Fechando o ciclo do carbono com a produção de propano verde

Tecnologia científica

Ao longo dos últimos três séculos, especialmente desde a Revolução Industrial no final dos séculos XVIII e XIX, as atividades humanas aumentaram significativamente os níveis de gases com efeito de estufa na atmosfera terrestre. Os principais culpados são o consumo de combustíveis fósseis, os processos industriais, o desmatamento e a gestão de resíduos.

Em resposta, os Estados Unidos pretendem reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em 50 a 52% em relação aos níveis de 2005 até 2030. Esta iniciativa alinha-se com um esforço global para alcançar emissões líquidas zero de gases com efeito de estufa até 2050. Com a energia eléctrica e os sectores industriais a contribuírem para cerca de metade das emissões de dióxido de carbono (CO2) dos EUA, é imperativo encontrar soluções nestas áreas.

Agora, em um artigo publicado na Nature Energy, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, do Instituto de Tecnologia de Illinois e da Universidade de Illinois em Chicago desenvolveram um sistema que pode converter as emissões de CO2 em propano (C3H8), um produto mais limpo e com maior consumo de energia. fonte de combustível densa.

“A conversão eletroquímica de CO2 pode atender às necessidades futuras de energia, armazenando energia renovável e fechando o ciclo antropogênico do carbono”, diz o coautor Andrew Rappe, da Escola de Artes e Ciências da Penn. “Esta pesquisa abre caminho para novas soluções que enfrentarão os desafios de armazenamento de energia e reduzirão significativamente os níveis de CO2.”

“Fazer a fabricação de produtos químicos renováveis ​​é realmente importante”, diz o coautor Mohammad Asadi, do Instituto de Tecnologia de Illinois. “É a melhor maneira de fechar o ciclo do carbono sem perder os produtos químicos que usamos diariamente.”

O cobre tem sido tradicionalmente o elemento de referência para os investigadores que investigam formas eficientes de converter CO2 em produtos químicos e combustíveis valiosos, tanto para reduzir o seu impacto ambiental como para fornecer novas soluções de armazenamento de energia. No entanto, os combustíveis produzidos têm sido compostos de carbono único de baixa densidade energética, como o metano.

“Obter produtos multicarbonados com alta densidade energética, como o C3H8, continua sendo um desafio devido aos muitos intermediários que se formam ao longo do processo de conversão química”, explica Zhen Jiang, coautor do artigo e ex-pesquisador de pós-doutorado no Grupo Rappe. “Além disso, a maioria das estratégias para aumentar a seletividade de um material para moléculas multicarbonadas tende a ser energeticamente dispendiosas.”

Jiang diz que a equipe procurou maneiras de ir além dos catalisadores existentes como o cobre - e sua modesta seletividade para produtos multicarbonados ou sua cinética lenta - e investigou maneiras de adicionar líquido iônico (IL) ao sistema catalítico. Isso levou a equipe a analisar o fosfeto de trimolibdênio (Mo3P) como material catalítico.

“Com base em nossas simulações teóricas, descobrimos que a camada de IL pode aumentar a aderência de CO2 e grupos subsequentes durante a reação na superfície do catalisador Mo3P, estabilizando assim os intermediários em diferentes locais ao longo da superfície para produzir C3H8 com uma eficiência incomparável de 91% ”, diz Jiang.

A equipe também observa que esta descoberta importante levou a um novo paradigma para explorar a relação entre materiais em sistemas eletrocatalíticos.

“Convencionalmente, o catalisador de estado sólido e a solução aquosa que faz a ponte entre a transferência de íons durante a reação agiram com menos promoção mútua na interface”, diz Jiang. “Mas agora, podemos aplicar uma abordagem híbrida através de técnicas como o revestimento IL em catalisadores de estado sólido e reexaminar sistemas previamente testados com a nossa nova compreensão do microambiente do catalisador.”

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam desenvolver esta pesquisa de duas maneiras: uma, para desenvolver um catálogo de líquidos iônicos e sua eficácia em catalisadores de geração de combustível e outros sistemas eletroquímicos; e dois, investigar novos catalisadores para a conversão de CO2 em fontes de combustível com maior densidade energética, desde gás combustível até óleo leve com mais átomos de carbono.

Rappe diz: “Estender esta pesquisa a hidrocarbonetos de maior peso poderia fechar o ciclo do carbono, criando gás natural, propano, gasolina e até combustível de aviação diretamente a partir do CO2 produzido pela combustão anterior de combustível. Dessa forma, os mesmos átomos de carbono armazenam energia continuamente e não os liberamos na atmosfera.”