A captura de carbono é uma importante estratégia de mitigação das mudanças climáticas, mas enfrenta barreiras tecnológicas e pode ser dispendiosa em termos energéticos e cara. Para ajudar a promover os avanços necessários nessa área, uma equipe de pesquisadores do MIT, com o apoio do Consórcio de Clima e Sustentabilidade do MIT (MCSC), está explorando alternativas energeticamente eficientes e escaláveis ??aos métodos convencionais de captura de dióxido de carbono (CO2).  A

lavagem convencional com aminas, que é o padrão atual para a captura de CO2 , é intensiva em energia e difícil de escalar, limitando seu impacto, apesar da necessidade urgente de reduzir as emissões de carbono e transformar o CO2 em produtos de valor agregado. Em um novo artigo  publicado na Nature Energy , pesquisadores do MIT — os estudantes de pós-graduação Fang-Yu Kuo, do Departamento de Engenharia Química, e Gi Hyun Byun, do Departamento de Engenharia Mecânica (MechE); o professor Betar Gallant, também do MechE; e os ex-bolsistas de pós-doutorado do MCSC, Glen Junor e Akachukwu Obi — investigam uma alternativa promissora a esses métodos convencionais de captura de CO2 . Suas descobertas podem representar um avanço significativo na obtenção de uma captura e remoção de carbono eficiente e flexível.

Em seu artigo, a equipe explora uma alternativa para a captura de CO2 mediada eletroquimicamente ( EMCC). Essa abordagem permite a eletrificação da separação de CO2 —  idealmente impulsionada por energias renováveis — mas atualmente enfrenta desafios, como a dependência de sorventes que requerem potenciais altamente redutores, nos quais as reações secundárias de redução de oxigênio se tornam significativas. Isso pode comprometer tanto a eficiência quanto o desempenho a longo prazo. Para superar essa limitação da EMCC, a equipe do MIT pesquisou se as iminas N-heterocíclicas (NHIs) constituem uma nova classe útil de sorventes para EMCC.

“As NHIs têm se mostrado promissoras nos últimos anos como sorventes de CO2 devido à facilidade de modificações moleculares para ajustar a basicidade”, afirma Fang-Yu Kuo. “Nosso trabalho traduz essas NHIs, pela primeira vez, para o campo de aplicação da EMCC e demonstra que os sorventes à base de NHI podem ser modulados eletroquimicamente para a separação de CO2 por um mecanismo de separação exclusivo que evita a necessidade de aplicar potenciais altamente redutores.”

A pesquisa inicial da equipe estabelece uma nova estrutura bis(NHI) que pode permitir uma modulação teórica de CO2 de duas moléculas por elétron durante a operação da célula. O resultado inicial publicado também indica que, com o aprimoramento da engenharia molecular das estruturas bis(NHI) para fortalecer a afinidade de ligação do CO2 , o bis(NHI) poderia operar em ambientes eletrolíticos mais diversos, abrindo novas possibilidades para otimizar o desempenho do sistema em termos de eficiência eletrônica, eficiência energética e flexibilidade operacional.

“Uma direção futura crucial do nosso trabalho envolve obter uma compreensão mecanística mais profunda da estabilidade e das vias de degradação do cátion radical bis(NHI)”, diz Kuo. “A compreensão dessas vias irá orientar o projeto racional de moléculas bis(NHI) de próxima geração, permitindo vidas úteis operacionais mais longas e maior durabilidade de ciclagem para aplicações práticas.”