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Correio Braziliense

Matéria-prima para combustíveis é criada por 'fotossíntese' artificial

Semicondutor criado por cientistas americanos retira o gás carbônico da atmosfera e o transforma em matéria-prima para combustíveis usando um mecanismo parecido com o das plantas


postado em 07/01/2019 06:00 / atualizado em 06/01/2019 23:34

(foto: Valdo Virgo/CB/D.A Press)
(foto: Valdo Virgo/CB/D.A Press)
 

A redução da emissão de poluentes na atmosfera é um dos principais desafios da humanidade, que se vê diante de consequências diversas dessa situação: de complicações respiratórias a desastres naturais causados pelo aquecimento global. Cientistas da Universidade de New Hampshire, nos Estados Unidos, desenvolvem uma solução para o problema com impacto ampliado: um material que capta moléculas de gás carbônico e as transforma em matéria-prima para ser usada na fabricação de combustíveis. Tudo isso utilizando energia solar. Detalhes do trabalho foram divulgados recentemente no periódico Journal of the American Chemical Society.


Gonghu Li, professor de química e ciência dos materiais na Universidade de New Hampshire e participante do estudo, conta que o primeiro desafio foi o uso da energia alternativa. “Atualmente, podemos converter a luz solar em eletricidade usando painéis solares. Mas não é fácil armazená-la em larga escala, e a produção termina quando o Sol se põe. Queríamos procurar algo que tivesse maior poder de permanência”, relata.

A equipe procurou materiais na natureza que pudessem armazenar energia solar e também quebrar moléculas de dióxido de carbono (CO2). Depararam-se com componentes usados em estudos anteriores, mas de baixa disponibilidade na natureza, como a platina. Foi, então, que surgiu a ideia de usar a ureia, comercialmente disponível. “Para a produção do nosso material, aquecemos a ureia a uma temperatura de 600ºC, em uma estufa utilizada em laboratório. Após esse tratamento, a ureia se transformou em um semicondutor chamado nitreto de carbono”, conta ao Correio Gonghu Li.

O composto é formado por carbono, nitrogênio e hidrogênio e sofreu a adição de íons cobalto. O novo material, ao absorver a energia do Sol, gera elétrons com poder suficiente para reduzir o dióxido de carbono. “Apenas algumas substâncias podem fazer isso, mas a maioria delas é cara ou de difícil produção. Uma vantagem do nitreto de carbono é que ele é feito de elementos abundantes na terra. Usamos produtos disponíveis, como a ureia, para que a produção possa ser ampliada”, diz o cientista.

 

Reação fotoquímica

Resultado da reação do material com o gás carbônico, o monóxido de carbono (CO), quando combinado com moléculas de hidrogênio, pode ser usado na fabricação de combustível sintético. Esse mecanismo é chamado pelos cientistas de fotossíntese artificial, pela similaridade com o processo feito pelas plantas. Como resultado de uma reação fotoquímica, o nitreto de carbono solta um grupo de elétrons quando a luz solar incide sobre ele. Esses elétrons são o produto necessário para que os íons cobalto realizem a quebra das ligações químicas entre as moléculas de carbono e de oxigênio que formam o CO2.

Para testar as possibilidades do material, o grupo de pesquisadores aplicou luz artificial sobre ele, simulando a incidência de luz solar. “O nitreto funcionou por mais de 24 horas em um reator fechado, quebrando as ligações das moléculas de gás carbônico. Em um minuto, para cada íon de cobalto, uma molécula de CO2 foi reduzida. Ou seja, os íons de cobalto realmente ajudam na redução do dióxido de carbono”, afirma Gonghu Li. Da energia fornecida pela luz artificial, 0,4% foi utilizado na redução do gás carbônico do ambiente. “Esse número pode ser significativamente melhorado pela otimização do processo”, acredita o professor.

Segundo Ivo Alxneit, pesquisador no Laboratório de Tecnologia Solar do Instituto Paul Scherrer, na Suíça, o valor é baixo, mas está de acordo com os padrões observados nas plantas. “A produção de combustível fotossintético geralmente é dificultada pela baixa eficiência. Esse processo pode ser comparado com a fabricação de bioetanol a partir de culturas de plantações. Ambos precisarão de áreas bastante grandes”, opina. O pesquisador desenvolve um trabalho semelhante ao de Gonghu Li, mas com um material composto por óxido de cério e de ródio.

Alternativos

Os e-fuels, ou combustíveis sintéticos, são produzidos a partir da combinação de gás de hidrogênio (H2) e dióxido de carbono (CO2) e recorrentemente citados como uma das vias para reduzir a dependência e o consumo de combustíveis fósseis. Podem ser neutros em emissões dependendo da forma de produção, o que inclui o uso de energias renováveis. Outra vantagem é que podem ser desenvolvidos para terem uma combustão praticamente sem fuligem, resultando na redução dos custos do tratamento dos gases de escape.

“Uma vantagem do nitreto de carbono é que ele é feito de elementos abundantes na terra. Usamos produtos disponíveis, como a ureia, para que a produção possa ser ampliada” 
Gonghu Li, professor de química e ciência dos materiais da Universidade de New Hampshire

 

Uso das sobras também desafia

O resíduo do processo desenvolvido pelos pesquisadores da Universidade de New Hampshire pode continuar alimentando a cadeia produtiva, dizem os criadores. Mas, segundo Vânya Pasa, professora do Laboratório de Ensaios de Combustíveis da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), o processo não é tão simples. “Sozinho, o monóxido de carbono (CO) não é usado como combustível. Ele, na verdade, é um poluente. Portanto, precisa ser convertido em hidrocarboneto, um componente básico de combustíveis, a partir da junção com moléculas de hidrogênio”, explica.

A especialista brasileira também destaca possíveis aplicações do semicondutor desenvolvido pelos cientistas estadunidenses. “Por exemplo, na chaminé de uma fábrica, o dióxido de carbono (CO2) que seria jogado na atmosfera poderia ser convertido em CO, usando apenas a luz solar catalisada pelo material desenvolvido. Além disso, o nitreto foi produzido a partir da degradação térmica da ureia, que é barata. Isso facilita a redução do CO2, o que diminui os problemas ambientais causados pela substância”, pontua.

Apesar das projeções, Gonghu Li e a equipe ponderam que levará um bom tempo até vermos o material em aparelhos ou dispositivos. A aposta inicial é usar o semicondutor na criação de elétrodos. “Eles seriam capazes de reduzir o CO2 em combustíveis, com a participação da luz solar e de um circuito elétrico”, diz. O grupo também começa a pensar em soluções para melhor combinar o material “com processos industriais que convertam o monóxido de carbono em combustíveis.”

 


* Estagiário sob supervisão de Carmen Souza

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