Campos de Petróleo: CO2 transformado em combustível

Não precisa ser um gênio para produzir dióxido de carbono (CO2). O gás é liberado pela simples respiração. Se o objetivo for gerar quantidades maiores, basta atear fogo em um bocado de lenha. Difícil mesmo é dar ao composto químico um destino mais nobre do que o de vilão do aquecimento global. Pesquisadores da Universidade da Carolina do Sul, nos Estados Unidos, alcançaram resultados promissores nesse sentido, ao desenvolverem uma técnica capaz de sequestrar o CO2 e transformá-lo em combustível.

A equipe, liderada pelo professor Xiao-Dong Zhou, utilizou nanotubos de carbono aos quais foram adicionados átomos de nitrogênio. A estratégia fez com que o material se tornasse um catalisador (acelerador de reações químicas) efetivo na quebra do dióxido de carbono, por meio de um processo eletroquímico (veja infografia). Segundo os autores, o novo método é muito mais estável e barato que catalisadores semelhantes já existentes, que dependem do uso de metais caros, como o ouro e a prata.

A quebra do CO2 pela técnica resulta em moléculas de carbono simples, como o monóxido de carbono (CO), o metano (CH4) e o metanol (CH4O). A engenheira química Regina de Fatima Peralta Muniz Moreira, professora do Departamento de Engenharia Química e de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), explica que, embora o CO não seja um combustível propriamente dito, ele é um dos reagentes do processo Fischer-Tropsch, usado na fabricação, por exemplo, do diesel. Já o metano é o principal componente do gás natural, enquanto o metanol, ou álcool de madeira, é um líquido primo do etanol de cereais e da cana-de-açúcar.

Energia eólica

Um dos maiores problemas dessas fontes de energia é que elas exigem o consumo imediato da força produzida. Com isso, quando não há vento nem luz solar, a produção cessa, assim como o abastecimento. A proposta, então, seria, usar essas usinas para abastecer os catalisadores, que produziriam formas de combustível que podem ser facilmente guardadas.

“Tem sido muito discutido o fato de esses tipos de geração de energia elétrica (eólica e solar) requererem alguma forma de armazenamento, o que permitiria que eles fossem utilizados em grande escala. Se pensarmos dessa forma, essa energia elétrica produzida poderia ser usada na reação (eletrocatalítica) que reduz o CO2 a CO, uma matéria-prima importante na produção de combustíveis líquidos”, concorda Regina Moreira, da UFSC (leia mais sobre o tema em Palavra de especialista).

A opinião é compartilhada por Johnson Pontes, professor do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Amazonas (Ufam), para quem a ideia da equipe de Zhou é eficiente e sustentável. Segundo ele, combinar a catálise mais eficiente com as energias alternativas poderia diminuir bastante a ação do CO2 na atmosfera. “Até agora, os resultados que apresentaram são significativos e trazem uma inovação louvável, tanto para a engenharia em si quanto para a conjuntura de mudanças climáticas no planeta”, analisa o pesquisador, que, assim como Regina Moreira, não participou do estudo.

Viabilidade

“A atmosfera não dispõe da proporção necessária de CO2, que, apesar de presente em quantidade alta (400 partes por milhão), não é suficiente para o processo”, explica. “O mais indicado seria utilizá-lo em plantas industriais, usinas de álcool e cervejarias, que produzem uma quantidade enorme de dióxido de carbono. Catalisar o composto que sai de lá valeria a pena”, completa.

O especialista da Unicamp acrescenta que a medida poderia render, futuramente, estratégias que envolvem a eletrólise da água, algo que Zhou e equipe já estudam com outras instituições. A ideia é desenvolver formas de utilizar a energia solar para separar os elementos do líquido. “A redução de CO2 depende de uma corrente rica desse gás, senão fica cara. Mas, com a água, é diferente. A célula fotovoltatica, ou turbina eólica, direcionariam eletricidade para a água, produzindo hidrogênio (H2) puro e oxigênio, esse último podendo ser jogado fora ou engarrafado.”

Roberto Avillez, professor do Departamento de Engenharia Química e de Materiais da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (Puc-Rio), completa o raciocínio lembrando que a combinação de CO com H2 forma o chamado gás de síntese, empregado na fabricação de vários compostos orgânicos. “Tanto o CO como o H2 são combustíveis, isto é, podem ser empregados, na forma mais simples, para substituir a gasolina. O problema principal é que o CO é um veneno extremamente eficiente, e o H2 é um gás explosivo quando presente acima de uma determinada quantidade na atmosfera”, observa. Mesmo assim, muitos estudos buscam formas seguras de utilizar o hidrogênio como combustível, inclusive de carros, por não ser nada poluente. “O principal trunfo do H2 é seu resíduo ser a água”, aponta Avillez.

Material multiúso

Pesquisados desde 1991, os nanotubos de carbono são fibras com grande potencial econômico, de estrutura cilíndrica e capacidade de condução térmica, mecânica e elétrica. São muito resistentes e não se deformam ao serem dobrados ou submetidos a altas pressões. Isso faz com que esse material, 100 mil vezes mais fino do que um fio de cabelo, seja útil no melhoramento de equipamentos nanotecnológicos, ópticos e eletrônicos. As utilidades são inúmeras. Materiais que não conduzem eletricidade podem ganhar essa característica quando os nanotubos são adicionados a eles, tecidos se tornam mais resistentes e até células podem receber o material para diferentes fins médicos.

Palavra de especialista

Armazenamento possível

“A estocagem de energia eólica, e nunca de vento, é antiga. Cataventos são utilizados há anos em pequenas propriedades, e a energia excedente é armazenada em baterias. Essa foi a única solução durante anos, mas, por conta de sua ineficiência, só podiam ser usadas em pequena escala, como em propriedades rurais sem energia elétrica. Com o advento das pilhas a combustível (que funcionam com hidrogênio), propõe-se agora ‘armazenar’ o excesso de energia elétrica de fontes eólicas ou fotovoltaicas na forma de hidrogênio. Ele seria usado quando não há vento, durante a noite, ou quando o céu está nublado. A presidente Dilma Rousseff disse há pouco tempo que não há tecnologia para isso, mas há sim. O que não há são plantas comerciais em operação. Nós temos diversas oportunidades para tentar desenvolver e implementar essa tecnologia, mas isso requer fundos. Mas como ter desenvolvimento e, ao mesmo tempo, cortar verbas para pesquisa?” A quebra do CO2 (gás carbônico) pela técnica resulta em moléculas de carbono simples, como o monóxido de carbono (CO), o metano (CH4) e o metanol (CH4O). A engenheira química Regina de Fatima Peralta Muniz Moreira, professora do Departamento de Engenharia Química e de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), explica que, embora o CO não seja um combustível propriamente dito, ele é umdos reagentes do processo Fischer-Tropsch, usado na fabricação, por exemplo, do diesel. Já o metano é o principal componente do gás natural, enquanto o metanol, ou álcool de madeira, é um líquido primo do etanol de cereais e da cana-de-açúcar.

Um dos usos possíveis da técnica, no futuro, é construir equipamentos que possam ser instalados na chaminé de fábricas para que o dióxido de carbono emitido seja transformado antes de atingir a atmosfera. Porém, como o processo exige uma carga de energia, os pesquisadores imaginam usá-lo para tornar usinas de energia eólica e solar mais eficientes. Um dos maiores problemas dessas fontes de energia é que elas exigem o consumo imediato da força produzida. Com isso, quando não há vento nem luz solar, a produção cessa, assim como o abastecimento. A proposta, então, seria, usar essas usinas para abastecer os catalisadores, que produziriam formas de combustível que podem ser facilmente guardadas. “Tem sido muito discutido o fato de esses tipos de geração de energia elétrica (eólica e solar) requererem alguma forma de armazenamento, o que permitiria que eles fossem utilizados em grande escala. Se pensarmos dessa forma, essa energia elétrica produzida poderia ser usada na reação (eletrocatalítica) que reduz o CO2 a CO, uma matéria- prima importante na produção de combustíveis líquidos”, concorda Regina Moreira, da UFSC (leia mais sobre o tema em Palavra de especialista). A opinião é compartilhada por Johnson Pontes, professor do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal do Amazonas (UFAM), para quem a ideia da equipe de Zhou é eficiente e sustentável. Segundo ele, combinar a catálise mais eficiente com as energias alternativas poderia diminuir bastante a ação do CO2 na atmosfera. “Até agora, os resultados que apresentaram são significativos e trazem uma inovação louvável, tanto para a engenharia em si quanto para a conjuntura de mudanças climáticas no planeta”, analisa o pesquisador, que, assim como Regina Moreira, não participou do estudo.

Gustavo Paim Valença, professor do Departamento de Engenharia de Processos da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), pondera que, apesar de relevante, o estudo é ainda inicial. Além disso, a tecnologia não serviria para sequestrar o CO2 que já está na atmosfera, pois, para ser economicamente viável, ela só funcionaria com o composto já separado do oxigênio. “A atmosfera não dispõe da proporção necessária de CO2, que, apesar de presente em quantidade alta (400 partes por milhão), não é suficiente para o processo”, explica. “O mais indicado seria utilizá-lo em plantas industriais, usinas de álcool e cervejarias, que produzem uma quantidade enorme de dióxido de carbono. Catalisar o composto que sai de lá valeria a pena”, completa. O especialista da Unicamp acrescenta que a medida poderia render, futuramente, estratégias que envolvem a eletrólise da água, algo que Zhou e equipe já estudam com outras instituições. A ideia é desenvolver formas de utilizar a energia solar para separar os elementos do líquido. “A redução de CO2 depende de uma corrente rica desse gás, senão fica cara. Mas, com a água, é diferente. A célula fotovoltatica, ou turbina eólica, direcionariam eletricidade para a água, produzindo hidrogênio (H2) puro e oxigênio, esse último podendo ser jogado fora ou engarrafado.”