Pesquisadores da Faculdade de Ciências da Universidade Estadual de Oregon demonstraram o potencial de um nanomaterial barato para eliminar o dióxido de carbono das emissões industriais.



As descobertas, publicadas na Cell Reports Physical Science , são importantes porque métodos aprimorados de captura de carbono são fundamentais para enfrentar as mudanças climáticas, disse Kyriakos Stylianou da OSU, que liderou o estudo.

O dióxido de carbono, um gás com efeito de estufa, resulta da queima de combustíveis fósseis e é uma das principais causas do aquecimento climático.

Instalações que filtram o carbono do ar estão a começar a surgir em todo o mundo – a maior do mundo foi inaugurada em 2021 na Islândia – mas não estão preparadas para causar uma grande redução no problema das emissões mundiais, observa Stylianou. Num ano, a fábrica da Islândia pode extrair uma quantidade de dióxido de carbono equivalente às emissões anuais de cerca de 800 carros.

Contudo, as tecnologias para a mitigação do dióxido de carbono no ponto de entrada na atmosfera, como uma fábrica, estão comparativamente bem desenvolvidas. Uma dessas tecnologias envolve nanomateriais conhecidos como estruturas metálicas orgânicas, ou MOFs, que podem interceptar moléculas de dióxido de carbono por meio de adsorção à medida que os gases de combustão passam pelas chaminés.

“A captura de dióxido de carbono é crítica para cumprir as metas de emissões líquidas zero”, disse Stylianou, professor assistente de química. "Os MOFs têm se mostrado muito promissores para a captura de carbono devido à sua porosidade e versatilidade estrutural, mas sintetizá-los muitas vezes significa usar reagentes que são caros tanto economicamente quanto ambientalmente, como sais de metais pesados ​​e solventes tóxicos."

Além disso, lidar com a porção de água dos gases da chaminé complica muito a remoção do dióxido de carbono, disse ele. Muitos MOFs que demonstraram potencial de captura de carbono perderam a sua eficácia em condições húmidas. Os gases de combustão podem ser secos, disse Stylianou, mas isso acrescenta despesas significativas ao processo de remoção de dióxido de carbono, o suficiente para torná-lo inviável para aplicações industriais.

"Portanto, procuramos criar um MOF para resolver as várias limitações dos materiais atualmente usados ​​na captura de carbono:alto custo, baixa seletividade para dióxido de carbono, baixa estabilidade em condições úmidas e baixo CO₂ capacidades de absorção", disse ele.

MOFs são materiais cristalinos e porosos feitos de íons metálicos carregados positivamente rodeados por moléculas orgânicas "ligantes" conhecidas como ligantes. Os íons metálicos formam nós que unem os braços dos ligantes para formar uma estrutura repetitiva que se parece com uma gaiola; a estrutura possui poros nanométricos que adsorvem gases, semelhantes a uma esponja.

Os MOFs podem ser projetados com uma variedade de componentes, que determinam as propriedades do MOF, e há milhões de MOFs possíveis, disse Stylianou. Quase 100 mil deles foram sintetizados por pesquisadores químicos, e as propriedades de outro meio milhão foram previstas.

"Neste estudo, introduzimos um MOF composto de alumínio e um ligante prontamente disponível, o ácido benzeno-1,2,4,5-tetracarboxílico", disse Stylianou. “A síntese do MOF acontece na água e leva apenas algumas horas. E o MOF tem poros com tamanho comparável ao do CO₂ moléculas, o que significa que há um espaço confinado para encarcerar o dióxido de carbono."

O MOF funciona bem em condições úmidas e também prefere o dióxido de carbono ao nitrogênio, o que é importante porque os óxidos de nitrogênio são um ingrediente dos gases de combustão. Sem essa seletividade, o MOF estaria potencialmente ligado às moléculas erradas.

“Este MOF é um excelente candidato para aplicações de captura de carbono pós-combustão úmida”, disse Stylianou. “É econômico, com desempenho de separação excepcional e pode ser regenerado e reutilizado pelo menos três vezes com capacidades de absorção comparáveis”.

Cientistas da Universidade de Columbia, do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico e da Chemspeed Technologies AG da Suíça também participaram nesta pesquisa, assim como os químicos do estado de Oregon, Ryan Loughran, Tara Hurley e Andrzej Gładysiak.

Mais informações: Ryan P. Loughran et al, Captura de CO2 de gases de combustão úmidos usando uma estrutura metal-orgânica estável em termos de água e econômica, Cell Reports Physical Science (2023). DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101470
Informações do diário: Células relatam ciência física

Fornecido pela Oregon State University