p Como parte de uma maratona de esforço de pesquisa para reduzir o custo da captura de carbono, químicos já demonstraram um método para apreender dióxido de carbono (CO ₂ ) que reduz os custos em 19 por cento em comparação com a tecnologia comercial atual. A nova tecnologia requer 17 por cento menos energia para realizar a mesma tarefa que suas contrapartes comerciais, ultrapassando barreiras que impediram outras formas de captura de carbono de uso industrial generalizado. E pode ser facilmente aplicado em sistemas de captura existentes. p Em um estudo publicado na edição de março de 2021 da Jornal Internacional de Controle de Gases de Efeito Estufa , pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia dos EUA - juntamente com colaboradores da Fluor Corp. e do Electric Power Research Institute - descrevem as propriedades do solvente, conhecido como EEMPA, que permitem contornar as demandas energeticamente caras incorridas por solventes tradicionais.

p "EEMPA tem algumas qualidades promissoras, "disse o engenheiro químico Yuan Jiang, autor principal do estudo. “Ele pode capturar dióxido de carbono sem alto teor de água, então é pobre em água, e é muito menos viscoso do que outros solventes pobres em água. "

p Os métodos de captura de carbono são diversos. Eles variam de aminas aquosas - os solventes ricos em água que correm através das unidades de captura atualmente disponíveis comercialmente, que Jiang usou como uma comparação industrial - para membranas de eficiência energética que filtram CO ₂ de gases de combustão emitidos por usinas de energia.

p CO atmosférico atual ₂ os níveis subiram mais nos últimos anos do que em qualquer ponto nos últimos 800, 000 anos, como um novo recorde de 409,8 partes por milhão foi atingido em 2019. CO ₂ é liberado principalmente por meio de atividades humanas, como a combustão de combustível fóssil, e as concentrações atmosféricas de hoje excedem os níveis pré-industriais em 47 por cento.

p A um custo de $ 400- $ 500 milhões por unidade, a tecnologia comercial pode capturar carbono em cerca de US $ 58,30 por tonelada métrica de CO ₂ , de acordo com uma análise DOE. EEMPA, de acordo com o estudo de Jiang, pode absorver CO ₂ do gás de combustão da usina de energia e, posteriormente, liberá-lo como CO puro ₂ por apenas $ 47,10 por tonelada métrica, oferecendo uma opção de tecnologia adicional para operadores de usinas de energia para capturar seu CO ₂ .

p O estudo de Jiang descreveu sete processos que as usinas de energia podem adotar ao usar EEMPA, variando de configurações simples semelhantes às descritas na tecnologia dos anos 1930, para configurações de vários estágios de maior complexidade. Jiang modelou os custos de energia e material para executar tais processos em uma usina a carvão de 550 megawatts, descobrindo que cada método se aglutina perto da marca de US $ 47,10 por tonelada métrica.

p Resolvendo os problemas de um solvente

p Uma das primeiras patentes conhecidas para a tecnologia de captura de carbono à base de solvente surgiu em 1930, arquivado por Robert Bottoms.

p "Eu não estou brincando com você, "disse o químico verde David Heldebrant, coautor do novo estudo. "Noventa e um anos atrás, Bottoms usou quase o mesmo projeto de processo e química para resolver o que agora conhecemos como um problema do século XXI. "

p O processo químico para extração de CO ₂ do gás pós-combustão permanece praticamente inalterado:aminas ricas em água se misturam com gás de combustão, absorver CO ₂ e mais tarde são despojados do gás, que é então compactado e armazenado. Mas as aminas aquosas têm limitações. Porque eles são ricos em água, eles devem ser fervidos em altas temperaturas para remover o CO ₂ e, em seguida, resfriados antes que possam ser reutilizados, elevando os custos.

p "Queríamos acertá-lo do outro lado e perguntar, por que não estamos usando a química do século 21 para isso? ", disse Heldebrant. em 2009, ele e seus colegas começaram a projetar solventes pobres em água como alternativa. Os primeiros solventes eram muito viscosos para serem usados.

p "'Olhar, '", lembrou-se de parceiros da indústria dizendo, “'seu solvente está congelando e se transformando em vidro. Não podemos trabalhar com isso.' Então, nós dissemos, OK. Desafio aceito."

p Na próxima década, a equipe PNNL refinou a química do solvente com o objetivo explícito de superar a "barreira da viscosidade". A chave, acabou, era usar moléculas que se alinhavam de forma a promover ligações de hidrogênio internas, deixando menos átomos de hidrogênio para interagir com moléculas vizinhas.

p Heldebrant faz uma comparação com crianças correndo em uma piscina de bolinhas:se duas crianças seguram as mãos uma da outra enquanto passam, eles se movem lentamente. Mas se eles segurarem suas próprias mãos em vez disso, eles passam por dois menores, objetos que se movem mais rápido. A ligação de hidrogênio interna também deixa menos átomos de hidrogênio para interagir com o geral, semelhante a remover bolas da cova.

p Pivotando para plástico

p Onde o solvente da equipe já foi viscoso como mel, agora fluía como água da chaleira. EEMPA é 99 por cento menos viscoso do que as formulações anteriores pobres em água do PNNL, agora quase no mesmo nível dos solventes comerciais, permitindo que sejam utilizados na infraestrutura existente, que é amplamente construído em aço. Girando para plástico no lugar de aço, a equipe encontrou, pode reduzir ainda mais os custos do equipamento.

p O aço é caro de produzir, caro para transportar e tende a corroer com o tempo em contato com solventes. Com um décimo do peso, substituir o aço pelo plástico pode reduzir o custo geral em outros US $ 5 por tonelada métrica, de acordo com um estudo conduzido por Jiang em 2019.

p O emparelhamento com plástico oferece outra vantagem para EEMPA, cuja área de superfície reativa é aumentada em sistemas plásticos. Como as aminas aquosas tradicionais também não podem "molhar" o plástico (pense em gotas de água no Teflon), esta vantagem é exclusiva do novo solvente.

p A equipe PNNL planeja produzir 4, 000 galões de EEMPA em 2022 para analisar em uma escala de 0,5 megawatt dentro das instalações de teste no Centro Nacional de Captura de Carbono no Condado de Shelby, Alabama, em um projeto liderado pelo Electric Power Research Institute em parceria com o Research Triangle Institute International. Eles continuarão testando em escalas crescentes e refinarão ainda mais a química do solvente, com o objetivo de atingir a meta do Departamento de Energia dos EUA de implantar tecnologia disponível comercialmente que pode capturar CO ₂ a um custo de $ 30 por tonelada métrica em 2035.