Desenvolvimento e inovação na área Ambiental

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O desenvolvimento e inovação tecnológica na área ambiental é essencial para garantir um futuro sustentável para o nosso planeta. Com a crescente preocupação global com as mudanças climáticas e a degradação ambiental. Assim, a necessidade de tecnologias limpas e renováveis tornou-se mais urgente do que nunca.

O desenvolvimento e inovação oferecem alternativas viáveis e eficazes aos combustíveis fósseis e outros recursos não renováveis. Por fim, reduzindo significativamente as emissões de gases de efeito estufa e a pegada de carbono.

Além disso, pode ajudar a preservar os ecossistemas naturais e a biodiversidade, através da criação de tecnologias mais eficientes e sustentáveis. Tecnologias de conservação de energia, como a iluminação LED, não só reduzem o consumo de energia e diminuem a emissão de gases do efeito estufa. Como, também ajudam a preservar a vida selvagem, pois emitem menos luz poluente que as lâmpadas tradicionais.

O desenvolvimento de tecnologias ambientais também pode trazer benefícios econômicos significativos. A implementação de soluções verdes pode estimular a criação de novos empregos e o surgimento de novos mercados. Dessa maneira, impulsionando a economia global em direção a um futuro mais sustentável. Vamos trazer três exemplos recentes de pesquisas na área.

Novo catalisador transforma dióxido de carbono em subproduto sustentável

Pesquisadores da Northwestern University trabalharam com uma equipe internacional de colaboradores para criar ácido acético a partir do monóxido de carbono derivado do carbono capturado. A inovação, que usa um novo catalisador criado no laboratório do professor Ted Sargent, pode estimular um novo interesse na captura e armazenamento de carbono. O artigo, na integra, publicado na Nature se encontra aqui.

A captura ou sequestro de carbono é viável, hoje, do ponto de vista técnico, entretanto não há viabilidade econômica. Assim, os pesquisadores utilizaram a eletroquímica para converter carbono capturado em produtos com mercados estabelecidos (no caso o Ácido Acético), criando, dessa maneira, novos caminhos para melhorar essa economia, bem como uma fonte mais sustentável para os produtos químicos industriais.

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O ácido acético é responsável pelo odor e sabor agridoce do vinagre.

Embora o ácido acético possa ser mais conhecido como o principal componente do vinagre doméstico, o recente, entretanto, esse uso representa apenas uma pequena proporção dos seus potênciais usos. Por exemplo, no LABTeR/EQ/UFRJ, temos várias rotas de pesquisa que utilizam Ácido Acético como solvente, catalizador.

“O ácido acético no vinagre, para consumo humano, precisa vir de fontes biológicas via fermentação”, afirma Wicks, um dos autores. “Mas cerca de 90% do mercado de ácido acético é para matéria-prima na fabricação de tintas, revestimentos, adesivos e outros produtos. A produção nessa escala, derivada principalmente do metanol, que vem de combustíveis fósseis”.

Qual é a vantagem do método?

Os bancos de dados de avaliação do ciclo de vida mostraram à equipe que, para cada quilo de ácido acético produzido a partir do metanol, o processo libera 1,6 kg de CO2. Seu método alternativo ocorre por meio de um processo de duas etapas: primeiro, o CO2 gasoso capturado passa por um eletrolisador, onde reage com água e elétrons para formar monóxido de carbono (CO). O CO gasoso, então passado por um segundo eletrolisador, onde outro catalisador o transforma em várias moléculas contendo dois ou mais átomos de carbono.

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Um catalisador é capaz de acelerar uma reação sem sofrer alteração.´

Entretanto o grande desafio que enfrentado é a seletividade. Uma vez que, a maioria dos catalisadores usados facilita múltiplas reações simultâneas, o que leva a uma mistura de diferentes produtos de dois carbonos que podem ser difíceis de separar e purificar. Assim, o que precisa ser feito, é criar as condições que favoreçam um produto acima de todos os outros.

“Problemas de pesquisa modernos são complexos e multifacetados e requerem recursos diversificados, mas integrados, para analisar materiais até a escala atômica”, disse Dravid. “Colegas como Ted nos apresentam problemas desafiadores que estimulam nossa criatividade para desenvolver novas ideias e métodos inovadores de caracterização”.

A análise da equipe mostrou que usar uma proporção muito menor de cobre (aproximadamente 1%) em comparação com os catalisadores anteriores favoreceria a produção apenas de ácido acético. Também mostrou que elevar a pressão para 10 atmosferas permitiria que a equipe alcançasse uma eficiência recorde.

Mas e ai… o catalisador funciona?

No artigo, a equipe relata uma eficiência de 91%, o que significa que 91 de cada 100 elétrons bombeados para os eletrolisadores acabam no produto desejado – neste caso, o ácido acético. Assim, essa é uma maior eficiência, comparado a qualquer produto multicarbono em uma densidade de corrente. Uma vez que os catalisadores direcionados ao etileno normalmente atingem um máximo de 70% a 80%.

O novo catalisador também parece ser relativamente estável: enquanto a eficiência de alguns catalisadores tende a se degradar com o tempo, a equipe mostrou que ela permaneceu em um nível alto de 85% mesmo após 820 horas de operação.

Wicks espera que os elementos que levaram ao sucesso da equipe – incluindo um novo produto-alvo, uma pressão de reação ligeiramente aumentada e uma menor proporção de cobre no catalisador – inspirem outras equipes a pensar fora da caixa.

“Algumas dessas abordagens vão contra a sabedoria convencional nesse campo, mas mostramos que elas podem funcionar muito bem”, disse ele. “Em algum momento, teremos que descarbonizar todos os elementos da indústria química, então quanto mais caminhos diferentes tivermos para produtos úteis, seja etanol, propileno ou ácido acético, melhor.”

EMBRAPA desenvolve catalisadores para produção de monóxido de carbono e hidrogênio a partir de biogás

Embrapa Agroenergia (DF) desenvolveu dois catalisadores metálicos usados para a obtenção de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO) do biogás já purificado. As tecnologias criadas atuam quando o biogás obtido já foi limpo de impurezas e é composto apenas de metano (CH4) e gás carbônico (CO2). Ambos catalisadores foram aprovados em testes de laboratório que envolvem pequena escala.

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“O gás de síntese, que é a mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, pode ser obtido também de fontes renováveis e usado para a produção de energia e de combustíveis líquidos”. Veja mais sobre o projeto da EMBRAPA.

A obtenção desses produtos de maior valor tende a incentivar economicamente a adoção da reciclagem dos dejetos animais. O hidrogênio, pode ser empregado em vários processos industriais como a produção de amônia, o refino do petróleo, em metalurgia e na indústria de alimentos. “Para fins energéticos, o hidrogênio vem sendo bastante pesquisado mundialmente, principalmente após o desenvolvimento das células combustível”, frisa o pesquisador Emerson Schultz, que liderou o desenvolvimento dos catalisadores. Já o monóxido de carbono obtido, é matéria-prima para várias indústrias como a química e a farmacêutica.

O desenvolvimento de ativos tecnológicos direcionados à cadeia de produção de biogás e, consequentemente, de biometano, está alinhado ao recém-lançado programa “Metano Zero”, um incentivo do governo brasileiro à produção de biocombustíveis. A ideia é cumprir o “Compromisso Global de Metano”, assumido pelo Brasil e mais 103 países na COP26, cuja meta é reduzir as emissões de gás metano em 30% até 2030.

Pesquisadores da USP estudam como transformar CO2 em combustíveis ou plásticos

Em condições de alta pressão, um novo catalisador à base de níquel, zinco e carbono foi capaz de transformar o dióxido de carbono (CO2), um dos principais gases do efeito estufa (GEE), em monóxido de carbono (CO), importante intermediário para a gerando produtos de valor agregado.

O resultado de nossas pesquisas mostra que, em pouco tempo, pode-se de produzir “derivados” de petróleo como plásticos e combustíveis, via catálise. Este estudo foi a matéria principal de duas publicações da Chemistry europe. O projeto surgiu de um subproduto de um estudo anterior. No qual os pesquisadores descobriram que um catalisador de níquel tinha melhor desempenho após submetido a uma temperatura elevada (800 graus Celsius), em uma atmosfera de CO2 e hidrogênio (H2) ou metano ou propano.

No entanto, os pesquisadores testaram sem sucesso esse mesmo catalisador em condições de alta pressão (entre 20 e 100 bar), na tentativa de adaptar as reações necessárias para a posterior transformação do CO em produtos líquidos. Entretanto, com as condições para pressões mais altas, além do CO, houve a produção de metano em grande quantidade. Isso é um problema porque a intenção era obter apenas o CO, que é mais reativo, pois é capaz de formar líquidos com longas cadeias de carbono e hidrogênio e, assim, gerar produtos com valor agregado. O metano, por outro lado, não é tão facilmente transformado em produtos líquidos.

Existe uma solução?

Uma solução proposta foi utilizar catalisadores, que atuam na seleção de um caminho de reação, ou seja, direcionam a reação para fornecer o produto desejado. As moléculas, quando submetidas a um catalisador a uma determinada temperatura, ligam-se a ele e passam por um processo que envolve a quebra e a formação de novas ligações químicas, que permitem a formação de novos compostos e a saída do catalisador.

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Processo de Fischer-Tropsch– é um processo químico para produção de hidrocarbonetos líquidos a partir de gás de síntese.

A equipe de pesquisa está agora se preparando para prosseguir com o estudo. O próximo passo é usar dois catalisadores diferentes no mesmo reator. Um deles, baseado em níquel, zinco e carbono, e o outro, em ferro ou cobre. Assim, destaca-se que o segundo catalisador deve favorecer a reação entre as moléculas de CO e H2, para produzir álcoois ou hidrocarbonetos, que são produtos de valor agregado.

Dessa maneira, torna-se possível o uso da síntese de Fischer-Tropsch, processo descoberto na década de 1920 que é capaz de produzir combustíveis sintéticos, mas que nunca teve uso industrial, já que produtos derivados de petróleo são mais baratos. Entretanto, com o aquecimento global e o interesse mundial em processos de mitigação de emissões de CO2, a história pode ser diferente.

Referências:

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