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O futuro da eletrólise de CO2: como converter gases residuais em produtos químicos úteis?
Diante do desafio das mudanças climáticas globais, a comunidade científica está buscando diversas tecnologias inovadoras para reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO2) liberadas pelas atividades industriais. A redução eletrolítica de dióxido de carbono (CO2RR) é uma tecnologia emergente que visa usar eletricidade para converter CO2 em uma variedade de produtos químicos úteis, um processo que pode se tornar um componente importante da captura e utilização de carbono (CCU).
De acordo com as últimas pesquisas, o CO2RR não só pode produzir compostos como ácido fórmico (HCOO-), monóxido de carbono (CO), metano (CH4), etileno (C2H4) e etanol (C2H5OH), mas também fornecer às empresas caminhos quase neutros em carbono e correspondentes. O desenvolvimento desta tecnologia atraiu a atenção de muitas empresas, incluindo Siemens, Dioxide Materials, Twelve e GIGKarasek, e entrou na fase piloto em 2021.
“Os principais desafios são o custo relativamente alto da eletricidade e o fato de que o CO2 é frequentemente misturado com oxigênio, que precisa ser purificado antes da redução.”
A história da redução eletrolítica do dióxido de carbono pode ser rastreada até o século XIX, quando cátodos de zinco eram usados para reduzir CO2 a monóxido de carbono. Entretanto, a pesquisa se acelerou na década de 1980 com o impacto do embargo do petróleo na década de 1970. Vários sistemas avançados de eletrolisadores estão em desenvolvimento, capazes de capturar CO2 diretamente do ar ou usar bases fortes e absorventes à base de amina para extrair CO2 e realizar um processo de redução com consumo de energia relativamente baixo.
Nesse processo, a escolha do catalisador é crucial. Diferentes catalisadores metálicos têm diferentes seletividades para produzir diferentes produtos. Por exemplo, catalisadores de cobre podem produzir uma variedade de produtos reduzidos, como metano, etileno ou etanol, enquanto outros, como estanho ou bismuto, preferem produzir ácido fórmico. Na indústria, alguns produtos químicos, como ureia e metanol, já estão sendo produzidos usando dióxido de carbono como matéria-prima.
Potencial para extração de produtos químicos do CO2"A composição do catalisador é crucial para o desempenho do eletrólito, e o eletrodo de difusão de gás é considerado a chave para melhorar a produtividade."
Durante a fotossíntese, as plantas são capazes de converter dióxido de carbono em açúcares, que fornecem matéria-prima para muitas vias biossintéticas. No entanto, ainda existem alguns desafios para a adoção industrial. Hoje, muitas tecnologias baseadas em redução eletrolítica ainda não foram comercializadas, especialmente células eletrolíticas operando em temperatura ambiente, que ainda exigem mais avanços tecnológicos. Em vez disso, os eletrolisadores de óxido sólido (SOECs) são capazes de converter CO2 em CO de forma eficiente em temperaturas elevadas e estão disponíveis comercialmente.
O apelo da tecnologia de redução por eletrólise está na sua capacidade de ser combinada com energia renovável para reduzir as emissões de carbono e ajudar a alcançar o desenvolvimento sustentável. Algumas tecnologias podem operar em condições ambientais, o que significa que a expansão e a regulagem são mais fáceis do que em plantas químicas tradicionais. Atualmente, o objetivo final da redução eletrolítica do dióxido de carbono é convertê-lo em produtos químicos de maior valor, como etileno e seus derivados.
"Produzir o catalisador certo e controlar as condições de reação será fundamental para avançar na aplicação da tecnologia de redução eletrolítica de CO2."
Embora ainda existam certos desafios técnicos na redução eletrolítica do dióxido de carbono, seu potencial para desenvolvimento futuro não pode ser ignorado. À medida que o foco em energia renovável e metas de neutralidade de carbono se intensifica, mais empresas provavelmente começarão a explorar o potencial dessa tecnologia, e espera-se que mais produtos sejam produzidos industrialmente usando essa tecnologia em um futuro próximo.
Nessa tendência, como devemos participar ativamente e promover a redução eletrolítica de dióxido de carbono para se tornar a tecnologia central para a produção de produtos químicos sustentáveis no futuro?
