Usando tecnologia alimentada por umidade, os pesquisadores encontram vários novos íons que facilitam o sequestro de carbono de baixa energia

Mesmo que o mundo comece lentamente a descarbonizar os processos industriais, alcançar concentrações mais baixas de carbono atmosférico requer tecnologias que removam o dióxido de carbono existente da atmosfera, em vez de apenas impedir a sua criação.

A captura típica de carbono captura CO₂ diretamente da fonte de um processo intensivo em carbono. A captura de carbono ambiental, ou “captura aérea direta” (DAC), por outro lado, pode retirar carbono das condições ambientais típicas e serve como uma arma na batalha contra as alterações climáticas, especialmente à medida que a dependência de combustíveis fósseis começa a diminuir, e com isso, a necessidade de captura de carbono no ponto de origem.

Uma nova pesquisa da Northwestern University mostra uma nova abordagem para capturar carbono das condições ambientais ambientais que analisa a relação entre água e dióxido de carbono em sistemas para informar a técnica de “oscilação de umidade”, que captura CO₂ em baixas umidades e libera-o em altas umidades. A abordagem incorpora metodologias cinéticas inovadoras e uma diversidade de íons, permitindo a remoção de carbono de praticamente qualquer lugar.

O estudo foi publicado hoje (3 de outubro) na revista Ciência e Tecnologia Ambiental.

“Não estamos apenas expandindo e otimizando a escolha de íons para captura de carbono, mas também ajudando a desvendar os fundamentos fundamentais das complexas interações fluido-superfície”, disse Vinayak P. Dravid da Northwestern, autor sênior do estudo. “Este trabalho avança a nossa compreensão colectiva do DAC, e os nossos dados e análises fornecem um forte impulso à comunidade, tanto para teóricos como para experimentalistas, para melhorar ainda mais a captura de carbono em condições práticas.”

Dravid é professor Abraham Harris de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern e diretor de iniciativas globais no Instituto Internacional de Nanotecnologia. Ph.D. os alunos John Hegarty e Benjamin Shindel foram os co-autores do artigo.

Shindel disse que a ideia por trás do artigo veio do desejo de usar as condições ambientais para facilitar a reação.

“Gostamos da captura de carbono com oscilação de umidade porque não tem um custo energético definido”, disse Shindel. “Mesmo que seja necessária alguma quantidade de energia para umidificar um volume de ar, o ideal é que você possa obter umidade ‘de graça’, energeticamente, contando com um ambiente que tenha reservatórios naturais de ar seco e úmido próximos uns dos outros.”

O grupo também ampliou o número de íons utilizados para possibilitar a reação.

“Não apenas dobramos o número de íons que exibem a desejada captura de carbono dependente da umidade, mas também descobrimos os sistemas de maior desempenho até agora”, disse John Hegarty.

Nos últimos anos, a captura de oscilações de umidade decolou. Os métodos tradicionais de captura de carbono usam sorventes para capturar CO₂ em locais de ponto de origem e, em seguida, use calor ou vácuo gerado para liberar CO₂ do sorvente. Ele vem com um alto custo de energia.

“A captura tradicional de carbono mantém o CO₂ firmemente, o que significa que é necessária uma energia significativa para liberá-lo e reutilizá-lo”, disse Hegarty.

Também não funciona em todos os lugares, disse Shindel. A agricultura e os fabricantes de betão e aço, por exemplo, são os principais contribuintes para as emissões, mas ocupam grandes pegadas que tornam impossível a captura de carbono numa única fonte.

Shindel acrescentou que os países mais ricos deveriam tentar reduzir as emissões de CO₂ Produção.

Outro autor sênior, o professor de química Omar Farha, tem experiência na exploração do papel das estruturas de estrutura de óxido metálico (MOF) para diversas aplicações, incluindo CO₂ captura e sequestro.

“O DAC é um problema complexo e multifacetado que requer uma abordagem interdisciplinar”, disse Farha. “O que aprecio neste trabalho são as medições detalhadas e cuidadosas de parâmetros complexos. Qualquer mecanismo proposto deve explicar estas observações complexas.”

No passado, os investigadores concentraram-se nos iões carbonato e fosfato para facilitar a captura da oscilação da humidade e têm hipóteses específicas relacionadas com a razão pela qual estes iões específicos são eficazes. Mas a equipe de Dravid queria testar uma gama maior de íons para ver quais eram os mais eficazes. No geral, eles descobriram que os íons com maior valência – principalmente fosfatos – eram mais eficazes e começaram a analisar uma lista de íons polivalentes, descartando alguns, bem como a encontrar novos íons que funcionassem para esta aplicação, incluindo silicato e borato.

A equipe acredita que experimentos futuros, aliados à modelagem computacional, ajudarão a explicar melhor por que certos íons são mais eficazes que outros.

Já existem empresas a trabalhar para comercializar a captura direta de carbono atmosférico, utilizando créditos de carbono para incentivar as empresas a compensar as suas emissões. Muitos estão a capturar carbono que já teria sido capturado através de atividades como práticas agrícolas modificadas, enquanto esta abordagem sequestra inequivocamente CO₂ diretamente da atmosfera, onde poderia então ser concentrado e, por fim, armazenado ou reutilizado.

A equipe de Dravid planeja integrar tal CO₂ capturar materiais com sua plataforma de esponja porosa anteriorque foi desenvolvido para remover toxinas ambientais, incluindo petróleo, fosfatos e microplásticos.