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As tecnologias para remover carbono da atmosfera continuam a melhorar, mas é mais difícil encontrar soluções sobre o que fazer com o carbono depois de capturado.
O laboratório do cientista de materiais da Universidade Rice, Pulickel Ajayan, e colaboradores desenvolveram uma maneira de extrair o carbono do dióxido de carbono e fixá-lo em átomos de hidrogênio, formando metano – um combustível valioso e matéria-prima industrial. De acordo com o estudo publicado em Materiais avançadoso método depende de eletrólise e catalisadores desenvolvidos pelo enxerto de átomos de cobre isolados em modelos de polímeros bidimensionais.
“A conversão de dióxido de carbono impulsionada pela eletricidade pode produzir uma grande variedade de combustíveis industriais e matérias-primas através de diferentes caminhos”, disse Soumyabrata Roy, cientista pesquisador do laboratório Ajayan e principal autor do estudo. “No entanto, a conversão de dióxido de carbono em metano envolve um caminho de oito etapas que levanta desafios significativos para a produção seletiva e energeticamente eficiente de metano.
“Superar tais problemas pode ajudar a fechar o ciclo artificial do carbono em escalas significativas, e o desenvolvimento de catalisadores eficientes e acessíveis é um passo fundamental para alcançar este objetivo.”
Os moldes de polímero, feitos de átomos alternados de carbono e nitrogênio, têm poros minúsculos onde os átomos de cobre podem caber a distâncias variadas uns dos outros. Os catalisadores são montados à temperatura ambiente em água com os átomos de cobre deslocando os íons metálicos hospedeiros nos moldes do polímero. Quando testados em um reator, os catalisadores permitiram a redução do dióxido de carbono a metano em uma metade da célula, enquanto o oxigênio foi produzido a partir da água na outra metade.
“Descobrimos que a modulação das distâncias entre os átomos de cobre reduziu a energia necessária para as principais etapas da reação, acelerando assim a conversão química”, disse Roy. “Essa ação cooperativa de átomos de cobre próximos ajudou a produzir metano com uma taxa muito alta de seletividade e eficiência”.
Os catalisadores desenvolvidos por Roy e colaboradores produziram uma das conversões de dióxido de carbono em metano baseadas em eletrólise mais rápidas e eficientes conhecidas até agora, ajudando a avançar o processo de conversão tanto em termos de conhecimento científico fundamental quanto em nível de desempenho.
“Se as eficiências de conversão de energia e carbono em nível de sistema puderem ser abordadas, materiais baratos e eficientes como esses ajudarão a catalisar a tradução industrial da tecnologia eletroquímica de redução de dióxido de carbono”, disse Jingjie Wu, professor associado de engenharia química e ambiental na Universidade de Cincinnati.
Ajayan, Professor de Engenharia Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson da Rice e presidente do Departamento de Ciência de Materiais e NanoEngenharia, acrescentou que “o design e o desenvolvimento de novos catalisadores são fundamentais para os desafios de energia e sustentabilidade que enfrentamos”.
“Catalisadores dispersos de átomo único apresentam uma abordagem interessante neste esforço”, disse Ajayan.
Wu e Chandra Veer Singh, professor de ciência e engenharia de materiais na Universidade de Toronto, foram os principais contribuidores para o estudo.
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