A liberação contínua de dióxido de carbono na atmosfera é um grande impulsionador do aquecimento global e das mudanças climáticas com o aumento de eventos climáticos extremos. Pesquisadores da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) apresentaram agora um método para converter efetivamente dióxido de carbono em etanol, que fica então disponível como matéria-prima sustentável para aplicações químicas.

"Podemos remover o gás de efeito estufa CO? do ambiente e reintroduzi-lo em um ciclo de carbono sustentável", explicou o professor Carsten Streb do Departamento de Química da JGU. Seu grupo de pesquisa mostrou como o dióxido de carbono pode ser convertido em etanol por meio de eletrocatálise.

Supondo que a eletricidade verde seja usada para esse processo, ele também seria sustentável — e as culturas alimentares atualmente usadas para produzir etanol para combustíveis estariam disponíveis para alimentos novamente. De acordo com Carsten Streb, a técnica de conversão, que até agora foi realizada em escala laboratorial, também poderia ser realizada em uma escala maior. Os resultados da pesquisa foram publicados na ACS Catalysis .

A conversão eletroquímica de CO2 em produtos multicarbonados, como o etanol, seria uma maneira ideal de obter combustíveis de alta densidade energética e matérias-primas químicas valiosas, ao mesmo tempo em que utiliza o CO2 como precursor e, assim, remove-o da atmosfera até certo ponto.

Para esse fim, sua equipe de pesquisa projetou um eletrodo especial onde as reações químicas acontecem. Ele é revestido com um pó preto contendo cobalto e cobre em quantidades precisamente dosadas. Os dois metais também precisam ficar em posições muito específicas no eletrodo.

"O desafio inicial é fazer o dióxido de carbono reagir", disse Streb. "As ligações entre os átomos da molécula são muito fortes, mas o cobalto pode quebrá-las." Isso inicialmente produz monóxido de carbono, que não é uma matéria-prima ideal para a indústria química. Portanto, em uma segunda etapa, o cobre é usado para realizar a reação com etanol.

"No entanto, isso só funciona se o cobalto e o cobre estiverem próximos um do outro no eletrodo", disse Streb, descrevendo o truque que levou ao sucesso.

Atualmente, a seletividade do processo é equivalente a 80%, ou seja, 80% do material de partida é convertido em etanol — o melhor resultado alcançado em pesquisa até o momento. O Dr. Soressa Abera Chala desempenhou um papel fundamental na otimização dos resultados. Ele é o autor principal do artigo e veio como pós-doutorado com uma Humboldt Research Fellowship para Mainz da Etiópia. Dois dos coautores, Dr. Rongji Liu e Dr. Ekemena Oseghe, também estão trabalhando no grupo de Streb como bolsistas da Alexander von Humboldt Foundation.

A equipe está atualmente trabalhando para melhorar o rendimento do processo para 90 a 95%. Um catalisador que atinja 100% de seletividade seria desejável para que nenhuma outra substância, além do etanol sozinho, permanecesse na conclusão do processo.

O sucesso depende do controle do processo e particularmente do carregamento do eletrodo com cobalto e cobre. "Precisamos ver os átomos individuais, o que é possível usando um tipo especial de microscópio eletrônico", disse Streb.

Para atingir isso, os químicos de Mainz uniram forças com colegas da Universidade de Ulm como parte do Centro de Pesquisa Colaborativa/Transregio "CataLight" (CRC/TRR 234). O objetivo deles é desenvolver um catalisador que não seja apenas eficiente, mas que funcione bem pelo maior tempo possível. O sistema em si é perfeitamente estável sem nenhuma perda de desempenho, mesmo após vários meses.

Finalmente, a abundância absoluta de cobalto e cobre presentes na Terra é um fator-chave na escolha desses dois metais. Todo o processo também poderia ser configurado com metais preciosos como platina ou paládio, mas a altos custos sem perspectivas comerciais.

"Ao usar matérias-primas disponíveis globalmente como catalisadores, estamos seguindo uma abordagem na pesquisa atual para focar cada vez mais em metais não preciosos", enfatizou o professor Carsten Streb.

No futuro, esse processo poderia ser usado para produzir etanol de forma sustentável a partir de eletricidade verde e dióxido de carbono vindo de usinas de energia, por exemplo. Grandes quantidades de etanol são atualmente produzidas a partir de cana-de-açúcar e milho no Brasil, o que significa que essas culturas alimentares não estão disponíveis como fontes de nutrição para a população local.

O processo apresentado aqui abriria um método inovador e sustentável de produção de etanol que poderia ser armazenado e usado para geração descentralizada de energia, conforme necessário.