Os engenheiros que trabalham para reverter a proliferação de gases de efeito estufa sabem que, além de reduzir as emissões de dióxido de carbono, também precisaremos remover o dióxido de carbono da fumaça das usinas ou dos céus. Mas, o que fazemos com todo esse carbono capturado? Matteo Cargnello, engenheiro químico da Universidade de Stanford, está trabalhando para transformá-lo em outros produtos químicos úteis, como propano, butano ou outros combustíveis de hidrocarbonetos compostos por longas cadeias de carbono e hidrogênio.
“Nós podemos criar gasolina, basicamente”, disse Cargnello, que é professor assistente de engenharia química. “Para capturar o máximo de carbono possível, você quer os hidrocarbonetos de cadeia mais longa. Cadeias com oito a 12 átomos de carbono seriam o ideal.”
Um novo catalisador, inventado por Cargnello e colegas, avança em direção a esse objetivo aumentando a produção de hidrocarbonetos de cadeia longa em reações químicas. Produziu 1.000 vezes mais butano – o hidrocarboneto mais longo que poderia produzir sob sua pressão máxima – do que o catalisador padrão, dadas as mesmas quantidades de dióxido de carbono, hidrogênio, catalisador, pressão, calor e tempo. O novo catalisador é composto pelo elemento rutênio – um raro metal de transição pertencente ao grupo da platina – revestido por uma fina camada de plástico. Como qualquer catalisador, esta invenção acelera as reações químicas sem se desgastar no processo. O rutênio também tem a vantagem de ser mais barato do que outros catalisadores de alta qualidade, como paládio e platina.
Cargnello e sua equipe descrevem o catalisador e os resultados de seus experimentos em seu último artigo, publicado esta semana na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Cargnello e sua equipe levaram sete anos para descobrir e aperfeiçoar o novo catalisador. O problema: quanto mais longa for a cadeia de hidrocarbonetos, mais difícil será produzir. A ligação do carbono ao carbono requer calor e grande pressão, tornando o processo caro e intensivo em energia.
Nesse sentido, a capacidade do novo catalisador de produzir gasolina a partir da reação é um avanço, disse Cargnello. O reator em seu laboratório precisaria apenas de uma pressão maior para produzir todos os hidrocarbonetos de cadeia longa para a gasolina, e eles estão construindo um reator de pressão mais alta.
A gasolina é líquida à temperatura ambiente e, portanto, muito mais fácil de manusear do que seus irmãos gasosos de cadeia curta – metano, etano e propano – que são difíceis de armazenar e propensos a vazar de volta aos céus. Cargnello e outros pesquisadores que trabalham para produzir combustíveis líquidos a partir do carbono capturado imaginam um ciclo neutro em carbono no qual o dióxido de carbono é coletado, transformado em combustível, queimado novamente e o dióxido de carbono resultante recomeça o ciclo.
Aperfeiçoando o polímero
A chave para o notável aumento na reatividade é aquela camada de plástico poroso no rutênio, explicou o principal autor do estudo, Chengshuang Zhou, doutorando no laboratório de Cargnello, que conduziu a pesquisa e a experimentação necessárias para refinar o novo revestimento. Um catalisador não revestido funciona muito bem, disse ele, mas produz apenas metano, o hidrocarboneto de cadeia mais curta, que tem apenas um único átomo de carbono ligado a quatro hidrogênios. Não é realmente uma cadeia.
“Um catalisador não revestido fica coberto com muito hidrogênio em sua superfície, limitando a capacidade do carbono de encontrar outros carbonos para se ligar”, disse Zhou. “O polímero poroso controla a proporção carbono-hidrogênio e nos permite criar cadeias de carbono mais longas a partir das mesmas reações. Essa interação crucial e particular foi demonstrada usando técnicas de síncrotron no Laboratório Nacional SLAC em colaboração com a equipe do Dr. Simon Bare, que lidera o Co-Access lá.”
Embora os hidrocarbonetos de cadeia longa sejam um uso inovador do carbono capturado, eles não são perfeitos, reconhece Cargnello. Ele também está trabalhando em outros catalisadores e processos semelhantes que transformam dióxido de carbono em produtos químicos industriais valiosos, como olefinas usadas para fazer plásticos, metanol e o Santo Graal, etanol, que podem sequestrar carbono sem devolver dióxido de carbono aos céus.
“Se pudermos fazer olefinas a partir do CO2 para fazer plásticos”, observou Cargnello, “nós o sequestramos em um sólido armazenável a longo prazo. Isso seria um grande negócio”.
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