Para abrandar o aquecimento global, as emissões de gases com efeito de estufa devem ser significativamente reduzidas. Isto inclui a eliminação progressiva dos combustíveis fósseis e a adopção de tecnologias de poupança de energia. No entanto, a redução das emissões por si só não é suficiente para atingir as metas climáticas. É também crucial remover grandes quantidades de dióxido de carbono da atmosfera e armazená-lo no subsolo ou reutilizá-lo na indústria como materiais neutros em carbono. As actuais tecnologias de captura de carbono, embora eficazes, consomem muita energia e são dispendiosas.
Portanto, pesquisadores da ETH Zurique estão desenvolvendo uma nova forma de aproveitar a luz. Com esta abordagem, a energia necessária para a futura captura de carbono virá do sol.
Liderados por Maria Lukatskaya, professora de sistemas de energia eletroquímica, os cientistas estão explorando o fato de que na água ácida o dióxido de carbono existe como dióxido de carbono, mas na água alcalina o dióxido de carbono reage para formar carbonatos, conhecidos como carbonatos. Esta reação química é reversível. A acidez de um líquido determina se ele contém dióxido de carbono ou carbonatos.
Para influenciar a acidez do líquido, os pesquisadores adicionaram moléculas que reagem à luz (chamadas fotoácidos). Se você iluminar esse líquido, essas moléculas o tornarão ácido. No escuro, voltam ao estado original, tornando o líquido alcalino.
É assim que o método dos pesquisadores da ETH funciona em detalhes: os pesquisadores separam o dióxido de carbono do ar no escuro, passando-o por um líquido contendo fotoácido. Como este líquido é alcalino, o dióxido de carbono reage e forma carbonatos. Depois que o sal no líquido se acumula até um certo nível, os pesquisadores iluminam o líquido. Isso torna o líquido ácido e os carbonatos são convertidos em dióxido de carbono. O dióxido de carbono borbulha do líquido, como em uma garrafa de Coca-Cola, e pode ser coletado em um tanque de gasolina. Quando quase não havia mais dióxido de carbono no líquido, os pesquisadores desligaram a fonte de luz e o ciclo recomeçou, permitindo que o líquido capturasse o dióxido de carbono.
“Na prática, porém, surgiu um problema: o fotoácido utilizado não era estável na água”, diz Annade Vries, estudante de doutorado no grupo de pesquisa de Lukatskaya e primeira autora do estudo. "Durante os primeiros experimentos, descobrimos que a molécula se decompunha após um dia."
Assim, Lukatskaya, de Vries e seus colegas analisaram o decaimento da molécula. Eles resolveram esse problema reagindo não com água, mas com uma mistura de água e solventes orgânicos. Os cientistas determinaram a proporção ideal dos dois líquidos através de experiências de laboratório e explicaram as suas descobertas através de cálculos de modelos realizados por investigadores da Universidade Sorbonne, em Paris.
Primeiro, a mistura manteve as moléculas de fotoácido estáveis em solução por quase um mês. Por outro lado, garante que a luz possa alternar entre soluções ácidas e alcalinas conforme necessário. Se o solvente orgânico utilizado pelos pesquisadores não contivesse água, a reação seria irreversível.
Outros processos de captura de carbono também são cíclicos. Um método bem estabelecido é usar filtros para coletar moléculas de dióxido de carbono à temperatura ambiente. Para posteriormente remover o dióxido de carbono do filtro, o filtro deve ser aquecido a aproximadamente 100 graus Celsius. No entanto, tanto o aquecimento como o arrefecimento consomem muita energia: são responsáveis pela maior parte da energia necessária para os métodos de filtragem.
“Em contraste, nosso processo não requer aquecimento ou resfriamento, por isso requer muito menos energia”, disse Lukatskaya. "Não só isso, mas o novo método dos investigadores da ETH também pode funcionar apenas com a luz solar. Outra coisa interessante sobre o nosso sistema é que podemos passar de alcalino a ácido em segundos e voltar a alcalino em minutos. Isto permite-nos alternar entre a captura e a libertação de carbono muito mais rapidamente do que um sistema controlado pela temperatura."
Com este estudo, os pesquisadores mostraram que o fotoácido poderia ser usado para capturar dióxido de carbono em laboratório. Em seguida, eles irão melhorar ainda mais a estabilidade da molécula de fotoácido e trazê-la ao mercado. Eles também precisam estudar os parâmetros de todo o processo para otimizá-lo ainda mais.
Referência: "Fotoácidos sintonizados dissolvidos como interruptores de pH acionados por luz estável para captura e liberação de dióxido de carbono", por Annade Vries, Kateryna Goloviznina, Manuel Reiter, Mathieu Salanne e Maria R. Lukatskaya, 20 de dezembro de 2023, "Materials Chemistry".
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c02435
Compilado de /scitechdaily