Conversão Eletroquímica de CO2 em Combustíveis

A Conversão Eletroquímica de CO2 em Combustíveis

Autor: Paulo Correia

A concentração de CO2 (gás carbônico) na atmosfera atingiu o maior nível dos últimos três milhões de anos, tal informação é decorrente de um alerta feito por cientistas do Instituto Postam de Pesquisa sobre o Impacto Climático, da Alemanha, em um artigo publicado na revista Science Advances. Com uma alta concentração de dióxido de carbono na atmosfera, uma série de complicações climáticas começam a se intensificar, como a formação de chuva ácida e o desequilíbrio do efeito estufa.

Grande parte do CO2 existente na atmosfera terrestre é proveniente da queima de combustíveis fósseis, como carvão mineral, petróleo e gás natural, tal queima é responsável por suprir a maior parte da demanda mundial de energia, algo em torno de 81,1% de acordo com o Jornal da USP. Esses combustíveis liberam grande quantidade de CO2 na sua queima, uma vez que no processo de combustão, o combustível é oxidado pela ação de um comburente, o qual geralmente é o ar atmosférico ou o gás oxigênio, e produz energia nesse processo na forma de calor. Quando um combustível fóssil é oxidado, por ser um hidrocarboneto, uma grande quantidade de gás carbônico é liberada.

Com o passar dos anos, ao perceber o grande prejuízo que essa liberação excessiva de CO2 causa para o ambiente, muitos cientistas começaram a buscar outras formas de produzir energia sem afetar o meio ambiente. Com esses estudos, foi observado que na natureza, plantas e bactérias convertem CO2 em outras estruturas mais complexas por meio da fotossíntese, a partir dessa análise, se iniciou a busca para descobrir um método eficaz de transformar o gás carbônico em produtos de maior valor agregado.

A possibilidade de se utilizar o gás carbônico para produzir combustíveis gera uma alternativa aos combustíveis fósseis, diminuindo assim o consumo dos mesmos e além disso, serão substituídos por uma nova economia circular, de maneira que o CO2 gerado na queima dos combustíveis será utilizado para produzir mais combustíveis, gerando assim um ciclo sustentável de produção, como está representado na imagem abaixo.

Figura 1 –  Economia circular carbono-neutra baseada na captura e conversão do CO2.

Para realizar esse processo, um dos métodos utilizados é a redução eletroquímica do CO2, nesse processo ocorre uma eletrólise, o qual consiste na transformação de energia elétrica em energia química. De maneira simplificada, o gerador “puxa” os elétrons do polo positivo (ânodo) e os transfere para o polo negativo (cátodo), quando esse processo se inicia, a reação de redução de CO2 (em inglês “CO2 reduction reaction”, CO2RR) começa a acontecer na superfície do cátodo.

O cátodo, que é um ítem imprescindível para o funcionamento do processo, precisa conter um eletrocatalisador, o qual pode ser definido como uma substância responsável pela aceleração de uma reação com, no  mínimo, uma etapa eletroquímica. Em simultâneo, uma reação de oxidação deve ocorrer no ânodo, de maneira que ocorra a quebra da molécula de H20 com o desprendimento do gás oxigênio (processo conhecido por OER – Oxygen Evolution Reaction).

Contudo, esse processo não é tão simples quanto aparenta, existem limitações relacionadas à baixa solubilidade do CO2 em água, e ainda, a quebra da molécula de água com desprendimento do gás hidrogênio (Hydrogen Evolution Reaction, HER) que pode ocorrer no cátodo competindo com a CO2RR. Portanto, a etapa fundamental no processo de conversão do gás carbônico é a transferência de elétrons para a molécula de CO2 e a sua eficiência depende de todos os processos mencionados.

Além dessas problemáticas, em muitos casos os materiais eletroativos não resistem a altas densidades de corrente por um período superabundante, o que resulta em complicações na estabilidade dos eletrodos. Deve-se observar ainda que a CO2RR eletroquímica exige um investimento elétrico considerável, que pode ser fornecida por uma bateria ou até mesmo pela rede de distribuição de energia elétrica. Na prática, isso significa que a energia indispensável para que o processo ocorra é demasiada, tornando o uso da tecnologia impraticável no âmbito financeiro.

Com base nessa informação, é importante se observar que para que essa tecnologia possa suceder as fontes fósseis e de fato favoreça o nascimento de uma sociedade mais sustentável, é necessário que a eficiência da produção dos “combustíveis” em eletrolisadores atinja níveis similares às tecnologias convencionais atualmente utilizadas na matriz fóssil de energia e para isso, mais estudos na área precisarão ser realizados, para melhorar a eficiência e gerar uma utilidade prática para o processo.

 

Referências: 

 

FERNANDES, Camila. JERMOLOVICIUS, Luiz. REDUÇÃO ELETROQUÍMICA DE DIÓXIDO DE CARBONO A ETILENO INCENTIVADA POR MICRO-ONDAS: TESTES EXPLORATÓRIOS E DESENVOLVIMENTO DE CÉLULA ELETROLÍTICA COMPATÍVEL COM MICRO-ONDAS (2ª FASE), 2018

 

Pesquisadores estudam processo de conversão de gás carbônico em combustível. Jornal da Universidade, 2020. Disponível em:https://www.ufrgs.br/ciencia/pesquisadores-estudam-processo-de-conversao-de-co2-em-combustivel/. Acesso em: 27 de agosto de 2023.

 

“Série Energia”: Mais de 80% da matriz energética vêm de recursos fósseis. Jornal da USP, 2022. Disponível em: https://corta.link/XkV4Q. Acesso em: 27 de agosto de 2023.

Eletrólise. Mundo Educação. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/eletrolise.htm. Acesso em 27 de agosto de 2023.

Combustíveis: a Termoquímica do petróleo. Aprova Toral, 2019. Disponível em: https://corta.link/XIfs1. Acesso em: 27 de agosto de 2023.