Fábricas de cimento como a mostrada aqui são uma das principais fontes de dióxido de carbono, um dos poluentes que contribuem para o aquecimento global. Mas alguns desses poluentes podem ser convertidos em um novo tipo de combustível. Esse sal pode ser armazenado com segurança por décadas ou até mais.
Esta é mais uma reportagem de uma série que analisa novas tecnologias e ações que podem desacelerar as mudanças climáticas, reduzir seus impactos ou ajudar as comunidades a lidar com um mundo em rápida transformação.
Atividades que liberam dióxido de carbono (CO2), um gás de efeito estufa comum, contribuem para o aquecimento da atmosfera terrestre. A ideia de extrair CO2 do ar e armazená-lo não é nova. Mas é difícil de implementar, especialmente quando há recursos disponíveis. Um novo sistema resolve o problema da poluição por CO2 de uma maneira um pouco diferente. Ele converte quimicamente o gás que contribui para o aquecimento global em combustível.
Em 15 de novembro, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em Cambridge, publicaram seus resultados inovadores na revista Cell Reports Physical Science.
O novo sistema é dividido em duas partes. A primeira parte envolve a conversão do dióxido de carbono do ar em uma molécula chamada formiato para produzir combustível. Assim como o dióxido de carbono, o formiato contém um átomo de carbono, dois átomos de oxigênio e um átomo de hidrogênio. O formiato também contém diversos outros elementos. O novo estudo utilizou sal de formiato, derivado de sódio ou potássio.
A maioria das células de combustível funciona com hidrogênio, um gás inflamável que requer dutos e tanques pressurizados para transporte. No entanto, as células de combustível também podem funcionar com formiato. O formiato tem um conteúdo energético comparável ao do hidrogênio, de acordo com Li Ju, cientista de materiais que liderou o desenvolvimento do novo sistema. O formiato apresenta algumas vantagens em relação ao hidrogênio, observou Li Ju. É mais seguro e não requer armazenamento em alta pressão.
Pesquisadores do MIT criaram uma célula de combustível para testar o formato, que produzem a partir do dióxido de carbono. Primeiro, misturaram o sal com água. A mistura foi então introduzida na célula de combustível. Dentro da célula, o formato liberou elétrons em uma reação química. Esses elétrons fluíram do eletrodo negativo da célula para o eletrodo positivo, completando um circuito elétrico. Esse fluxo de elétrons — uma corrente elétrica — esteve presente durante 200 horas no experimento.
Zhen Zhang, um cientista de materiais que trabalha com Li no MIT, está otimista de que sua equipe conseguirá ampliar a nova tecnologia dentro de uma década.
A equipe de pesquisa do MIT usou um método químico para converter dióxido de carbono em um ingrediente fundamental para a produção de combustível. Primeiro, eles o expuseram a uma solução altamente alcalina. Escolheram hidróxido de sódio (NaOH), comumente conhecido como soda cáustica. Isso desencadeia uma reação química que produz bicarbonato de sódio (NaHCO3), mais conhecido como bicarbonato de sódio.
Então, eles ligaram a energia. A corrente elétrica desencadeou uma nova reação química que dividiu cada átomo de oxigênio na molécula de bicarbonato de sódio, deixando para trás formiato de sódio (NaCHO2). O sistema deles converteu quase todo o carbono do CO2 — mais de 96% — nesse sal.
A energia necessária para remover o oxigênio é armazenada nas ligações químicas do formato. O professor Li observou que o formato pode armazenar essa energia por décadas sem perder energia potencial. Ele então gera eletricidade ao passar por uma célula de combustível. Se a eletricidade usada para produzir formato vier de energia solar, eólica ou hidrelétrica, a eletricidade gerada pela célula de combustível será uma fonte de energia limpa.
Para ampliar a nova tecnologia, Lee disse: "Precisamos encontrar recursos geológicos ricos em lixívia". Ele estudou um tipo de rocha chamada basalto alcalino (AL-kuh-lye buh-SALT). Quando misturadas com água, essas rochas se transformam em lixívia.
Farzan Kazemifar é engenheiro na Universidade Estadual de San Jose, na Califórnia. Sua pesquisa se concentra no armazenamento de dióxido de carbono em formações salinas subterrâneas. Remover dióxido de carbono do ar sempre foi difícil e, portanto, caro, afirma ele. Assim, é lucrativo converter CO2 em produtos utilizáveis, como o formiato. O custo do produto pode compensar o custo de produção.
Muitas pesquisas têm sido realizadas sobre a captura de dióxido de carbono do ar. Por exemplo, uma equipe de cientistas da Universidade Lehigh descreveu recentemente um novo método para filtrar o dióxido de carbono do ar e convertê-lo em bicarbonato de sódio. Outros grupos de pesquisa estão armazenando CO2 em rochas especiais, convertendo-o em carbono sólido que pode então ser processado para produzir etanol, um combustível alcoólico. A maioria desses projetos é de pequena escala e ainda não teve um impacto significativo na redução dos altos níveis de dióxido de carbono na atmosfera.
Esta imagem mostra uma casa que funciona com dióxido de carbono. O dispositivo aqui apresentado converte o dióxido de carbono (as moléculas nas bolhas vermelhas e brancas) em um sal chamado formiato (as bolhas azuis, vermelhas, brancas e pretas). Esse sal pode então ser usado em uma célula de combustível para gerar eletricidade.
Kazemifar afirmou que nossa melhor opção é "reduzir as emissões de gases de efeito estufa primeiro". Uma maneira de fazer isso é substituir os combustíveis fósseis por fontes de energia renováveis, como a eólica ou a solar. Isso faz parte de uma transição que os cientistas chamam de "descarbonização". Mas ele acrescentou que deter as mudanças climáticas exigirá uma abordagem multifacetada. Essa nova tecnologia é necessária para capturar carbono em áreas de difícil descarbonização, disse ele. Considere as siderúrgicas e as fábricas de cimento, para citar dois exemplos.
A equipe do MIT também vê benefícios em combinar sua nova tecnologia com energia solar e eólica. As baterias tradicionais são projetadas para armazenar energia por semanas. Armazenar a luz solar do verão durante o inverno ou por períodos mais longos exige uma abordagem diferente. "Com o combustível de formato", disse Lee, "você não está mais limitado ao armazenamento sazonal. Poderia ser algo para gerações."
Pode não brilhar como ouro, mas "posso deixar 200 toneladas... de formiato para meus filhos e filhas", disse Lee, "como herança".
Alcalino: Adjetivo que descreve uma substância química que forma íons hidróxido (OH-) em solução. Essas soluções também são chamadas de alcalinas (em oposição a ácidas) e têm um pH maior que 7.
Aquífero: Uma formação rochosa capaz de armazenar água em reservatórios subterrâneos. O termo também se aplica a bacias subterrâneas.
Basalto: Uma rocha vulcânica preta, geralmente muito densa (a menos que uma erupção vulcânica tenha deixado grandes bolsas de gás em seu interior).
Ligação: (em química) uma conexão semipermanente entre átomos (ou grupos de átomos) em uma molécula. Ela é formada por forças atrativas entre os átomos participantes. Uma vez formadas as ligações, os átomos funcionam como uma unidade. Para separar os átomos constituintes, é necessário fornecer energia às moléculas na forma de calor ou outra radiação.
Carbono: Um elemento químico que é a base física de toda a vida na Terra. O carbono existe livremente na forma de grafite e diamante. É um componente importante do carvão, do calcário e do petróleo, e é capaz de se autoassociar quimicamente para formar uma ampla variedade de moléculas de valor químico, biológico e comercial. (Na pesquisa climática) O termo carbono é às vezes usado quase como sinônimo de dióxido de carbono para se referir ao impacto potencial que uma ação, produto, política ou processo pode ter no aquecimento da atmosfera a longo prazo.
Dióxido de carbono (ou CO2): é um gás incolor e inodoro produzido por todos os animais quando o oxigênio que respiram reage com os alimentos ricos em carbono que ingerem. O dióxido de carbono também é liberado quando matéria orgânica, incluindo combustíveis fósseis como petróleo ou gás natural, é queimada. O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa que retém o calor na atmosfera da Terra. As plantas convertem o dióxido de carbono em oxigênio por meio da fotossíntese e utilizam esse processo para produzir seu próprio alimento.
Cimento: Um aglomerante usado para unir dois materiais, fazendo com que endureçam e se tornem sólidos, ou uma cola espessa usada para unir dois materiais. (Construção) Um material finamente moído usado para aglomerar areia ou pedra britada para formar concreto. O cimento geralmente é feito em pó. Mas, quando molhado, transforma-se em uma pasta lamacenta que endurece ao secar.
Substância química: Uma substância composta por dois ou mais átomos combinados (ligados) em uma proporção e estrutura fixas. Por exemplo, a água é uma substância química composta por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Sua fórmula química é H₂O. "Química" também pode ser usada como adjetivo para descrever as propriedades de uma substância que resultam de várias reações entre diferentes compostos.
Ligação química: Uma força de atração entre átomos que é forte o suficiente para fazer com que os elementos ligados funcionem como uma unidade. Algumas atrações são fracas, outras são fortes. Todas as ligações parecem conectar átomos compartilhando (ou tentando compartilhar) elétrons.
Reação química: Um processo que envolve um rearranjo das moléculas ou estruturas de uma substância, em vez de uma mudança na forma física (por exemplo, de sólido para gasoso).
Química: o ramo da ciência que estuda a composição, a estrutura, as propriedades e as interações das substâncias. Os cientistas usam esse conhecimento para estudar substâncias desconhecidas, reproduzir substâncias úteis em grandes quantidades ou projetar e criar novas substâncias úteis. (De compostos químicos) A química também se refere à fórmula de um composto, ao método pelo qual ele é preparado ou a algumas de suas propriedades. As pessoas que trabalham nessa área são chamadas de químicos. (Nas ciências sociais) a capacidade das pessoas de cooperar, conviver em harmonia e desfrutar da companhia umas das outras.
Mudanças climáticas: Uma alteração significativa e de longo prazo no clima da Terra. Isso pode ocorrer naturalmente ou como resultado de atividades humanas, incluindo a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento.
Descarbonização: refere-se à transição intencional para longe de tecnologias, atividades e fontes de energia poluentes que emitem gases de efeito estufa à base de carbono, como dióxido de carbono e metano, para a atmosfera. O objetivo é reduzir a quantidade de gases de carbono que contribuem para as mudanças climáticas.
Eletricidade: O fluxo de carga elétrica, geralmente resultante do movimento de partículas carregadas negativamente chamadas elétrons.
Elétron: partícula com carga negativa que geralmente orbita a região externa de um átomo; é também o condutor de eletricidade em sólidos.
Engenheiro: Pessoa que utiliza ciência e matemática para resolver problemas. Quando usado como verbo, o termo "engenheiro" refere-se ao ato de projetar um dispositivo, material ou processo para solucionar um problema ou uma necessidade não atendida.
Etanol: Um álcool, também chamado álcool etílico, que é a base para bebidas alcoólicas como cerveja, vinho e destilados. Também é usado como solvente e combustível (por exemplo, frequentemente misturado com gasolina).
Filtro: (substantivo) Algo que permite a passagem de alguns materiais e outros, dependendo de seu tamanho ou outras características. (verbo) O processo de selecionar certas substâncias com base em propriedades como tamanho, densidade, carga, etc. (em física) Uma tela, placa ou camada de uma substância que absorve luz ou outra radiação ou impede seletivamente a passagem de alguns de seus componentes.
Formato: Termo geral para sais ou ésteres do ácido fórmico, uma forma oxidada de um ácido graxo. (Um éster é um composto à base de carbono formado pela substituição dos átomos de hidrogênio de certos ácidos por certos tipos de grupos orgânicos. Muitas gorduras e óleos essenciais são ésteres naturais de ácidos graxos.)
Combustível fóssil: Qualquer combustível, como carvão, petróleo (óleo bruto) ou gás natural, que se formou ao longo de milhões de anos no interior da Terra a partir da decomposição de restos de bactérias, plantas ou animais.
Combustível: Qualquer substância que libera energia por meio de uma reação química ou nuclear controlada. Os combustíveis fósseis (carvão, gás natural e petróleo) são combustíveis comuns que liberam energia por meio de reações químicas quando aquecidos (geralmente até o ponto de combustão).
Célula de combustível: um dispositivo que converte energia química em energia elétrica. O combustível mais comum é o hidrogênio, cujo único subproduto é o vapor de água.
Geologia: Adjetivo que descreve tudo relacionado à estrutura física da Terra, seus materiais, sua história e os processos que nela ocorrem. As pessoas que trabalham nessa área são chamadas de geólogos.
Aquecimento global: um aumento gradual na temperatura média da atmosfera terrestre devido ao efeito estufa. Esse efeito é causado pelo aumento dos níveis de dióxido de carbono, clorofluorcarbonos e outros gases na atmosfera, muitos dos quais são emitidos por atividades humanas.
Hidrogênio: O elemento mais leve do universo. Em estado gasoso, é incolor, inodoro e extremamente inflamável. É um componente de muitos combustíveis, gorduras e substâncias químicas que compõem os tecidos vivos. Consiste em um próton (o núcleo) e um elétron orbitando ao seu redor.
Inovação: (v. inovar; adj. inovar) Um ajuste ou aprimoramento de uma ideia, processo ou produto existente para torná-lo mais novo, mais inteligente, mais eficiente ou mais útil.
Soda cáustica: Nome genérico da solução de hidróxido de sódio (NaOH). A soda cáustica é frequentemente misturada com óleos vegetais ou gorduras animais e outros ingredientes para fazer sabão em barra.
Cientista de materiais: um pesquisador que estuda a relação entre a estrutura atômica e molecular de um material e suas propriedades gerais. Os cientistas de materiais podem desenvolver novos materiais ou analisar os já existentes. A análise das propriedades gerais de um material, como densidade, resistência e ponto de fusão, pode ajudar engenheiros e outros pesquisadores a selecionar os melhores materiais para novas aplicações.
Molécula: Um grupo de átomos eletricamente neutros que representa a menor quantidade possível de um composto químico. As moléculas podem ser formadas por um único tipo de átomo ou por diferentes tipos de átomos. Por exemplo, o oxigênio do ar é formado por dois átomos de oxigênio (O₂) e a água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H₂O).
Poluente: Uma substância que contamina algo, como o ar, a água, as pessoas ou os alimentos. Alguns poluentes são químicos, como os pesticidas. Outros poluentes podem ser radiações, incluindo calor ou luz excessivos. Até mesmo ervas daninhas e outras espécies invasoras podem ser consideradas uma forma de bioincrustação.
Potente: Adjetivo que se refere a algo muito forte ou poderoso (como um germe, veneno, medicamento ou ácido).
Renovável: Adjetivo que se refere a um recurso que pode ser reposto indefinidamente (como água, plantas verdes, luz solar e vento). Isso contrasta com os recursos não renováveis, que têm um suprimento limitado e podem ser esgotados. Os recursos não renováveis ​​incluem petróleo (e outros combustíveis fósseis) ou elementos e minerais relativamente raros.