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Materiais de argila comuns podem ajudar a reduzir as emissões de metano
Uma equipe de pesquisadores do MIT apresentou uma abordagem promissora para controlar as emissões de metano e removê-lo do ar, usando um tipo de argila barato e abundante chamado zeólito.
Por David L. Chandler - 10/01/2022


Uma equipe de pesquisadores do MIT apresentou uma abordagem promissora para controlar as emissões de metano e removê-lo do ar, usando um tipo de argila barato e abundante chamado zeólito. Nesta imagem, o zeólito, representado como uma estrutura complexa no meio, absorve o metano que passa por ele. Crédito: Darius Siwek

O metano é um gás de efeito estufa muito mais potente do que o dióxido de carbono e tem um efeito pronunciado nas primeiras duas décadas de sua presença na atmosfera. Nas recentes negociações internacionais sobre o clima em Glasgow, a redução das emissões de metano foi identificada como uma das principais prioridades nas tentativas de conter a mudança climática global rapidamente.

Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT apresentou uma abordagem promissora para controlar as emissões de metano e removê-lo do ar, usando um tipo de argila barato e abundante chamado zeólito. Os resultados são descritos na revista ACS Environment Au , em um artigo da estudante de doutorado Rebecca Brenneis, da Professora Associada Desiree Plata e de outras duas pessoas.

Embora muitas pessoas associem o metano atmosférico à perfuração e fraturamento de petróleo e gás natural, essas fontes representam apenas cerca de 18% das emissões globais de metano , diz Plata. A grande maioria do metano emitido vem de fontes como agricultura de corte e queima, pecuária leiteira, mineração de carvão e minério, pântanos e derretimento do permafrost. “Muito do metano que entra na atmosfera é de fontes distribuídas e difusas, então começamos a pensar em como você poderia tirar isso da atmosfera”, diz ela.

A resposta que os pesquisadores encontraram foi algo muito barato - na verdade, um tipo especial de "sujeira", ou argila. Eles usaram argilas zeólitas, um material tão barato que atualmente é usado para fazer areia para gatos. Tratar a zeólita com uma pequena quantidade de cobre, a equipe descobriu, torna o material muito eficaz na absorção de metano do ar, mesmo em concentrações extremamente baixas .

O sistema é simples em conceito, embora ainda haja muito trabalho nos detalhes de engenharia. Em seus testes de laboratório , minúsculas partículas do material zeólito reforçado com cobre, semelhante ao lixo de gato, foram embaladas em um tubo de reação, que foi então aquecido do lado de fora como o fluxo de gás, com níveis de metano variando de apenas duas partes por milhão. até 2 por cento de concentração, fluiu através do tubo. Essa faixa abrange tudo o que pode existir na atmosfera, até níveis subinflamáveis ​​que não podem ser queimados ou queimados diretamente.
 
O processo tem várias vantagens sobre outras abordagens para remover o metano do ar, diz Plata. Outros métodos tendem a usar catalisadores caros, como platina ou paládio, exigem altas temperaturas de pelo menos 600 graus Celsius e tendem a exigir ciclos complexos entre fluxos ricos em metano e ricos em oxigênio, tornando os dispositivos mais complicados e mais arriscados, como metano e oxigênio são altamente combustíveis sozinhos e em combinação.

"Os 600 graus onde eles operam esses reatores tornam quase perigoso estar em torno do metano", assim como o oxigênio puro, diz Brenneis. "Eles estão resolvendo o problema apenas criando uma situação em que haverá uma explosão." Outras complicações de engenharia também surgem das altas temperaturas de operação. Sem surpresa, tais sistemas não encontraram muita utilidade.

Quanto ao novo processo, "acho que ainda estamos surpresos com o quão bem ele funciona", diz Plata, que é o Professor Associado Gilbert W. Winslow de Engenharia Civil e Ambiental. O processo parece ter seu pico de eficácia em cerca de 300 graus Celsius, o que requer muito menos energia para aquecimento do que outros processos de captura de metano. Ele também pode funcionar em concentrações de metano mais baixas do que outros métodos podem resolver, mesmo pequenas frações de 1 por cento, que a maioria dos métodos não pode remover, e faz isso no ar em vez de oxigênio puro, uma grande vantagem para implantação no mundo real.

O método converte o metano em dióxido de carbono. Isso pode soar ruim, dados os esforços mundiais para combater as emissões de dióxido de carbono. "Muitas pessoas ouvem 'dióxido de carbono' e entram em pânico; dizem 'isso é ruim'", diz Plata. Mas ela aponta que o dióxido de carbono tem muito menos impacto na atmosfera do que o metano, que é cerca de 80 vezes mais forte como gás de efeito estufa nos primeiros 20 anos e cerca de 25 vezes mais forte no primeiro século. Esse efeito surge do fato de que o metano se transforma em dióxido de carbono naturalmente na atmosfera com o passar do tempo. Ao acelerar esse processo, esse método reduziria drasticamente o impacto climático de curto prazo, diz ela. E, mesmo convertendo metade da atmosfera'dióxido de carbono ), economizando cerca de 16% do aquecimento radiativo total.

A localização ideal para esses sistemas, concluiu a equipe, seria em locais onde há uma fonte relativamente concentrada de metano, como celeiros de laticínios e minas de carvão. Essas fontes já tendem a ter sistemas poderosos de tratamento de ar instalados, uma vez que o acúmulo de metano pode representar um risco de incêndio, saúde e explosão. Para superar os detalhes de engenharia pendentes, a equipe acaba de receber uma doação de US$ 2 milhões do Departamento de Energia dos EUA para continuar a desenvolver equipamentos específicos para remoção de metano nesses tipos de locais.

"A principal vantagem da mineração de ar é que movimentamos muito dele", diz ela. "Você tem que puxar ar fresco para permitir que os mineiros respirem e para reduzir os riscos de explosão de bolsões de metano enriquecidos. Assim, os volumes de ar que são movidos nas minas são enormes." A concentração de metano é muito baixa para inflamar, mas está no ponto ideal dos catalisadores, diz ela.

Adaptar a tecnologia a locais específicos deve ser relativamente simples. A configuração do laboratório que a equipe usou em seus testes consistia em "apenas alguns componentes, e a tecnologia que você colocaria em um estábulo também poderia ser bastante simples", diz Plata. No entanto, grandes volumes de gás não fluem tão facilmente através da argila, então a próxima fase da pesquisa se concentrará em formas de estruturar o material argiloso em uma configuração multiescala e hierárquica que auxiliará o fluxo de ar.

"Precisamos de novas tecnologias para oxidar metano em concentrações abaixo das usadas em flares e oxidantes térmicos", diz Rob Jackson, professor de ciência de sistemas terrestres na Universidade de Stanford, que não esteve envolvido neste trabalho. "Não existe hoje uma tecnologia econômica para oxidar o metano em concentrações abaixo de cerca de 2.000 partes por milhão."

Jackson acrescenta: "Muitas questões permanecem para dimensionar este e todos os trabalhos semelhantes: Com que rapidez o catalisador emperrará em condições de campo? Podemos aproximar as temperaturas necessárias das condições ambientais? Quão escalonáveis ​​essas tecnologias serão ao processar grandes volumes de ar?"

Uma grande vantagem potencial do novo sistema é que o processo químico envolvido libera calor. Oxidando cataliticamente o metano, na verdade o processo é uma forma de combustão sem chama. Se a concentração de metano estiver acima de 0,5 por cento, o calor liberado é maior do que o calor usado para iniciar o processo, e esse calor pode ser usado para gerar eletricidade.

Os cálculos da equipe mostram que "nas minas de carvão, você poderia gerar calor suficiente para gerar eletricidade na escala da usina, o que é notável porque significa que o dispositivo pode se pagar", diz Plata. "A maioria das soluções de captura de ar custa muito dinheiro e nunca seria lucrativa. Nossa tecnologia pode um dia ser um contra-exemplo."

Usando o novo dinheiro do subsídio, ela diz, "nos próximos 18 meses, pretendemos demonstrar uma prova de conceito de que isso pode funcionar em campo", onde as condições podem ser mais desafiadoras do que no laboratório. Em última análise, eles esperam ser capazes de fazer dispositivos que sejam compatíveis com os sistemas de tratamento de ar existentes e possam simplesmente ser um componente extra adicionado no local. “A aplicação de mineração de carvão deve estar em um estágio que você poderia entregar a um construtor comercial ou usuário daqui a três anos”, diz Plata.

 

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