A dispendiosa separação de gases pode não ser necessária para reciclar o CO₂ do ar e de plantas industriais
Visão geral do CO emergente2 caminhos de captura e conversão. Fluxo de processo proposto para CO2 eletrificado conversão com seleção de matéria-prima de gás residual, omissão ou inclusão de dispositivo de separação de gás e escolha de CO2 nanotecnologia de conversão. Crédito:Ciência Ambiental:Nano (2024). DOI:10.1039/D3EN00912B Um passo dispendioso no processo de retirar as emissões de dióxido de carbono e convertê-las em produtos úteis, como biocombustíveis e produtos farmacêuticos, pode não ser necessário, segundo investigadores da Universidade de Michigan.
O artigo foi publicado na revista Environmental Science:Nano .
O dióxido de carbono na atmosfera da Terra é um dos principais impulsionadores das alterações climáticas, sendo a queima de combustíveis fósseis responsável por 90% de todo o CO2 emissões. Os novos regulamentos da EPA introduzidos em Abril exigem que as fábricas de combustíveis fósseis reduzam as suas emissões de gases com efeito de estufa em 90% até 2039.
Muitos pesquisadores argumentam que armazenar esse CO2 seria um desperdício quando o carbono é necessário para fabricar muitos produtos dos quais dependemos diariamente, como roupas, perfumes, combustível de aviação, concreto e plástico. Mas reciclar CO2 normalmente exige que seja separado de outros gases – um processo com um preço que pode ser proibitivo.
Agora, novos tipos de eletrodos, reforçados com uma camada de bactérias, podem pular essa etapa. Enquanto os eletrodos metálicos convencionais reagem com o enxofre, o oxigênio e outros componentes do ar e dos gases de combustão, as bactérias parecem menos sensíveis a eles.
“Os micróbios nesses eletrodos, ou biocatalisadores, podem usar concentrações menores de CO2 e parecem mais robustos em termos de manuseio de impurezas quando comparados com eletrodos que usam catalisadores metálicos", disse Joshua Jack, professor assistente de engenharia civil e ambiental da UM e primeiro autor do artigo na capa da Environmental Science Nano.
"As plataformas que utilizam metais parecem ser muito mais sensíveis a impurezas e muitas vezes necessitam de CO2 mais elevado concentração para trabalhar. Então, se você quiser pegar CO2 diretamente das emissões das usinas de energia, o catalisador biótico pode ser capaz de fazer isso com uma limpeza mínima desse gás”.
Porque CO2 é uma das moléculas mais estáveis, afastar o carbono do oxigênio consome muita energia, entregue na forma de eletricidade. Por exemplo, eletrodos de metal retiram um dos átomos de oxigênio, resultando em monóxido de carbono, que pode ser utilizado em reações posteriores para produzir produtos químicos úteis. Mas outras moléculas também podem reagir com esses elétrons.
Os micróbios, por outro lado, podem ser muito mais visados. Eles não apenas trabalham juntos para remover o oxigênio, mas com a ajuda dos elétrons fornecidos pelo eletrodo, também começam a transformar o carbono em moléculas mais complexas.
Para avaliar a potencial economia de custos com o uso de biocatalisadores para evitar a etapa de separação de gases, a equipe de Jack analisou dados de estudos anteriores, estabelecendo taxas de eficiência para a conversão de diferentes gases residuais contendo CO2 . Eles então usaram esses dados para avaliar a pegada de carbono e os custos de produção de vários CO2 -produtos derivados.
Os resultados mostraram que o uso de eletricidade renovável, como células solares, com concentração de CO2 fonte, sem separação de gases, permite a menor pegada de carbono e produtos mais competitivos em termos de custo.
Mas este cenário ideal só é possível para CO2 especialmente limpo e concentrado fontes, como a fermentação em usinas de bioetanol. Separando CO2 provenientes de gases de combustão em operações de queima de combustíveis fósseis pode custar de US$ 40 a US$ 100 por tonelada de CO2 . E para fontes excepcionalmente diluídas, como o ar normal, o custo pode chegar a US$ 300 a US$ 1.000 por tonelada.
A análise mostrou que, ao usar gases residuais ou ar diretamente, a reciclagem de CO2 provenientes de fontes diluídas poderiam tornar-se economicamente viáveis.
"Nossa esperança é acelerar a escalabilidade do CO2 tecnologias de conversão para mitigar as mudanças climáticas e melhorar a circularidade do carbono", disse Jack. "Queremos descarbonizar rapidamente a energia e agora até mesmo a indústria química, em um prazo muito mais rápido."
