Tecnologia Científica

Mitigação de dióxido de carbono na Terra e civilização de magnésio em Marte
O magnésio é o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre e o quarto elemento mais comum na Terra (depois do ferro, oxigênio e silício).
Por Tata Institute of Fundamental Research - 09/04/2021


Borbulhe o ar na água com uma pitada de magnésio e obteremos combustível. Crédito: Vivek Polshettiwar

As emissões excessivas de CO 2 são uma das principais causas das mudanças climáticas e, portanto, reduzir os níveis de CO 2 na atmosfera da Terra é a chave para limitar os efeitos ambientais adversos. Em vez de apenas capturar e armazenar CO 2 , seria desejável usá-lo como matéria-prima de carbono para a produção de combustível para atingir a meta de "sistemas de energia com emissões zero líquidas". A captura e conversão de CO 2 (de gás combustível ou diretamente do ar) em metano e metanol simplesmente usando água como fonte de hidrogênio em condições ambientais forneceria uma solução ideal para reduzir os níveis excessivos de CO 2 e seria altamente sustentável.

Pesquisadores do Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), em Mumbai, demonstraram o uso de magnésio (nanopartículas e volume) para reagir diretamente CO 2 com água em temperatura ambiente e pressão atmosférica , formando metano, metanol e ácido fórmico sem a necessidade de fontes de energia externas . O magnésio é o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre e o quarto elemento mais comum na Terra (depois do ferro, oxigênio e silício).

A conversão do CO 2 (puro, bem como diretamente do ar) ocorreu em poucos minutos a 300 K e 1 bar. Uma ação cooperativa única de Mg, carbonato de magnésio básico , CO 2 e água permitiu essa transformação de CO 2 . Se algum dos quatro componentes estivesse faltando, nenhuma conversão de CO 2 ocorreria. Os intermediários de reacção e da via de reacção foram identificadas por 13, CO 2 a marcação isotópica, difracção de pó de raios X (PXRD), ressonância magnética nuclear (RMN) e in situ atenuada total de reflectância-com transformada de Fourier de Infravermelhos (ATR-FTIR), e racionalizado por cálculos da teoria funcional da densidade (DFT). Durante CO2 , o Mg foi convertido em hidróxido de magnésio e carbonato, que pode ser regenerado.

O Mg é um dos metais com a menor demanda de energia para produção e gera a menor quantidade de CO 2 durante a produção. Usando este protocolo, 1 kg de magnésio via reação simples com água e CO 2 produz 2,43 litros de metano, 940 litros de hidrogênio e 3,85 kg de carbonato de magnésio básico (usado em cimento verde, indústria farmacêutica etc.), e também pequenas quantidades de metanol e ácido fórmico.

Na ausência de CO 2 , o Mg não reage eficientemente com a água e o rendimento de hidrogênio foi extremamente baixo, 100 μmol g -1 em comparação com 42000 μmol g -1 na presença de CO 2 . Isso se deveu à baixa solubilidade do hidróxido de magnésio formado pela reação do Mg com a água, impedindo que a superfície interna do Mg reaja mais com a água. No entanto, na presença de CO 2, o hidróxido de magnésio é convertido em carbonatos e carbonatos básicos, que são mais solúveis em água do que o hidróxido de magnésio e são removidos do Mg, expondo a superfície do Mg fresco para reagir com a água. Assim, este protocolo pode até ser usado para a produção de hidrogênio (940 litros por kg de Mg), que é quase 420 vezes mais do que o hidrogênio produzido pela reação do Mg apenas com água (2,24 litros por kg de Mg).

Notavelmente, toda essa produção acontece em apenas 15 minutos, em temperatura e pressão atmosférica ambientes, no protocolo excepcionalmente simples e seguro. Ao contrário de outros pós metálicos, o pó de Mg é extremamente estável (devido à presença de uma fina camada superficial de passivação de MgO) e pode ser manuseado no ar sem qualquer perda de atividade. O uso de combustíveis fósseis precisa ser restringido (se não evitado), para combater as mudanças climáticas. Este protocolo de Mg será então um dos protocolos de conversão de CO 2 sustentáveis , para um processo neutro de CO 2 para produzir vários produtos químicos e combustíveis (metano, metanol, ácido fórmico e hidrogênio).

O ambiente do planeta Marte possui 95,32% de CO 2 , enquanto sua superfície possui água na forma de gelo. Recentemente, a presença de magnésio em Marte em quantidades abundantes também foi relatada. Portanto, para explorar a possibilidade do uso deste processo de conversão de CO 2 assistido por Mg em Marte, os pesquisadores realizaram este CO 2 assistido por Mgconversão a uma temperatura mais baixa. Notavelmente, metano, metanol, ácido fórmico e hidrogênio foram produzidos em uma quantidade razoável. Esses resultados indicam o potencial desse processo de Mg para ser usado no ambiente de Marte, um passo para a utilização do magnésio em Marte, embora estudos mais detalhados sejam necessários.

 

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