Reator transforma gás de efeito estufa em combustível líquido puro

20 de janeiro de 2020
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Um gás de efeito estufa comum pode ser reaproveitado de maneira eficiente e ecológica com um eletrolisador que usa eletricidade renovável para produzir combustíveis líquidos puros.

O reator catalítico desenvolvido pelo Laboratório Químico e Biomolecular da Universidade Rice usa dióxido de carbono como matéria-prima e, em seu protótipo mais recente, produz concentrações altamente purificadas de ácido fórmico.

O ácido fórmico produzido por dispositivos tradicionais precisa de etapas de purificação dispendiosas e que consomem muita energia. A produção direta ajudará a promover tecnologias comerciais de conversão de dióxido de carbono.

O método é detalhado na revista Nature Energy.

Os cientistas buscam tecnologias que transformam gases de efeito estufa em produtos úteis. Nos testes, o novo eletro catalisador alcançou uma eficiência de conversão de energia de cerca de 42%. Isso significa que quase metade da energia elétrica pode ser armazenada em ácido fórmico como combustível líquido.

“O ácido fórmico é um transportador de energia”, disse Wang. “É um combustível que pode gerar eletricidade e emitir dióxido de carbono, que você pode reciclar novamente.”

“Também é fundamental na indústria de engenharia química como matéria-prima para outros produtos químicos, e um material de armazenamento de hidrogênio que pode conter quase mil vezes mais energia que o mesmo volume do gás, difícil de comprimir. Este é um problema atualmente para tornar a indústria de veículos alimentados por hidrogênio possível”, afirmou Haotian Wang, engenheiro químico e biomolecular.

Dois avanços tornaram possível o novo dispositivo, de acordo com Chuan Xia, principal autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado. O primeiro foi o desenvolvimento de um catalisador robusto e bidimensional de bismuto e o segundo foi um eletrólito de estado sólido que elimina a necessidade de sal como parte da reação.

“O bismuto é um átomo muito pesado, comparado a metais de transição como cobre, ferro ou cobalto. Sua mobilidade é muito menor, principalmente sob condições de reação. Isso estabiliza o catalisador”, explicou Xia. Ele também observou que o reator está estruturado para impedir que a água entre em contato com o catalisador, o que ajuda a preservá-lo.

Enquanto as pessoas produzem catalisadores em escalas de miligrama ou grama, o novo estudo desenvolveu uma maneira de produzi-los na escala do quilograma. “Isso facilitará o processo de expansão para a indústria”, afirmou Xia.

O eletrólito sólido à base de polímero é revestido com ligantes de ácido sulfônico para conduzir carga positiva ou grupos funcionais de amino para conduzir íons negativos. “Normalmente, as pessoas reduzem o dióxido de carbono em um eletrólito líquido tradicional como a água salgada”, disse Wang. “Você deseja que a eletricidade seja conduzida, mas o eletrólito da água pura é muito resistente. Então é necessário adicionar sais como cloreto de sódio ou bicarbonato de potássio para que os íons possam se mover livremente na água. Mas quando você gera ácido fórmico dessa maneira, ele se mistura com os sais”, disse o engenheiro.

“Para a maioria das aplicações, é necessário remover os sais do produto final, o que demanda muita energia e custo. Por isso, empregamos eletrólitos sólidos que conduzem prótons e podem ser feitos de polímeros insolúveis ou compostos inorgânicos, eliminando a necessidade de sais.”

Por enquanto, a taxa na qual a água flui através do dispositivo é o que determina a concentração da solução final. Se for lenta, produz uma solução com quase 30% de ácido fórmico. Os pesquisadores desejam alcançar concentrações mais altas futuramente.

Ademais, o mesmo dispositivo também pode ser facilmente reformulado para produzir produtos de maior valor, como ácido acético, etanol e propanol. [ScienceDaily].