E se pudéssemos transformar a poluição prejudicial em energia valiosa? À medida que o mundo avança em direção à neutralidade carbónica, é fundamental desenvolver novas tecnologias que reduzam as emissões.Os cientistas usaram catalisadores de pulverização e técnicas de cristalização direta para criar uma maneira rápida e econômica de converter dióxido de carbono em precursores de combustível sintético.
Universidade de Tohoku, JapãoUniversidade de HokkaidoInvestigadores da AZUL Energy desenvolveram um método altamente eficiente para converter dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO). O monóxido de carbono é um componente importante dos combustíveis sintéticos. Este processo reduz o tempo de conversão de 24 horas para apenas 15 minutos, estabelecendo uma nova referência.
“A conversão de dióxido de carbono em monóxido de carbono é um tema quente no combate às alterações climáticas neste momento, mas as tecnologias tradicionais têm algumas deficiências importantes que queremos resolver”, disse Liu Tengyi do WPI-AIMR da Northeastern University. "Esses materiais são caros, instáveis, têm seletividade limitada e demoram muito para serem preparados. Seu uso em ambientes industriais reais não é viável."
Método de preparação do eletrodo de difusão de gás modificado com cristal de ftalocianina metálica e as características e desempenho ao usar cristal de ftalocianina de cobalto (CoPc). Crédito da imagem: Hiroshi Yabu et al.
Para atender às necessidades industriais, os pesquisadores exploraram diferentes tipos de ftalocianina (Pc), incluindo ftalocianina livre de metal (H2Pc), ftalocianina de ferro (FePc), ftalocianina de cobalto (CoPc), ftalocianina de níquel (NiPc) e ftalocianina de cobre (CuPc) como potenciais catalisadores. Eles aplicaram esses compostos em eletrodos de difusão de gás usando uma técnica simples de pulverização, formando uma camada cristalina diretamente na superfície do eletrodo. Entre eles, a ftalocianina de cobalto (CoPc) é um pigmento e complexo metálico de baixo custo que apresenta a maior eficiência na conversão de dióxido de carbono em monóxido de carbono.
Comparação do desempenho de conversão CO2-CO do eletrodo de difusão de gás modificado com cristal CoPc com resultados relatados anteriormente. Crédito da imagem: Hiroshi Yabu et al.
Este método semelhante ao graffiti reduz o tempo típico de processamento para apenas 15 minutos, simplesmente pulverizando o catalisador na superfície. Os métodos tradicionais requerem processos tediosos, incluindo mistura de carbono condutor e adesivos, secagem e mais de 24 horas de tratamento térmico. Além disso, com uma densidade de corrente de 150 mA/cm², o novo sistema pode manter um desempenho estável por 144 horas.
Usando o banco de dados DigCat, o maior banco de dados de eletrocatálise experimental até o momento, os pesquisadores confirmaram que seu catalisador superou todos os catalisadores baseados em PC relatados anteriormente.
“Este não é apenas o melhor catalisador baseado em PC para a produção de dióxido de carbono até agora, mas sua taxa de reação e estabilidade também excederam com sucesso os limites padrão da indústria”, disse o professor Liu. "Este é o primeiro catalisador a atingir esse padrão."
A fim de explorar as razões por trás do seu excelente desempenho, a equipe de pesquisa conduziu análises estruturais usando radiação síncrotron da instalação NanoTerasu e realizou cálculos teóricos. Os resultados mostram que o processo de cristalização forma moléculas compactadas, o que promove a transferência eficiente de elétrons para a superfície. Essas descobertas destacam a cristalização direta como uma estratégia eficaz para a preparação de eletrodos catalisadores complexos metálicos para eletrorredução de CO₂.
Avaliação da durabilidade de eletrodos de difusão de gás modificados com cristal CoPc. Crédito da imagem: Hiroshi Yabu et al.
O método de fabricação de eletrodos de difusão gasosa desenvolvido neste estudo, combinado com a tecnologia de eletrólise de dióxido de carbono, fornece uma abordagem promissora para sintetizar eficientemente monóxido de carbono (CO, um importante intermediário de combustível sintético) a partir de dióxido de carbono usando catalisadores baseados em pigmentos de baixo custo.
A abordagem resolve um gargalo importante na produção de combustível sintético, melhorando a eficiência energética e reduzindo o custo da utilização de CO2. Portanto, tem grande potencial como tecnologia de captura e utilização de dióxido de carbono (CCU) de próxima geração.
Compilado de /ScitechDaily