Um filtro químico facilmente sintetizado poderia impedir que o gás de efeito estufa chegasse à atmosfera. — Strong The One

O objeto de estudo da equipe é o formato de alumínio, uma classe de substâncias chamadas estruturas metal-orgânicas (MOFs). Como um grupo, os MOFs têm exibido um grande potencial para filtrar e separar materiais orgânicos – muitas vezes os vários hidrocarbonetos em combustíveis fósseis – uns dos outros. Alguns MOFs mostraram-se promissores no refino do gás natural ou na separação dos componentes de octano da gasolina; outros podem contribuir para reduzir o custo de fabricação de plásticos ou converter uma substância em outra de forma barata. Sua capacidade de realizar tais separações vem de sua natureza inerentemente porosa.

O formato de alumínio, que os cientistas chamam de ALF, tem um talento para separar o dióxido de carbono (CO₂) dos outros gases que comumente saem das chaminés de usinas a carvão. Também carece das deficiências que outros materiais de filtragem de carbono propostos têm, disse Hayden Evans, do NIST, um dos principais autores do artigo de pesquisa da equipe, publicado hoje na revista revisada por pares. Avanços da Ciência.

“O que torna este trabalho empolgante é que o ALF tem um desempenho muito bom em relação a outros CO de alto desempenho₂ adsorventes, mas rivaliza com compostos de design em sua simplicidade, estabilidade geral e facilidade de preparação”, disse Evans, químico do NIST Center for Neutron Research (NCNR). A ALF para usar amplamente deve ser possível a um custo muito baixo.”

A equipe de pesquisa inclui cientistas da Universidade Nacional de Cingapura; a Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa de Cingapura; a Universidade de Delaware; e da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara.

As usinas a carvão respondem por cerca de 30% do CO global₂ emissões. Mesmo que o mundo adote outras fontes de energia, como energia solar e eólica, que não geram gases de efeito estufa, encontrar uma maneira de reduzir a emissão de carbono das usinas existentes pode ajudar a mitigar seus efeitos enquanto permanecem em operação.

Esfregando o CO₂ do gás de combustão antes de atingir a atmosfera em primeiro lugar é uma abordagem lógica, mas provou ser um desafio criar um purificador eficaz. A mistura de gases que sobe pelas chaminés das usinas a carvão é normalmente bastante quente, úmida e corrosiva – características que dificultam encontrar um material econômico que possa fazer o trabalho com eficiência. Alguns outros MOFs funcionam bem, mas são feitos de materiais caros; outros são menos dispendiosos em si mesmos, mas funcionam adequadamente apenas em condições secas, exigindo uma “etapa de secagem” que reduz a umidade do gás, mas aumenta o custo geral do processo de lavagem.

“Junte tudo, você precisa de algum tipo de material maravilhoso”, disse Evans. “Aqui, conseguimos marcar todas as caixas, exceto a estabilidade em condições muito úmidas. No entanto, o uso de ALF seria barato o suficiente para que uma etapa de secagem se tornasse uma opção viável”.

O ALF é feito de hidróxido de alumínio e ácido fórmico, dois produtos químicos abundantes e prontamente disponíveis no mercado. Custaria menos de um dólar por quilo, disse Evans, o que é até 100 vezes mais barato do que outros materiais com desempenho semelhante. O baixo custo é importante porque a captura de carbono em uma única planta pode exigir até dezenas de milhares de toneladas de material de filtragem. A quantidade necessária para o mundo inteiro seria enorme.

Em escala microscópica, o ALF se assemelha a uma gaiola de arame tridimensional com inúmeros pequenos orifícios. Esses buracos são grandes o suficiente para permitir que o CO₂ moléculas para entrar e ficar presas, mas apenas pequenas o suficiente para excluir as moléculas de nitrogênio ligeiramente maiores que compõem a maioria dos gases de combustão. O trabalho de difração de nêutrons no NCNR mostrou à equipe como as gaiolas individuais no material coletam e enchem com CO₂revelando que as moléculas de gás se encaixam dentro de certas gaiolas dentro da ALF como uma mão em uma luva, disse Evans.

Apesar de seu potencial, o ALF não está pronto para uso imediato. Os engenheiros precisariam projetar um procedimento para criar ALF em larga escala. Uma usina a carvão também precisaria de um processo compatível para reduzir a umidade do gás de combustão antes de limpá-lo. Evans disse que já se sabe muito sobre como lidar com esses problemas e que eles não tornariam o custo do uso do ALF proibitivo.

O que fazer com o CO₂ depois também é uma questão importante, disse ele, embora isso seja um problema para todos os materiais de captura de carbono. Há esforços de pesquisa em andamento para convertê-lo em ácido fórmico – que não é apenas um material orgânico natural, mas também um dos dois constituintes da ALF. A ideia aqui é que ALF poderia se tornar parte de um processo cíclico onde ALF remove CO₂ dos fluxos de exaustão, e que capturou CO₂ é usado para criar mais ácido fórmico. Este ácido fórmico seria então usado para produzir mais ALF, reduzindo ainda mais o impacto geral e o custo do ciclo do material.

“Há uma grande quantidade de pesquisas acontecendo hoje em dia sobre o problema do que fazer com todo o CO capturado₂“, disse Evans. “Parece possível que possamos eventualmente usar a energia solar para separar o hidrogênio da água, e então combinar esse hidrogênio com o CO₂ para produzir mais ácido fórmico. Combinado com o ALF, essa é uma solução que ajudaria o planeta.”