Em um esforço para reduzir o impacto ambiental das emissões de dióxido de carbono, um pesquisador da Universidade da Flórida Central desenvolveu uma nova tecnologia que captura dióxido de carbono e produz combustíveis e produtos químicos úteis.

Yang Yang, professor associado do NanoScience Technology Center da UCF, criou um dispositivo inovador que captura dióxido de carbono com uma microsuperfície composta de um filme de óxido de estanho e uma camada de flúor. O dispositivo então extrai dióxido de carbono gasoso por meio de um eletrodo borbulhante e converte seletivamente os gases em monóxido de carbono e ácido fórmico, que são matérias-primas importantes para a fabricação de produtos químicos.

Essa tecnologia , detalhada em um estudo recente no Journal of the American Chemical Society, visa reduzir a pegada de carbono da humanidade de forma sustentável, ao mesmo tempo em que aborda a necessidade de produzir energia alternativa.

"Queremos criar uma tecnologia melhor para tornar nosso mundo melhor e mais limpo", diz Yang, que também é membro do Cluster de Energia Renovável e Transformação Química (REACT) da UCF. "Dióxido de carbono em excesso terá um efeito estufa na Terra e a aquecerá muito rapidamente. É a motivação pela qual queremos desenvolver esse novo material para capturá-lo e convertê-lo em produtos químicos que podemos usar."

Essa tecnologia de captura de dióxido de carbono pode ser localizada em usinas de energia, instalações industriais ou plantas de produção química, onde o dióxido de carbono é capturado das emissões e convertido em produtos úteis.

A inspiração para o dispositivo e a mitigação do nosso impacto no meio ambiente veio diretamente da própria natureza, diz Yang.

"Nós, como cientistas, sempre aprendemos com a natureza", ele diz. "Queremos ver como os animais e as árvores funcionam. Para este trabalho, aprendemos com o lótus. Sabemos que o lótus tem uma superfície realmente hidrofóbica, o que significa que quando você joga água na superfície, a água vai embora rapidamente da superfície. Também sabemos que as plantas verdes absorvem dióxido de carbono e o convertem em oxigênio por meio da fotossíntese."

O lótus ajudou Yang a conceber uma tecnologia de captura de dióxido de carbono que imita a superfície do lótus, na qual a água que escorre pela superfície hidrofóbica fabricada de um dispositivo seria separada da reação de conversão de dióxido de carbono.

É necessário gerenciar cuidadosamente a quantidade de água na superfície dos materiais que podem inundar o dispositivo ou interromper a conversão de dióxido de carbono, diz Yang.

Uma vez capturado, o gás dióxido de carbono é então encaminhado através de um eletrodo e convertido por meio de um processo mais personalizável do que a fotossíntese natural.

A reação de redução eletrocatalítica de dióxido de carbono converte gás dióxido de carbono em produtos químicos que contêm carbono, como metanol, metano, etileno, etanol, acetato e propanol, dependendo das vias de reação específicas nos catalisadores.

"Queremos criar um material melhor que possa rapidamente capturar moléculas de dióxido de carbono do ar e convertê-las em produtos químicos", diz Yang. "Nós apenas reduzimos a concentração de dióxido de carbono no ar e o convertemos na fase líquida e gasosa para que possamos usar diretamente esses produtos químicos e campos convertidos para outras aplicações."

Um dos componentes mais desafiadores da pesquisa foi reduzir a quantidade de água espalhada na superfície dos materiais catalíticos ao expor os componentes do dióxido de carbono gasoso no eletrólito líquido, diz ele.

"Se você tiver muita água ao redor de seus materiais, você pode produzir hidrogênio em vez de converter dióxido de carbono em produtos químicos", diz Yang. "Isso diminuirá a eficiência energética do processo geral. Os materiais que usamos podem repelir a água da superfície, então podemos evitar a formação de hidrogênio, e podemos aumentar muito a eficiência da redução de dióxido de carbono. Então isso significa que eventualmente podemos usar quase toda a eletricidade para nossa reação."

Existem muitos esforços existentes ao redor do mundo para reduzir, capturar ou converter dióxido de carbono, incluindo o plantio de árvores e o desenvolvimento de tecnologias de captura de dióxido de carbono em larga escala. Yang diz que espera que o dispositivo de captura e conversão de dióxido de carbono possa servir como uma opção alternativa viável a outros métodos mais demorados ou custosos.

Aproveitar a eletricidade ambientalmente sustentável é mais um passo para implementar a tecnologia de conversão de dióxido de carbono em realidade, diz Yang.

"No nosso processo, podemos usar eletricidade intermitente, como a eletricidade vinda do painel solar ou do parque eólico", diz ele.

A tecnologia foi desenvolvida com base nos esforços anteriores de Yang na UCF, há quase três anos, no desenvolvimento de novos materiais para células de combustível que usavam carbono enriquecido com flúor.

A pesquisa serve como um primeiro passo importante e é um estudo fundamental que pode abrir caminho para métodos de captura de dióxido de carbono em maior escala, diz Yang.

"Para isso, validamos nosso conceito do ponto de vista fundamental", ele diz. "Testamos o desempenho em nossos reatores, mas, no futuro, queremos desenvolver um protótipo maior que possa mostrar às pessoas o quão rápido podemos converter e reduzir a concentração de dióxido de carbono e gerar produtos químicos ou combustíveis muito rapidamente a partir do nosso protótipo em larga escala."

Pesquisadores, estudantes e acadêmicos de pós-doutorado do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, do Centro de Tecnologia de Nanociência e do Departamento de Química da UCF incluem Lei Zhai; Fnu Joshua, MS; David Fox, PhD; Shengwen Liu; Zhao Li, PhD; Jinfa Chang; Guanzhi Wang, PhD; Ao Yu; e Wei Zhang, PhD.

Yang também colaborou com a Universidade de Houston; a Universidade da Califórnia, Berkeley; a Universidade de Stanford e o Instituto Oriental de Estudos Avançados em Ningbo, China.