Conversão de carbono capturado em combustível: estudo avalia o que é prático e o que não é

No ano passado, o mundo emitiu mais de 37 bilhões de toneladas métricas de dióxido de carbono, estabelecendo um novo recorde. Como resultado, a sucção de CO₂ para fora da atmosfera tornou-se uma ideia cada vez mais popular. Governos em todo o mundo estão apostando nessa tecnologia, chamada captura direta de ar, para ajudá-los a atingir metas climáticas e evitar as piores consequências das mudanças climáticas.

Mas, apesar de mais de uma dúzia de instalações de captura direta de ar já estarem em operação ao redor do mundo, a tecnologia ainda enfrenta grandes obstáculos tecnológicos — incluindo seu alto consumo de energia.

Em um estudo publicado em 1º de maio na revista Cartas de energia ACSpesquisadores da University of Colorado Boulder e colaboradores revelaram que uma abordagem popular que muitos engenheiros estão explorando para reduzir esses custos de energia iria, na realidade, falhar. A equipe, incluindo cientistas do National Renewable Energy Laboratory em Golden, Colorado e da Delft University of Technology na Holanda, também propôs um design alternativo e mais sustentável para capturar CO₂ e convertê-lo em combustíveis.

“Idealmente, queremos levar o CO₂ fora do ar e mantê-lo fora do ar”, disse o primeiro autor Hussain Almajed, um estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Química e Biológica. “No entanto, parte deste CO₂ podem ser reciclados em produtos úteis contendo carbono, razão pela qual pesquisadores propuseram diferentes ideias de como podemos conseguir isso. Algumas dessas ideias parecem muito simples e elegantes no papel, mas pesquisadores raramente verificam se são práticas e econômicas em ambientes industriais.”

Capturando o gás

Uma das abordagens mais comuns de captura direta de ar é usar contatores de ar, essencialmente ventiladores enormes que puxam o ar para uma câmara cheia de um líquido básico. CO₂ é ácido, então ele se liga naturalmente e reage com a solução para formar carbonato inofensivo (o principal ingrediente do concreto) ou bicarbonato (o ingrediente do bicarbonato de sódio).

Stratos, uma das maiores instalações de captura direta de ar do mundo em construção no Texas, usa essa abordagem.

Uma vez O QUE₂ fica preso nas soluções de carbonato ou bicarbonato, os engenheiros devem separá-lo do líquido para que o líquido possa retornar à câmara para capturar mais CO₂.

Enquanto isso, o carbono capturado pode ser convertido em coisas como plásticos, bebidas carbonatadas e até mesmo — com processamento adicional — combustível para abastecer casas e potencialmente aviões.

Mas há um porém. Para liberar o CO preso₂as empresas precisam aquecer a solução de carbonato e bicarbonato a pelo menos 900?C (1.652° F), uma temperatura que a energia solar e eólica não conseguem atingir. Essa etapa geralmente é alimentada pela queima de combustíveis fósseis, como gás natural ou metano puro.

“Se tivermos que liberar CO₂ para capturar CO₂“, isso anula todo o propósito da captura de carbono”, disse Wilson Smith, professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica e membro do Instituto de Energia Renovável e Sustentável da CU Boulder.

Fechar o ciclo

Os pesquisadores estão procurando ativamente por respostas. Uma ideia, comumente conhecida como captura reativa, é aplicar eletricidade às soluções de carbonato e bicarbonato, eliminando o CO₂ e líquido básico separados na câmara. Em teoria, o líquido reciclado pode então capturar mais CO₂formando um sistema de circuito fechado.

“A captura reativa é agora a palavra da moda no campo, e os pesquisadores propuseram que ela poderia ajudar a economizar energia e custos associados à captura de carbono. Mas ninguém realmente avaliou se isso é realista sob condições industriais”, disse Almajed.

Para fazer isso, a equipe calculou as saídas de massa e energia das unidades de captura reativa, com base em entradas fornecidas, para entender o quão bem o sistema geral teria desempenho. Eles descobriram que, em um ambiente industrial, a eletricidade não seria capaz de regenerar o líquido básico para recapturar mais CO₂ do ar.

Na verdade, após cinco ciclos de captura e regeneração de carbono, o líquido básico mal conseguia extrair CO₂ fora do ar.

A equipe também sugeriu um ajuste no processo de captura reativa adicionando uma etapa chamada eletrodiálise. O processo divide a água adicional em íons ácidos e básicos, ajudando a manter a capacidade do líquido básico de absorver mais CO₂. A eletrodiálise pode funcionar com eletricidade renovável, tornando-se uma forma potencialmente sustentável de transformar o CO capturado₂ em produtos úteis.

Mais importante ainda, a eletrodiálise pode liberar CO₂ gás, que os engenheiros podem usar para reforçar o concreto.

“Para mim, transformar CO₂ em rochas tem que ser uma das principais soluções para mantê-lo fora do ar por longos períodos de tempo”, disse Smith. A produção de concreto consome muita energia e é responsável por 8% das emissões globais de carbono.

“Isso está resolvendo vários problemas com uma tecnologia”, disse ele.

A raiz do problema

De acordo com o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), uma equipe de cientistas convocada pelas Nações Unidas, a remoção de dióxido de carbono “é necessária para atingir as metas globais e nacionais de zero emissões líquidas de CO₂ e emissões de gases de efeito estufa.”

Em todo o mundo, mais de 20 usinas de captura direta de ar estão em operação, com mais 130 atualmente em construção.

Mas Smith enfatiza que, embora a captura de carbono possa ter seu lugar, a redução de emissões ainda é o passo mais crítico necessário para evitar os piores resultados das mudanças climáticas.

“Imagine a Terra como uma banheira, com a água corrente da torneira sendo CO₂. A banheira está ficando cheia e inabitável. Agora, temos duas opções. Podemos usar um copinho para retirar a água, copinho por copinho, ou podemos fechar a torneira”, disse Smith.

“Reduzir as emissões tem que ser a prioridade.”