Nova abordagem torna um tipo de produção de combustível limpo 66% mais eficiente
A energização do carbono residual melhora a produção de metanol líquido.
Os investigadores descobriram uma forma mais eficiente de transformar dióxido de carbono em metanol, um tipo de álcool que pode servir como combustível alternativo mais limpo.
No laboratório, sintetizar metanol pode ser extremamente difícil, devido ao caminho de reação extremamente complexo necessário para o selecionar. Tentativas anteriores da mesma equipa para fabricar este valioso combustível líquido a partir do dióxido de carbono utilizaram uma combinação de moléculas de ftalocianina de cobalto (CoPc) e eletricidade, mas este método é ineficiente, uma vez que apenas cerca de 30% do dióxido de carbono é convertido em metanol.
Para aumentar a escala da produção de metanol, a equipa deste estudo adicionou um segundo material, a tetrametoxiftalocianina de níquel (NiPc-OCH3), ao catalisador de nanotubos onde a reação tem lugar. Descobriram que a adição desta segunda molécula pode catapultar a eficiência da produção de metanol até 50%, cerca de 66% melhor do que qualquer outro processo conhecido.
“Este sistema de catalisadores é um dos poucos que consegue produzir metanol com uma seletividade tão elevada”, afirmou Robert Baker, coautor do estudo e professor de química e bioquímica na Universidade Estatal de Ohio.
O aumento da produção de metanol não só permitiria aos cientistas produzir o líquido mais rapidamente e a baixo custo, como também os ajudaria a limitar a quantidade de resíduos indesejáveis. Mais importante ainda, ter acesso constante a um recurso renovável tão flexível poderia transformar muitos aspetos da vida quotidiana, incluindo o sector dos transportes, disse Baker.
“O metanol é um produto realmente desejável para a redução de CO2 porque tem uma densidade energética muito elevada”, afirmou. “É uma ótima molécula – de todos os produtos possíveis da redução de CO2, o metanol é um excelente candidato para ser utilizado como combustível alternativo”.
O estudo foi recentemente publicado na revista Nature Nanotechnology.
Para confirmar as suas descobertas, os cientistas utilizaram uma técnica chamada espetroscopia vibracional de geração de soma de frequências para analisar onde as moléculas de dióxido de carbono se ligavam e como se moviam durante a reação.
Quando o dióxido de carbono é introduzido no NiPc-OCH3, os investigadores podem ver que este se transforma em monóxido de carbono antes de a reação catalítica o transformar em metanol.
Neste caso, a equipa verificou que os nanotubos de carbono, que mantinham os dois catalisadores no lugar e ajudavam a eletricidade a fluir mais suavemente durante a reação, influenciavam os movimentos das moléculas de dióxido de carbono. Estes tubos funcionam essencialmente como uma autoestrada que transporta os intermediários da reação de um local do catalisador para o seguinte durante este processo.
“A natureza dupla dos catalisadores de nanotubos faz com que o processo funcione de forma extremamente eficiente”, disse Baker.
Uma vez que este novo processo de produção de metanol requer uma grande quantidade de dióxido de carbono, os esforços para o aumentar para uso comercial teriam provavelmente de ser utilizados em conjunto com tecnologias de captura de carbono que possam remover os gases nocivos com efeito de estufa da atmosfera e sequestrá-los noutro local. “Capturar e converter o carbono diretamente em combustível seria uma das melhores opções possíveis para a humanidade”, afirmou Baker.
Além disso, os conhecimentos adquiridos neste estudo sobre a forma de criar catalisadores duplos a partir de blocos de construção à escala nanométrica podem provavelmente abrir caminho a outros tipos de tecnologias sustentáveis, incluindo oportunidades para os investigadores conceberem novos tipos de catalisadores e processos químicos, disse Baker.
“Agora temos as ferramentas para compreender como, quando se juntam diferentes componentes à escala nanométrica nas arquiteturas certas, é possível criar sistemas novos e mais eficientes”, afirmou. “É uma altura muito interessante para este tipo de investigação”.
O estudo foi apoiado pela National Science Foundation e pelo Yale Center for Natural Carbon Capture. Entre os coautores contam-se Quansong Zhu, do Estado de Ohio; Alvin Chang e Zhenxing Feng, da Universidade Estatal do Oregon; Huan Li, Zhan Jiang e Yongye Liang, da Universidade de Ciência e Tecnologia do Sul; e Jing Li, Seonjeong Cheon, Yuanzuo Gao, Bo Shang, Conor L. Rooney, Longtao Ren, Shize Yang e Hailiang Wang, todos da Universidade de Yale.
