvão, fazendo com que aproximadamente 33 milhões de pessoas vivam em áreas com poluição substancial de dióxido de enxofre. Na China, Acredita-se que as emissões de dióxido de enxofre principalmente da queima de carvão contribuam para mais de 230, 000 mortes todos os anos com um custo econômico de mais de US $ 100 bilhões.

Nos próximos 20 anos, a população mundial aumentará em cerca de 1,7 bilhão, principalmente em áreas urbanas de economias em desenvolvimento. Espera-se que isso aumente a demanda de energia em 25% até 2040. E apesar do impulso em direção à eletrificação e às energias renováveis, os combustíveis fósseis devem permanecer um alicerce do crescimento econômico por décadas, e é crucial que eles queimem da forma mais limpa possível.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.