Universidade de Yale desenvolve sistema de plasma para converter CO2 em precursores de combustível de aviação

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade de Yale (Yale University) desenvolveram um sistema que combina plasma e eletricidade para converter dióxido de carbono (CO2) em produtos químicos valiosos, como metanol e butano. Os resultados foram publicados na revista Nature Catalysis, e o projeto é liderado pela Dra. Lea Winter, professora assistente de Engenharia Química e Ambiental da universidade.

O CO2 é abundante, mas há muito tempo é difícil de ser convertido em larga escala em produtos úteis. Isso ocorre porque é uma molécula altamente estável e muito inerte, difícil de ser transformada sem uma grande entrada de energia. A eletrocatálise é vista como um caminho promissor: com o uso de eletricidade e catalisadores para impulsionar reações químicas, o CO2 é convertido em outros compostos. No entanto, a eletrocatálise isolada geralmente produz apenas uma variedade relativamente limitada de produtos de carbono simples.

A abordagem da equipe de Winter é combinar a eletrocatálise com o plasma. O plasma, frequentemente chamado de quarto estado da matéria, depois do sólido, do líquido e do gás, é um gás altamente excitado no qual os elétrons foram arrancados dos átomos, contendo, portanto, partículas carregadas. Esses elétrons de alta energia podem excitar as moléculas de CO2 e enfraquecer suas ligações químicas antes que elas cheguem ao eletrocatalisador, e então o catalisador utiliza essas espécies ativadas para gerar diferentes produtos. Winter afirma que o plasma abre caminhos químicos que a eletrocatálise sozinha não consegue alcançar, e que os produtos multicarbonados gerados por esse método são realmente úteis para muitas indústrias químicas, podendo também produzir produtos químicos precursores de combustível de aviação sustentável, além de serem usados na fabricação de combustíveis, medicamentos, solventes e outros produtos químicos atualmente produzidos a partir de combustíveis fósseis.

A dificuldade está na forma de acoplamento. Os processos de plasma-eletroquímica geralmente dependem de uma interface aquosa, e, quando o plasma ativa o CO2 gasoso, a água pode extinguir e neutralizar as espécies de plasma mais reativas antes que elas cheguem ao eletrocatalisador. Winter admite que acoplar efetivamente o plasma ao catalisador e fazer com que as espécies excitadas pelo plasma realmente participem da reação catalítica sempre foi um desafio.

Para isso, os cientistas propuseram uma interface trifásica, que combina componentes gasosos, líquidos e sólidos, ao mesmo tempo que evita a interação direta do plasma com a água. O sistema depende de um eletrodo de difusão gasosa, uma membrana feita do mesmo tipo de material usado em utensílios de cozinha antiaderentes, com a superfície parcialmente revestida por uma fina camada de cobre como eletrocatalisador. Seus poros são suficientemente grandes para permitir que as partículas de plasma atravessem e alcancem a camada de eletrocatalisador, encontrando os prótons na água e impulsionando assim a reação química.

Os pesquisadores afirmam que o método alcançou alguns dos maiores rendimentos já obtidos na geração de álcoois valiosos e de produtos de três e quatro carbonos, que podem ser usados em combustíveis líquidos, medicamentos e outros produtos valiosos. A próxima etapa da equipe será otimizar o catalisador e testar materiais alternativos. O sistema opera em temperatura e pressão ambientes, o que pode facilitar sua comercialização. Winter afirma que se trata de um processo pronto para uso, que pode ser ligado ou desligado conforme a disponibilidade de eletricidade, e que também pode operar diretamente com eletricidade renovável intermitente, de modo que talvez seja possível adaptar fábricas existentes, em vez de construir uma fábrica inteira em torno dele.