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Por que fazer apenas um experimento por vez quando você pode fazer dez? Pesquisadores da Empa desenvolveram um sistema automatizado, que permite que eles pesquisem catalisadores, eletrodos e condições de reação para eletrólise de CO₂ até dez vezes mais rápido. O sistema é complementado por um software de código aberto para análise de dados.
Se você misturar combustível fóssil com um pouco de oxigênio e adicionar uma faísca, três coisas são produzidas: água, dióxido de carbono que aquece o clima e muita energia. Essa reação química fundamental ocorre em todos os motores de combustão, sejam eles movidos a gasolina, petróleo ou querosene. Em teoria, essa reação pode ser revertida: com a adição de energia (renovável), o CO previamente liberado2 pode ser convertido novamente em combustível (sintético).
Esta foi a ideia chave por trás da Iniciativa Conjunta SynFuels financiada pelo Conselho da ETH. Pesquisadores da Empa e do Instituto Paul Scherrer (PSI) passaram três anos trabalhando em maneiras de produzir combustíveis sintéticos – conhecidos como combustíveis sintéticos – de maneira econômica e eficiente a partir de CO2. Esta reacção, no entanto, apresenta desafios: por um lado, o CO2 a eletrólise não produz apenas o combustível que foi queimado anteriormente. Em vez disso, mais de 20 produtos diferentes podem ser formados simultaneamente e são difíceis de separar uns dos outros.
A composição desses produtos pode ser controlada de várias maneiras, por exemplo, por meio das condições de reação, do catalisador usado e da microestrutura dos eletrodos. O número de combinações possíveis é enorme e examinar cada uma individualmente levaria muito tempo. Como os cientistas devem encontrar a melhor? Os pesquisadores do Empa agora aceleraram esse processo por um fator de 10.
Acelerando a pesquisa
Como parte do projeto SynFuels, pesquisadores liderados por Corsin Battaglia e Alessandro Senocrate do laboratório de Materiais para Conversão de Energia da Empa desenvolveram um sistema que pode ser usado para investigar até dez condições de reação diferentes, bem como materiais de catalisador e eletrodo simultaneamente. Os pesquisadores publicaram recentemente o projeto do sistema e o software que o acompanha na revista Catálise da Natureza.
O sistema consiste em dez “reatores”: pequenas câmaras com catalisadores e eletrodos onde ocorre a reação. Cada reator é conectado a múltiplas entradas e saídas de gás e líquido e a vários instrumentos por meio de centenas de metros de tubulação. Vários parâmetros são registrados de forma totalmente automática, como pressão, temperatura, fluxos de gás e produtos de reação líquidos e gasosos – todos com alta resolução temporal.
“Até onde sabemos, este é o primeiro sistema deste tipo para CO2 eletrólise”, diz o pesquisador de pós-doutorado da Empa, Alessandro Senocrate. “Ele produz um grande número de conjuntos de dados de alta qualidade, que nos ajudarão a fazer descobertas aceleradas.” Quando o sistema estava sendo desenvolvido, alguns dos instrumentos necessários nem estavam disponíveis no mercado. Em colaboração com a empresa Agilent Technologies, os pesquisadores da Empa desenvolveram em conjunto o primeiro dispositivo de cromatografia líquida online do mundo, que identifica e quantifica os produtos de reação líquidos em tempo real durante o CO? eletrólise.
Compartilhando dados de pesquisa
A realização de experimentos dez vezes mais rápido também gera dez vezes mais dados. Para analisar esses dados, os pesquisadores desenvolveram uma solução de software que estão disponibilizando para cientistas de outras instituições em regime de código aberto. Eles também querem compartilhar os dados com outros pesquisadores. “Hoje, os dados da pesquisa muitas vezes desaparecem na gaveta assim que os resultados são publicados”, explica Corsin Battaglia, chefe do laboratório de Materiais para Conversão de Energia da Empa. Um projeto de pesquisa conjunto entre Empa, PSI e ETH Zurich, que leva o nome PREMISE, visa evitar isso: “Queremos criar métodos padronizados de armazenamento e compartilhamento de dados”, afirma Battaglia. “Então, outros pesquisadores poderão obter novos insights a partir de nossos dados – e vice-versa”.
O acesso aberto a dados de pesquisa também é uma prioridade em outras atividades de pesquisa do laboratório de Materiais para Conversão de Energia. Isso inclui o National Center of Competence in Research NCCR Catalysis, que se concentra em química sustentável. O novo CO paralelo2 O sistema de eletrólise deverá desempenhar um papel importante na segunda fase deste projeto nacional de grande escala, com os dados gerados e o know-how disponibilizado a outras instituições de pesquisa suíças. Para tal, os investigadores da Empa continuarão a refinar tanto o hardware como o software no futuro.
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