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Engenheiros da Universidade de Illinois em Chicago construíram uma máquina que captura o carbono do gás de combustão e o converte em etileno.
O dispositivo integra pela primeira vez um sistema de captura de carbono com um sistema de conversação de etileno. E o sistema não apenas funciona com eletricidade, mas também remove mais carbono do meio ambiente do que gera – tornando-o o que os cientistas chamam de líquido negativo nas emissões de carbono.
Entre os produtos químicos fabricados em todo o mundo, o etileno ocupa o terceiro lugar nas emissões de carbono, depois da amônia e do cimento. O etileno é usado não apenas para criar produtos plásticos para as indústrias de embalagens, agrícola e automotiva, mas também para produzir produtos químicos usados em anticongelantes, esterilizadores médicos e revestimentos de vinil para residências, por exemplo.
O sistema e os resultados dos experimentos dos cientistas da Faculdade de Engenharia da UIC foram publicados em um artigo da Energy & Environmental Science intitulado “Fully-Integrated Electrochemical System that Captures CO2 de gás de combustão para produzir produtos químicos de valor agregado em condições ambientais.”
“Esta é a primeira demonstração de um sistema integrado totalmente elétrico e negativo para capturar carbono de poluentes e criar um recurso altamente valioso”, disse Meenesh Singh, professor assistente da UIC no departamento de engenharia química.
“Existe uma necessidade urgente de desenvolver tecnologias eficientes para captura e conversão integrada de carbono para produzir combustíveis negativos líquidos de forma sustentável. Atualmente, os sistemas integrados de captura e conversão de carbono consomem muita energia e funcionam em um ciclo descontínuo de captura e redução de dióxido de carbono. A integração eficiente da captura de carbono com o sistema de conversão elimina a necessidade de transporte e armazenamento, aumentando assim sua eficiência energética.”
O sistema integrado de captura e conversão de carbono desenvolvido na UIC captura continuamente o dióxido de carbono do gás de combustão para produzir etileno de alta pureza.
“Este é um marco importante na descarbonização do etileno”, disse Singh.
Para capturar o carbono do ar ou do gás de combustão, o laboratório de Singh modificou um sistema de folha artificial padrão com materiais baratos para incluir um gradiente de água – um lado seco e um lado úmido – através de uma membrana eletricamente carregada.
No lado seco, um solvente orgânico liga-se ao dióxido de carbono disponível para produzir uma concentração de bicarbonato, ou bicarbonato de sódio, na membrana. À medida que o bicarbonato aumenta, esses íons carregados negativamente são puxados pela membrana em direção a um eletrodo carregado positivamente em uma solução à base de água no lado úmido da membrana. A solução líquida dissolve o bicarbonato de volta em dióxido de carbono, para que possa ser liberado e aproveitado para CO2conversão.
O sistema usa um design modular e empilhável que permite que o sistema seja facilmente ampliado e reduzido.
Para converter o dióxido de carbono capturado em etileno, Singh e seus colegas usaram um segundo sistema no qual uma corrente elétrica é passada através de uma célula. Metade da célula é preenchida com dióxido de carbono capturado de um sistema de captura de carbono, a outra metade com uma solução à base de água. Um catalisador eletrificado atrai átomos de hidrogênio carregados das moléculas de água para a outra metade da unidade separada por uma membrana, onde eles se combinam com átomos de carbono carregados das moléculas de dióxido de carbono para formar etileno.
Os pesquisadores da UIC integraram os dois sistemas alimentando a solução de dióxido de carbono capturada para o sistema de conversão de carbono e reciclando-a de volta. A reciclagem em circuito fechado da solução garante um fornecimento constante de dióxido de carbono do gás de combustão e sua conversão em etileno.
Para testar seu sistema integrado, os pesquisadores implementaram uma unidade de eletrodiálise de membrana bipolar de 100 centímetros quadrados para capturar dióxido de carbono do gás de combustão e o conectaram hidraulicamente à célula de eletrólise de 1 centímetro quadrado para produzir etileno.
Eles puderam testar o sistema continuamente, 24 horas por dia, durante sete dias. O sistema não apenas permaneceu estável o tempo todo, como também capturou carbono a uma taxa de 24 gramas por dia e produziu etileno a uma taxa de 188 miligramas por dia.
“Na jornada para tornar a produção de etileno verde, este é um avanço potencial”, disse Singh. “Nosso próximo passo é ampliar o sistema integrado de captura e conversão de carbono para produzir etileno a taxas mais altas – uma taxa de 1 quilo por dia e capturar carbono a uma taxa superior a quilos por dia”.
Os coautores do estudo incluem Aditya Prajapati e Rohan Sartape, da UIC, e Miguel Galante, Jiahan Xie, Samuel Leung, Ivan Bessa, Marcio Andrad, Robert Somich, Marcio Reboucas, Gus Hutras e Nathalia Diniz, da Braskem. As pesquisas para o desenvolvimento dessa tecnologia receberam apoio do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DE-SC-0022321) e da Braskem.
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