Eletrolisador revolucionário converte CO2 com eficiência em combustível propano renovável
(scienceswitch.com)- Um eletrolisador que converte CO2 diretamente em propano foi implementado com materiais baratos e fáceis de obter, apontando possibilidades para a redução de gases de efeito estufa e a fabricação de produtos químicos renováveis
- Produção de propano, composto por três átomos de carbono, por meio de um sistema catalítico próprio baseado em metais baratos e compostos orgânicos
- A conversão de CO2 em moléculas multicarbono, até então extremamente difícil, foi resolvida com experimentos e modelagem computacional, esclarecendo a atividade reacional e a seletividade do catalisador
- Um projeto de fluxo contínuo (continuous-flow) supera as limitações do método em batelada tradicional e viabiliza a produção escalável e ininterrupta de propano
- Avanço na fabricação química sustentável, alinhado à meta de net zero até 2050 e apoiado por órgãos governamentais e por uma empresa global de propano
Visão geral do eletrolisador
- Pesquisadores do Illinois Institute of Technology (IIT) desenvolveram um eletrolisador que converte dióxido de carbono em propano com eficiência
- Implementado usando materiais baratos e fáceis de obter
- Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Energy
- Oferece potencial significativo para reduzir emissões de gases de efeito estufa e fabricar produtos químicos renováveis
- Mohammad Asadi, que liderou o estudo: “A fabricação de produtos químicos renováveis é muito importante e é a melhor forma de fechar o ciclo do carbono sem perder os produtos químicos que usamos rotineiramente hoje”
Tecnologia central — sistema catalítico
- O ponto central da inovação é um sistema catalítico próprio que utiliza metais baratos e compostos orgânicos
- O propano é um combustível amplamente utilizado, composto por três átomos de carbono
- Até agora, converter CO2 em moléculas multicarbono complexas como o propano era uma tarefa extremamente difícil
- Ao combinar experimentos e modelagem computacional, os pesquisadores esclareceram o princípio pelo qual o catalisador atinge alta atividade reacional e seletividade para o propano
- Identificação dos principais fatores que influenciam o desempenho e a estabilidade do catalisador
Vantagens do projeto de fluxo contínuo
- O projeto de eletrólise de fluxo contínuo (continuous-flow) é um dos principais pontos fortes da tecnologia
- Permite produção de propano escalável e ininterrupta
- Supera as limitações dos sistemas tradicionais de conversão de CO2 em batelada (batch)
- A implementação de um protótipo em escala de laboratório demonstra o compromisso com o desenvolvimento de uma solução de energia sustentável comercialmente viável
Significado e cooperação
- Alinhado aos esforços nacionais para atingir emissões líquidas zero de gases de efeito estufa até 2050
- Recebeu reconhecimento e apoio de órgãos governamentais, incluindo a Advanced Research Projects Agency-Energy
- Em colaboração com a empresa global de propano SHV Energy, busca otimizar e disseminar a tecnologia
- Keith Simons, da SHV Energy: “Um avanço empolgante que abre uma nova rota de e-fuel para a produção de propano orientada a propósito para usuários deste combustível essencial em todo o mundo”
- Um avanço importante rumo à fabricação química sustentável e renovável, com potencial para reduzir emissões industriais de carbono
1 comentários
Comentários do Hacker News
O conteúdo científico de fato é esta parte: “um sistema catalítico de nanopartículas de Mo3P funcionalizadas com 1-ethyl-3-methylimidazolium e revestidas com ionômero de troca aniônica produz propano a partir de CO2 em um eletrolisador, a −0,8 V em relação ao eletrodo reversível de hidrogênio, durante 100 horas, com densidade de corrente de −395 mA cm−2 e eficiência faradaica de 91%”
Mostra taxa de reação, eficiência e intervalo de tempo quase bons demais para acreditar e comercialmente relevantes
Eles provavelmente já patentearam; então, quando a patente expirar daqui a 20 anos, acho que isso vai virar a forma padrão de processar CO2 capturado
Se a tecnologia for realmente eficaz nesse nível e o detentor da patente for minimamente racional do ponto de vista econômico, é bem provável que quem vá empurrá-la como padrão para processar CO2 capturado muito antes de a patente expirar seja o próprio detentor da patente
Patentes não são um sistema só com vantagens, mas são um fator grande demais para ignorar nesse cenário
O resumo trata de métodos e dispositivos que introduzem um catalisador de fosfeto de três metais de transição em eletrodos de células de conversão de energia eletrocatalítica para produzir gás hidrogênio
O Google Patents escreve “M03P”, mas o resumo em PDF diz “MO3P” e, pelo texto, fica claro que é “Mo3P”
Mesmo que essa patente não seja exatamente esta tecnologia, a figura suplementar 20 mostra que o catalisador ImF-Mo3P melhora em relação a “pristine Mo3P nanoparticles”, e os autores têm várias patentes relacionadas, então é muito provável que também tenham depositado patente para esta tecnologia
Hoje, quase todo CO2 concentrado vem do consumo de combustíveis fósseis; se você o transforma em propano e queima em navios ou caldeiras domésticas, é como usar o carbono duas vezes, mas no fim ele acaba sendo liberado na atmosfera
O ponto central é a eficiência total de captura de carbono atmosférico + produção catalítica de propano + combustão do propano
Em processos que necessariamente precisam de calor de combustão, ou quando a portabilidade do propano é uma grande vantagem em relação à eletricidade, a conta pode fechar, e ele também pode servir como meio de armazenamento de energia entre fontes renováveis
No fim, tudo depende dos números
Por exemplo, se meu carro queima 100 kWh em GLP, gostaria de saber quantos kWh de propano poderiam ser recuperados dos gases de escape e quantos kWh de eletricidade eu teria que colocar no processo
Não está claro se esse método funciona com apenas um pouco de CO2 ou se exige uma atmosfera de CO2 concentrado sem O2
Extrair os 0,4% de CO2 do ar é caro
Se a ideia for usar CO2 concentrado vindo de lugares como altos-fornos, também há a questão de saber se ele precisa ser usado no próprio local, enviado por dutos de longa distância ou engarrafado
Também fico curioso se existem usos que necessariamente precisem queimar propano porque não podem ser substituídos por eletricidade
Na Europa existem enormes instalações de armazenamento de gás natural para comprar gás no verão e usá-lo no aquecimento no inverno
Vamos precisar de um meio de armazenamento parecido com base renovável; se der para encher esses reservatórios com propano verde, seria incrível
Dá para manter a infraestrutura de aquecimento existente e aproveitar muito bem o excedente de produção solar do verão
Sinceramente, parece bom demais para acreditar
Operar grandes navios transoceânicos em todo o percurso com baterias é quase impossível, mas com GLP, que na prática é uma mistura de propano/butano, é viável
Se forem desenvolvidas tecnologias químicas ou biotecnológicas adicionais para combinar em hidrocarbonetos maiores, também pode ser usado como precursor de combustíveis sintéticos para aviação
Há tantas coisas que usam propano hoje que é muito mais fácil enviar propano renovável do que converter todas elas para eletricidade
Se fossem elétricos, precisariam de uma conexão de 13k/220 = 60 A, três vezes o padrão de fiação residencial daqui
E é verdade que isso é baixo demais para servir como fonte para esse processo
O que aconteceu com aquele anúncio parecido feito por Stanford em 2019? https://news.stanford.edu/2019/10/17/new-catalyst-helps-turn-carbon-dioxide-fuel/
Rutênio e irídio são conhecidos como catalisadores estáveis, mas estão entre os elementos mais raros
A estrutura de Stanford usava Ru, enquanto este artigo parece propor apenas materiais abundantes
Se puder ser usado em escala e a estabilidade também for comprovada, é um avanço importante
Fico curioso se a mesma membrana/catalisador poderia ser usada também no processo inverso
Ou seja, oxidar propano com o oxigênio do ar para emitir água e CO2, gerando eletricidade diretamente em vez de calor e reduzindo muito as perdas
Se for possível, isso pode ter grande importância para armazenamento de energia
A densidade energética do propano é de 49,6 MJ/kg, enquanto a de baterias de íons de lítio é de cerca de 0,8 MJ/kg, uma diferença de mais de 50 vezes
Bastaria gerar eletricidade com painéis solares, produzir propano ou eletricidade com esse sistema e ter um tanque comercial grande de propano para dias nublados ou semanas de reserva
Reações em eletrolisadores geralmente são reversíveis
Se eles conseguirem fazer o sentido inverso, ou seja, água + propano → CO2 + hidrogênio + eletricidade, com a eficiência alegada de 91%, isso poderia substituir todos os geradores com turbina a gás, cuja eficiência máxima costuma ficar em torno de 60%
Se for possível resolver apenas o problema de converter a produção intermitente de energia renovável em propano para armazenamento, a partida já está ganha
Qual seria a eficiência típica?
4 H2O + 3 CO2 <=> C3H8 + 5 O2Artigo real: https://www.nature.com/articles/s41560-023-01314-8
A imprensa local daqui provavelmente vai dar bastante destaque a isso
Mais de 13% dos carros de passeio ao redor são veículos bicombustíveis que usam gasolina e GLP, na prática quase sempre propano, e até híbridos usam GLP
Mesmo assim, é engraçado que ainda haja poucos lugares que permitam a entrada desses veículos em estacionamentos subterrâneos
Olhando as tarifas de eletricidade, não parece haver chance de ficar mais barato que combustíveis fósseis, então acho que isso não será adotado rapidamente em carros
Para referência, existe uma startup chamada Terraform Industries que faz conversão de CO2 em metano
https://terraformindustries.com/
Perguntei a um cofundador o que ele achava disso
https://twitter.com/ccorcos/status/1694021803654693342
Fico curioso para saber como elas se comparam
Eles falam em “nanopartículas de Mo3P funcionalizadas com 1-ethyl-3-methylimidazolium e revestidas com ionômero de troca aniônica”; quão difícil e caro seria produzir esses materiais em larga escala?
O molibdênio não é tão raro nem tão caro quanto a platina, então isso certamente é uma vantagem