Célula a combustível com novo catalisador transforma dióxido de carbono em compostos de uso industrial
22 de August de 2022
22 de August de 2022

Contato



Almir Oliveira Neto
USP

Um trabalho realizado por pesquisadores do CINE e colaboradores apresenta uma forma alternativa de produzir combustíveis e outros compostos químicos usando dióxido de carbono (CO2) como matéria-prima, além de hidrogênio e água.  Os autores da pesquisa utilizaram uma célula a combustível 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, catalisadores são necessários para que a reação ocorra. E desenvolver materiais desse tipo que reúnam eficiência e baixo custo é, ainda, um desafio.

Neste trabalho, os autores prepararam e caracterizaram um material do grupo dos compostos de coordenação, formado por um sal de cobre e ligantes. O cobre é um metal cuja capacidade de catalisar a redução de CO2 já foi comprovada. Ao mesmo tempo, é mais barato do que os metais preciosos que também cumprem essa função. “Este tipo de material (composto de coordenação) nos permite usar uma menor quantidade de metal em comparação com um catalisador convencional”, diz Almir Oliveira Neto, pesquisador do IPEN e membro do CINE que coordenou o trabalho.

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.

A equipe científica optou por realizar as reações em um reator não convencional: uma célula a combustível polimérica. Esse dispositivo se caracteriza por ter uma membrana polimérica que funciona como eletrólito e está 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”, explica o pós-doutorando 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”, acrescenta.

A pesquisa mostrou que a combinação da célula a combustível polimérica com o novo catalisador desenvolvido permite 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 para fazer testes em escala industrial.

O trabalho foi realizado em colaboração pela equipe do IPEN liderada por Oliveira Neto e o grupo do professor Adam Duong, da Université du Québec à Trois-Rivières (Canadá). A parceria agregou a experiência do grupo brasileiro em células a combustível e na transformação de metano e dióxido de carbono em produtos à expertise do grupo canadense no desenvolvimento e caracterização de materiais inovadores.

A pesquisa teve financiamento da FAPESP, Shell e CNPq, além do suporte estratégico da ANP, bem como da CAPES e CNPq. Também contou com recursos de entidades do Canadá.


 

Referência do artigo científico: Methanol electrosynthesis from CO2 reduction reaction in polymer electrolyte reactors e fuel cell type using [6,60-(2,20-bipyridine-6,60-diyl)bis(1,3,5-triazine-2,4-diamine)] (dinitrate-O) copper (II) complex. L.M.S. Garcia, N.G.P. Filho, K. Chair, P. Kaur, A.S. Ramos, P.J. Zambiazi, R.F.B. De Souza, L. Otubo, A. Duong, A.O. Neto. Materials Today Sustainability. Volume 19, November 2022, 100177. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100177.

Autores do artigo que são membros do CINE ou eram membros no momento do trabalho: Priscilla Zambiazi (pós-doutoranda no IPEN), Rodrigo F. B. de Souza (pós-doutorando no IPEN) e Almir Oliveira Neto (pesquisador no IPEN).

Contato



Almir Oliveira Neto
USP


Receba nossa Newsletter:
Captcha obrigatório
Seu e-mail foi cadastrado com sucesso!

UNICAMP - Cidade Universitária "Zeferino Vaz"
Barão Geraldo/Campinas - São Paulo | Brasil
Rua Michel Debrun, s/n, Prédio Amarelo
CEP: 13083-084
contato@cine.org.br
Patrocinadores Fundadores
Instituições Líderes
Instituições Participantes
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial