Talento

Reator de dióxido de carbono produz combustível marciano
O estudo da UC foi publicado na revista Nature Communications com colaboradores da Rice University, da Shanghai University e da East China University of Science and Technology.
Por Michael Mille - 23/09/2021


O estudante de engenharia química da Universidade de Cincinnati, Tianyu Zhang, mostra um frasco de grafeno usado como catalisador para converter dióxido de carbono em metano. Crédito: Andrew Higley / UC Creative

Engenheiros da Universidade de Cincinnati estão desenvolvendo novas maneiras de converter gases de efeito estufa em combustível para lidar com a mudança climática e levar os astronautas de Marte para casa.

O professor assistente Jingjie Wu da Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da UC e seus alunos usaram um catalisador de carbono em um reator para converter dióxido de carbono em metano. Conhecida como a "reação de Sabatier" do falecido químico francês Paul Sabatier, é um processo que a Estação Espacial Internacional usa para remover o dióxido de carbono do ar que os astronautas respiram e gerar combustível de foguete para manter a estação em órbita alta.

Mas Wu está pensando muito maior.

A atmosfera marciana é composta quase inteiramente de dióxido de carbono. Os astronautas podem economizar metade do combustível de que precisam para uma viagem de volta para casa, fazendo o que precisam no planeta vermelho assim que chegarem, disse Wu.

"É como um posto de gasolina em Marte. Você poderia facilmente bombear dióxido de carbono através desse reator e produzir metano para um foguete", disse Wu.

O estudo da UC foi publicado na revista Nature Communications com colaboradores da Rice University, da Shanghai University e da East China University of Science and Technology.

Wu começou sua carreira em engenharia química estudando células de combustível para veículos elétricos, mas começou a estudar a conversão de dióxido de carbono em seu laboratório de engenharia química há cerca de 10 anos.

Um reator experimental usa pontos quânticos de grafeno como catalisador para
converter dióxido de carbono em metano. Crédito:
Andrew Higley / UC Creative

"Percebi que os gases do efeito estufa seriam um grande problema na sociedade", disse Wu. "Muitos países perceberam que o dióxido de carbono é um grande problema para o desenvolvimento sustentável de nossa sociedade. É por isso que acho que precisamos alcançar a neutralidade de carbono."

A administração Biden estabeleceu uma meta de alcançar uma redução de 50% nos poluentes de gases de efeito estufa até 2030 e uma economia que depende de energia renovável até 2050.

"Isso significa que teremos que reciclar o dióxido de carbono", disse Wu.

Wu e seus alunos, incluindo o autor principal e candidato ao doutorado da UC Tianyu Zhang, estão experimentando diferentes catalisadores, como pontos quânticos de grafeno - camadas de carbono de apenas nanômetros - que podem aumentar a produção de metano.
 
Wu disse que o processo promete ajudar a mitigar as mudanças climáticas. Mas também tem uma grande vantagem comercial na produção de combustível como subproduto.

O professor assistente de engenharia química da UC Jingjie Wu, à esquerda, e o estudante
de doutorado Tianyu Zhang estão experimentando diferentes catalisadores para converter
dióxido de carbono em combustível armazenável para lidar com as mudanças
climáticas. Crédito: Andrew Higley / UC Creative

"O processo é 100 vezes mais produtivo do que há apenas 10 anos. Então, você pode imaginar que o progresso virá cada vez mais rápido", disse Wu. "Nos próximos 10 anos, teremos muitas empresas iniciantes para comercializar essa técnica."

Os alunos de Wu estão usando diferentes catalisadores para produzir não apenas metano, mas etileno. Considerado o produto químico mais importante do mundo, o etileno é utilizado na fabricação de plásticos, borracha, roupas sintéticas e outros produtos.

“A energia verde será muito importante. No futuro, representará um enorme mercado. Então, eu queria trabalhar nisso”, disse Zhang.

Sintetizar combustível a partir do dióxido de carbono se torna ainda mais comercialmente viável quando combinado com energia renovável, como solar ou eólica, disse Wu.

"No momento, temos excesso de energia verde que simplesmente jogamos fora. Podemos armazenar esse excesso de energia renovável em produtos químicos", disse ele.

O processo é escalonável para uso em usinas de energia que podem gerar toneladas de dióxido de carbono. E é eficiente, pois a conversão pode ocorrer exatamente onde o excesso de dióxido de carbono é produzido.

Wu disse que os avanços na produção de combustível a partir do dióxido de carbono o deixam mais confiante de que os humanos colocarão os pés em Marte durante sua vida.

“Neste momento, se você quiser voltar de Marte, precisará trazer o dobro de combustível, que é muito pesado”, disse ele. "E no futuro, você precisará de outros combustíveis. Assim, podemos produzir metanol a partir do dióxido de carbono e usá-lo para produzir outros materiais a jusante. Então, talvez um dia possamos viver em Marte."

 

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