Todos os anos, usinas e indústrias em todo o mundo liberam grandes volumes de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, intensificando o agravamento da crise climática global. Nesse contexto, pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório Nacional Argonne, nos Estados Unidos, desenvolveram uma nova abordagem para o aproveitamento do CO2 emitido diariamente, ao integrar captura e conversão em um único sistema, com menor demanda energética e maior eficiência operacional. O estudo foi publicado na revista científica Nature Energy.
Reginaldo J. Gomes, cientista brasileiro e líder da pesquisa, explicou ao Correio que a proposta parte de um cenário em que já existem tecnologias consolidadas de captura e até reinjeção de carbono em reservatórios, como as utilizadas pela Petrobras no setor de petróleo e gás, mas diz que sempre questionou por que esse carbono não poderia ser reaproveitado como insumo produtivo, em vez de ser apenas armazenado. De acordo com ele, a principal inovação do método está na substituição da água por um solvente orgânico, o DMSO (dimetilsulfóxido).
"Essa mudança altera, de forma significativa, o comportamento químico do processo, permitindo não apenas uma maior absorção de CO2, mas também sua conversão direta em monóxido de carbono — um composto fundamental na produção de combustíveis sintéticos e diversos produtos da indústria química. Paralelamente, o sistema troca a prata, tradicionalmente usada como catalisador, pelo zinco, um material mais abundante e significativamente mais barato."
Segundo os autores do projeto, um dos avanços do novo modelo é a eliminação de etapas altamente intensivas em energia, como o aquecimento necessário para liberar o CO2 capturado em sistemas convencionais. Na abordagem desenvolvida, a eletricidade passa a ser utilizada diretamente para promover a conversão do gás, simplificando o processo e reduzindo o consumo energético total.
Diferença no processo
Gomes detalha como funcionam as tecnologias tradicionais e o que muda com a nova proposta. Hoje, explica ele, a captura e a conversão do dióxido de carbono ocorrem em etapas separadas. Primeiro, o gás é absorvido por soluções aquosas em um processo que ele compara a um "chuveiro químico" aplicado às emissões industriais. Em seguida, é necessário aquecer essa solução entre 120 °C e 150 °C para liberar o dióxido de carbono, etapa que concentra grande parte do custo energético.
"O que mostramos é que é possível integrar essas duas etapas. Em vez de capturar e depois liberar o CO2, utilizamos o próprio meio de captura para converter o CO2 diretamente usando eletricidade. Isso elimina a etapa mais intensiva em energia e torna o processo mais eficiente", afirma. Em testes de laboratório, o sistema alcançou até 78% de conversão do CO2 puro em monóxido de carbono. Quando aplicado a misturas gasosas mais próximas das condições industriais reais, a eficiência chegou a 43%, desempenho comparável ao de tecnologias já existentes.
O pesquisador destaca que a escolha do DMSO é determinante para esse resultado. Em soluções aquosas, a aplicação de corrente elétrica favorece reações paralelas que geram hidrogênio, o que reduz a eficiência da conversão do CO2. "Quando passamos eletricidade em sistemas aquosos, tanto a água quanto os próprios compostos usados para capturar CO2 acabam reagindo, gerando hidrogênio. Isso compete diretamente com a conversão do CO2 e reduz a eficiência", explica.
Com o novo solvente, esse cenário muda de forma significativa. "Quando usamos um solvente orgânico como o DMSO, mudamos completamente essa química. O CO2 dissolvido passa a existir majoritariamente como uma espécie neutra, que é mais fácil de converter e não sofre essas reações indesejadas", detalha. Ele acrescenta ainda que o próprio meio também contribui para o processo: "Na prática, o solvente deixa de ser apenas um 'meio' e passa a ajudar tanto na captura quanto na conversão."
Caminho alternativo
Essa reorganização do ambiente químico também viabilizou a substituição da prata pelo zinco como catalisador. Embora a prata apresente alta eficiência, seu custo elevado dificulta aplicações em larga escala. "Mas como mudamos completamente o ambiente químico usando DMSO, esse problema deixa de ser dominante", explica o braslieiro. Sobre o zinco, ele ressalta: "é abundante, condutor de eletricidade e muito mais acessível, até 1000 vezes mais barato". Em alguns experimentos, o material chegou a converter até 70% da eletricidade em produto útil. "Isso é fundamental pensando em indústria, porque não basta funcionar bem, precisa fechar a conta", destaca.
Ainda que os resultados mostrem potencial, a tecnologia até agora encontra-se em fase laboratorial. Mesmo assim, os testes já foram realizados em condições mais próximas das emissões reais, incluindo misturas gasosas com menor concentração de CO2 e presença de oxigênio. Para os cientistas, os avanços indicam um caminho consistente rumo à aplicação industrial no futuro. "Apesar de já termos desenvolvido essa linha por alguns anos e demonstrado o conceito com bons resultados, essa tecnologia ainda é um 'bebê' dentro do ciclo de desenvolvimento industrial", afirma Gomes.
DUAS PERGUNTAS PARA...
Reginaldo J. Gomes, pós-doutorando no Laboratório Nacional de Argonne, nos Estados Unidos
Existe alguma tecnologia semelhante no Brasil?
Existem, sim, grupos acadêmicos e iniciativas industriais no Brasil explorando captura, uso e conversão de CO2. A Petrobras, por exemplo, é uma referência importante em reinjeção de CO2 no pré-sal. Nesse caso, o objetivo principal é separar o CO2 e armazená-lo de forma segura no subsolo. Já a Braskem possui parcerias com universidades voltadas à utilização de CO2 como matéria-prima na produção de plásticos. Contudo, uma tecnologia exatamente como a nossa, que combina captura com conversão eletroquímica direta, ainda é bastante recente na literatura e representa um diferencial importante do trabalho. Inclusive, já existe um pedido de patente em andamento relacionado a nossa abordagem.
Qual seria o custo do sistema?
Ainda é cedo para falar em custo de implantação industrial, já que a tecnologia está em escala de laboratório. Nós realizamos uma análise técnica e econômica e identificamos que o custo final depende de fatores que ainda precisam ser validados em maior escala, como a estabilidade do sistema, a durabilidade dos materiais e o custo da eletricidade. Mas podemos afirmar que estamos redirecionando a energia que antes seria usada para aquecer e liberar o CO2 para, em vez disso, convertê-lo diretamente em algo útil, o que gera ganhos significativos. Em resumo, os resultados indicam potencial de redução de custo em relação às tecnologias tradicionais, mas ainda não há um valor industrial definido.
FUNCIONALIDADE
O pesquisador e autor do primeiro estudo, Reginaldo J. Gomes diz que o principal produto fabricado hoje a partir do CO2 capturado é o monóxido de carbono. Segundo ele, esse nome pode gerar algum estranhamento, por se tratar de gás tóxico e poluente. Contudo, quando produzido de forma controlada ele é um insumo extremamente importante na indústria. O monóxido de carbono é um dos principais componentes do chamado gás de síntese, ou “syngas”, que é a base de várias cadeias industriais, tais como metanol, plásticos, solventes e combustíveis como diesel e querosene de aviação, ou seja, em produtos úteis. Além disso, é usado na produção de aço e em diversos processos petroquímicos. Dessa forma, em vez de ser liberado na atmosfera, o carbono é reaproveitado ajudando a reduzir os impactos ambientais e a tornar produção mais sustentável.
* Estagiária sob a supervisão de Marcelo Abreu