Um novo estudo do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne (EPFL) avaliou as perspectivas de aplicação em larga escala de um novo material de membrana chamado "grafeno de piridina" na captura industrial de dióxido de carbono. Combinando dados experimentais de desempenho com simulações em condições operacionais industriais, o estudo indica que esse tipo de tecnologia de membrana é promissor para fornecer uma solução de captura de carbono mais compacta e economicamente competitiva para indústrias de alta emissão, como geração de energia a gás natural, geração de energia a carvão e produção de cimento.

A tecnologia de captura de carbono é crucial para indústrias que ainda dependem de combustíveis fósseis. Os sistemas de absorção por solventes atualmente amplamente utilizados são tipicamente intensivos em energia, exigem grande infraestrutura e têm altos custos operacionais. Os sistemas de separação por membrana, como uma alternativa menor e acionada eletricamente, operam de forma semelhante a filtros de precisão, separando seletivamente o dióxido de carbono dos gases de combustão por permeação. No entanto, muitos materiais de membrana existentes tornam-se menos eficientes ao processar gases de combustão com baixas concentrações de dióxido de carbono.

A equipe de pesquisa da EPFL, liderada por Marina Micarri e pelo Professor Cátedra Gaznath, Kumar Varen Agrawal, concentrou-se na análise do desempenho de membranas de grafeno com piridina. Este material é uma monocamada de grafeno com poros funcionalizados especificamente que exibem capacidade de adsorção preferencial de dióxido de carbono. O estudo simulou o consumo de energia e as taxas de fluxo de gás em operação real usando ferramentas de modelagem e explorou vários cenários de custo. As descobertas foram publicadas na revista *Nature Sustainability*. O Professor Agrawal afirmou: “À medida que ampliamos nossa tecnologia, compreender o impacto da redução do consumo de energia e dos custos na captura de carbono em vários setores é crucial. Este trabalho aborda exatamente essa questão.”

A análise do modelo revelou a aplicabilidade do material da membrana em diferentes cenários industriais. Para usinas de energia a gás natural, usando um sistema com pré-enriquecimento de dióxido de carbono em três etapas, o custo de captura é estimado em aproximadamente US$ 80 a US$ 100 por tonelada, podendo diminuir para US$ 60 a US$ 80 por tonelada em condições ideais. Para usinas termelétricas a carvão com altas concentrações de dióxido de carbono, a alta seletividade da membrana para dióxido de carbono/nitrogênio ajuda a reduzir o consumo de energia, com um custo estimado entre US$ 25 e US$ 50 por tonelada. Em gases de combustão de fábricas de cimento, onde o teor de oxigênio é alto e o controle seletivo é mais desafiador, o custo permanece em uma faixa similar e o desempenho se mantém estável em todos os cenários testados. O estudo indica que a alta permeabilidade da membrana reduz a área de superfície necessária, contribuindo para uma menor área ocupada por todo o sistema de captura.

Este estudo demonstra que, uma vez ampliados para aplicação, os filmes de piridina-grafeno apresentam-se como uma alternativa promissora às tecnologias de captura de carbono baseadas em solventes existentes. O estudo também identifica áreas para melhoria, como o aprimoramento da capacidade do material de distinguir entre dióxido de carbono e oxigênio nos gases de combustão de fábricas de cimento.