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O recente aumento nos preços dos alimentos não é apenas uma má notícia para a sua conta de supermercado. Também tem impacto nos açúcares utilizados na biofabricação, que, aliás, não é tão verde como os cientistas e os defensores do clima esperavam. O aumento dos preços e a crescente urgência de uma produção genuinamente sustentável levaram os investigadores a explorar matérias-primas alternativas.
Feng Jiao, professor da Elvera e William R. Stuckenberg na Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, desenvolveu um processo de duas etapas para converter dióxido de carbono (CO2) em materiais valiosos à base de carbono utilizados na produção de alimentos, plásticos e outros produtos químicos. CO conjunto de Jiao2 a eletrólise produz acetato e etileno. O acetato é um parente próximo do ácido acético mais conhecido, ou vinagre, que pode ser usado como alimento para micróbios usados na biofabricação, e o etileno é um componente comum encontrado em plásticos e outros polímeros.
Em um estudo publicado em 3 de junho em Engenharia Química da NaturezaJiao demonstrou que seu CO tandem2 O eletrolisador, que foi projetado especificamente para a produção aprimorada de produtos multicarbonados, é ampliado com sucesso para produzir um quilograma de produtos químicos por dia em alta concentração e pureza. Isto representa um aumento de 1.000% em escala em relação às demonstrações anteriores, oferecendo um caminho para a viabilidade industrial, que Jiao e a sua equipa apoiaram ainda com uma análise técnico-económica que mostra a viabilidade comercial da técnica.
“A maioria trabalha em CO2 a eletrocatálise é feita em pequena escala, cerca de um grama por dia”, disse Jiao. “Aumentar três ordens de grandeza para produzir um quilograma por dia, como fizemos, é um grande passo, mas ainda está longe da escala de CO global2 emissão, que é de gigatoneladas por ano.
“A ampliação não envolve apenas o tamanho do sistema”, continuou Jiao. “Também temos que enfrentar desafios de engenharia, por exemplo, como separar produtos e como manter o desempenho ao lidar com efeitos crescentes em considerações de temperatura e transporte.”
Com base nos insights obtidos em experimentos de menor escala, a equipe de Jiao projetou e operou com sucesso um CO2 eletrolisador e eletrolisador de monóxido de carbono (CO) em uma configuração em tandem. Os dois reatores eletroquímicos trabalham em série – primeiro convertendo CO2 para CO, e depois CO para produtos multi-carbono – o que permite que o sistema seja mais eficiente através da especialização de tarefas. A pilha do eletrolisador funcionou de forma consistente e estável por mais de 125 horas – uma prova de sua robustez, disse Jiao. Durante esse período operacional, o sistema produziu 98 litros de acetato em alta concentração e 96% de pureza.
Uma conquista importante do sistema Jiao não é apenas a capacidade de produção aprimorada, mas também a resiliência do sistema contra impurezas industriais, um fator crítico em aplicações do mundo real. Esta resiliência garante que o sistema possa manter o seu alto desempenho em meio aos desafios colocados pelos ambientes industriais típicos.
“Este é o primeiro passo na expansão para aplicações comerciais”, disse Jiao. “Estamos tentando inventar uma maneira escalável de produzir acetato a partir de CO2o que nos permitiria mudar as matérias-primas de carbono, fornecer caminhos econômicos para usar CO2 e transformá-lo em algo útil e reduzir o CO2 emissões associadas aos processos tradicionais de fabricação de produtos químicos. Este novo caminho nos aproxima muito da emissão líquida zero de carbono.”
De volta ao supermercado. Se o CO de Jiao2 processo de conversão funciona em grande escala, o que não significa apenas economizar muito dinheiro na compra do açúcar necessário para alimentar os micróbios que fazem o trabalho pesado na biofabricação. Também evita as emissões que acompanham a produção agrícola dessas matérias-primas de açúcar. Melhor ainda, a produção de acetato e etileno em grande escala poderia estabelecer um processo de fabricação circular onde o CO capturado2 alimenta micróbios em vez de contribuir para impactos ambientais prejudiciais. Então, quando CO2 é produzido como subproduto da biofabricação, pode ser recapturado e reprocessado para alimentar a próxima geração de micróbios.
“Estamos no processo de ampliar o sistema novamente, em outra ordem de grandeza”, disse Jiao. “Estamos trabalhando no ajuste fino do sistema, por exemplo, usando diferentes catalisadores, e melhorando o desempenho, tornando-o mais estável, robusto e eficiente. Se tudo der certo, poderemos ver essa tecnologia em uma demonstração em escala comercial dentro de cinco anos. até dez anos.”
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