CO₂ global as emissões para 2022 atingiram 36,1 gigatoneladas, o que consumiu 13-36% do orçamento de carbono restante para limitar o aquecimento a 1,5°C, o que significa que as nossas emissões permitidas poderão ser esgotadas dentro de dois anos.



Tecnologias de captura direta de ar (DAC) extraem CO₂ diretamente da atmosfera em qualquer local, mas a sua praticidade é limitada pelas maiores necessidades energéticas e custos globais. Em particular, a maioria dos sistemas baseados em absorventes sólidos não podem funcionar bem em condições úmidas e têm altas temperaturas de regeneração ou requerem condições de vácuo.

Projeto de hidrogéis sustentáveis ​​de captura de carbono (SCCH)

Para superar esses desafios, desenvolvemos hidrogéis sustentáveis ​​de captura de carbono (SCCH) como um material inovador para CO₂ captura com alta absorção e energia de regeneração excepcionalmente baixa (Figura 1). O estudo foi publicado na revista Nano Letters .

Em contraste com outros materiais sorventes onde a água inerte leva à regeneração térmica com uso intensivo de energia, a água nos hidrogéis tem uma entalpia de evaporação reduzida que pode contribuir para uma energia de regeneração reduzida. O SCCH consiste em goma konjac de biomassa de baixo custo, celulose termorresponsiva e polietilenimina uniformemente dispersa (PEI). Outra vantagem deste SCCH é a sua estrutura hierárquica única. Os poros em micro e nanoescala permitem CO₂ transporte e fácil acesso a locais de aminas ativas.

Desempenho de captura de dióxido de carbono

O vapor de água pré-capturado aumenta o CO₂ ligação com PEI, o que leva a uma capacidade de captura muito maior em condições úmidas (Figura 2, à esquerda). Além disso, o CO₂ capturado libera com baixo fornecimento de energia (Figura 2, à direita), o que pode ser alcançado por aquecimento elétrico moderado ou irradiação solar sem vácuo, desde que a temperatura atinja ~60°C. Isto é auxiliado pela redução da entalpia de evaporação da água em hidrogéis hidrofílicos e pela capacidade de resposta térmica da celulose.

Destacamos também outra vantagem do nosso SCCH, que é a facilidade de preparo. O gel pode ser feito com materiais disponíveis no mercado, dissolvido em água, colocado em um molde e seguido de um processo de liofilização. Isto é escalável e durável no ar ambiente, o que beneficia a aplicação prática. Com uma temperatura de regeneração tão baixa, os nossos novos hidrogéis podem ser uma plataforma de materiais revolucionária para uma gestão mais sustentável da qualidade do ar e tecnologias DAC.

Esta história faz parte do Science X Dialog, onde os pesquisadores podem relatar as descobertas de seus artigos de pesquisa publicados. Visite esta página para obter informações sobre o ScienceX Dialog e como participar.

Mais informações: Youhong Guo et al, Hidrogéis Escaláveis ​​Derivados de Biomassa para Captura Sustentável de Dióxido de Carbono, Nano Letras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02157
Informações do diário: Nanoletras

Youhong Guo é pós-doutorado no Departamento de Engenharia Química do Massachusetts Institute of Technology, trabalhando com o Prof. T. Alan Hatton. Seus interesses de pesquisa são o desenvolvimento de materiais poliméricos para aplicações em sustentabilidade energética e ambiental.