Um estudo realizado dentro do programa Metano a Produtos (M2P) do CINE aborda os avanços no desenvolvimento de uma tecnologia que permite produzir hidrocarbonetos de uma forma mais limpa e sustentável do que a convencional: a dos reatores de estado sólido. Nesses equipamentos, o metano (gás do efeito estufa) pode ser convertido em compostos mais úteis ou de maior valor agregado por meio de reações eletroquímicas impulsionadas por energias renováveis.

Os reatores de estado sólido (assim chamados porque usam eletrólitos sólidos) mostram-se especialmente promissores frente a um panorama de disponibilidade crescente de energia solar e eólica, grandes reservas de gás metano e aumento da demanda por hidrocarbonetos. Formados apenas por átomos de carbono e hidrogênio, os hidrocarbonetos são matéria-prima de plásticos e de outros materiais amplamente usados no nosso cotidiano. Na atualidade, esses compostos são produzidos pela indústria petroquímica em processos de múltiplas etapas que geram emissões de carbono e outros poluentes e que geralmente dependem do petróleo. Entretanto, hidrocarbonetos também podem ser obtidos a partir da conversão do metano.

Entre as tecnologias de conversão de metano, os reatores de estado sólido se destacam por realizar as duas etapas principais do processo em um único equipamento. “O uso desses reatores de estado sólido para controlar as espécies reagentes e separar os produtos em uma única etapa traz uma vantagem crucial para viabilizar esses processos na escala industrial”, diz Fabio Fonseca, pesquisador do IPEN e coordenador do programa M2P do CINE. Contudo, para poder ser usada fora dos laboratórios, essa tecnologia necessita se desenvolver mais.

No contexto do CINE, o desenvolvimento de tecnologias e processos para converter metano em produtos é o grande desafio do programa M2P, que reúne cerca de 60 pesquisadores do IPEN  e da UFABC. “Os projetos liderados pelo IPEN e UFABC trouxeram ao CINE a competência para se usar nessas reações as tecnologias de células a combustível de óxidos sólidos”, diz Fonseca, que pesquisa esses dispositivos no IPEN há cerca de 20 anos. Atualmente, o time do M2P do CINE está aproveitando o seu conhecimento das células a combustível, geralmente usadas na geração de eletricidade a partir de hidrogênio ou etanol, para desenvolver tecnologias de conversão de metano em reatores de estado sólido. Principalmente, a equipe está trabalhando em catalisadores que possam ser acoplados às células a combustível para converter diretamente metano em hidrocarbonetos. “Esses materiais estão sendo otimizados com tecnologias avançadas, como a síntese de nanopartículas com forma controlada, e testados em condições de reação em células a combustível de óxido sólido visando obter maiores taxas de conversão e estabilidade”, conta Fonseca. Catalisadores, de fato, são elementos muito importantes na conversão do metano, o qual, por se tratar de uma molécula muito estável, é difícil de se quebrar para formar novos compostos.

No artigo mais recente do grupo, que foi publicado na revista de altíssimo fator de impacto Chemical Reviews, membros do M2P do CINE revisaram a literatura científica e concluíram que os reatores de estado sólido podem cumprir um importante papel na diminuição de emissões de carbono e mitigação das mudanças climáticas ao impactar a indústria química. Além disso, eles apontaram quais são seriam os desenvolvimentos mais promissores para alcançar esse objetivo: usar métodos avançados de fabricação que foram escalados na indústria das células a combustível para projetar designs otimizados e utilizar materiais avançados para os eletrólitos sólidos, combinando-os com catalisadores de última geração. “Tais desenvolvimentos necessitam de investimento continuado e de longo prazo, e podem ser um ponto chave na futura descarbonização de processos industriais petroquímicos que, muitas vezes, são negligenciados no contexto de energias mais sustentáveis”, conclui o pesquisador do CINE.