Célula a combustível transforma CO2 em químicos e combustíveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2022

Uma das novidades da pesquisa foi o uso de um reator não convencional, uma célula a combustível.
[Imagem: CINE]

Poluição vira produção

Pesquisadores brasileiros e canadenses desenvolveram uma nova rota para produzir combustíveis e outros compostos químicos usando o dióxido de carbono (CO₂) como matéria-prima, além de hidrogênio e água.

A equipe construiu uma célula a combustível, que foi usada como reator, e um nanomaterial com cobre como catalisador para promover a reação de redução (ganho de elétrons) da molécula de CO₂.

Como produtos da reação, eles conseguiram gerar metanol, ácido fórmico, formaldeído e monóxido de carbono (compostos usados para fabricar produtos como adesivos, solventes, revestimentos, conservantes, produtos de limpeza e plásticos), além de metano, que pode ser usado como combustível.

Aproveitar gases do efeito estufa em matérias-primas e combustíveis é uma forma de diminuir a sua concentração na atmosfera e, ao mesmo tempo, substituir outros compostos cuja produção consumiria energia e insumos. Para transformar esses gases dentro de padrões de sustentabilidade é necessário decompô-los e formar novas substâncias por meio de processos de baixo impacto ambiental e baixo custo, como podem ser as reações eletroquímicas.

No entanto, como a energia de ligação entre os átomos da molécula de CO₂ é muito alta, é preciso usar catalisadores para que a reação ocorra. E desenvolver materiais desse tipo que reúnam eficiência e baixo custo é o grande desafio ainda a ser vencido.

Catalisador de cobre

O cobre é um metal cuja capacidade de catalisar a redução de CO₂ já foi comprovada, tendo a grande vantagem de ser mais barato do que os metais preciosos do grupo da platina, que também cumprem essa função.

Os pesquisadores prepararam e caracterizaram um material do grupo dos compostos de coordenação, formado por um sal de cobre e ligantes. "Este tipo de material (composto de coordenação) nos permite usar uma menor quantidade de metal em comparação com um catalisador convencional," explicou Almir Oliveira Neto, pesquisador do IPEN.

O composto foi misturado em diferentes proporções com negro de fumo (um pó fino de carbono usado na produção de borracha) e cada um desses compósitos foi testado como catalisador da redução do dióxido de carbono. Dessa forma, os pesquisadores conseguiram determinar qual é a quantidade ideal de catalisador para produzir com eficiência o metanol (produto principal) e os demais produtos.

Célula de combustível como reator

Outra novidade foi o uso de um reator não convencional: Uma célula a combustível polimérica.

Esse dispositivo se caracteriza por ter uma membrana polimérica que funciona como eletrólito, ficando em contato com os eletrodos e com o catalisador. Células a combustível já são usadas para gerar energia elétrica limpa (por exemplo, em carros elétricos) e o seu uso como reatores para a conversão de gases do efeito estufa em compostos de uso industrial vem sendo estudado com bons resultados.

Em particular, a célula polimérica apresenta a vantagem de ter um eletrólito sólido. "Em células eletroquímicas convencionais, em que o eletrólito é líquido, geralmente é preciso purificar o produto," explicou Rodrigo de Souza, coautor da pesquisa. "Além disso, com o nosso método podemos produzir os compostos químicos em fluxo; consequentemente, a produção pode ser maior em comparação a outros sistemas."

A combinação da célula a combustível com o novo catalisador de cobre permitiu aproveitar o dióxido de carbono como matéria-prima na produção de compostos de uso industrial.

Os próximos desafios incluem ajustar o sistema para poder selecionar o produto que se formará e fazer testes em maior escala de produção.

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