O catalisador transforma o gás com efeito de estufa numa fonte de energia
Os investigadores convertem CO₂ em metano - o catalisador recentemente desenvolvido excede o padrão da indústria
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A transição energética não precisa apenas de novas fontes, mas também de soluções eficientes de armazenamento e transporte. Os investigadores da Universidade de Kiel (CAU) desenvolveram um novo tipo de catalisador que pode converter o dióxido de carbono (CO₂) - um dos mais importantes gases com efeito de estufa - em metano. O gás serve como uma fonte de energia versátil e pode ser alimentado diretamente nas redes de gás natural existentes. O novo catalisador é barato, durável e tem um desempenho superior ao dos materiais industriais. Os investigadores publicaram agora os seus resultados na revista especializada "ChemSusChem", que relata a química no contexto da sustentabilidade.
O professor Malte Behrens e a estudante de doutoramento Anna Wolf no laboratório de síntese do Instituto de Química Inorgânica da Universidade de Kiel.
© Christina Anders, Uni Kiel
Power-to-gas: armazenamento de CO₂ em metano
O conceito subjacente "power-to-gas" (PtG) armazena energia renovável em forma química. Os investigadores utilizam-no para produzir hidrogénio a partir da eletricidade e reagi-lo com o CO₂ para formar metano. "Em condições reais, a composição da reação flutua devido à alteração do fornecimento de eletricidade a partir da energia eólica e solar. Por isso, precisamos de catalisadores que funcionem de forma fiável, mesmo em condições variáveis", diz o Professor Malte Behrens, do Instituto de Química Inorgânica da Universidade de Kiel, que lidera o subprojecto de Kiel no Programa Prioritário DFG SPP 2080.
O projeto interdisciplinar combina química, física, ciência dos materiais e engenharia. Como é típico da área de investigação "Kiel Nano, Surface and Interface Science" (KiNSIS) da Universidade de Kiel, os investigadores investigam materiais desde a estrutura atómica até à aplicação técnica e desenvolvem-nos de forma orientada.
A nanoestrutura garante a eficiência
A equipa de Kiel aplicou um princípio comprovado ao novo catalisador: combinou os elementos níquel e magnésio especificamente a um nível atómico. A cristalização conjunta forma uma solução sólida. Este composto só se separa pouco antes da reação real no reator e formam-se minúsculas partículas de níquel. O óxido de magnésio estabiliza as partículas e assegura que o CO₂ é adsorvido de forma particularmente eficaz.
"Esta estrutura em nanoescala é crucial", diz a estudante de doutoramento Anna Wolf, primeira autora do estudo. "As partículas de níquel permanecem uniformemente distribuídas e o óxido de magnésio apoia significativamente a produção de metano".
O resultado: mesmo a temperaturas comparativamente baixas de 260 °C, o catalisador converte grandes quantidades de CO₂ em metano. Em termos práticos, isto significa que apenas um quilograma do material pode produzir metano suficiente, em pouco menos de uma semana, para aquecer uma casa isolada durante um ano.
Do laboratório à aplicação industrial
A equipa atribui o seu sucesso à otimização cuidadosa de todas as etapas da síntese. "Tudo começou com a ideia de transferir um conceito comprovado para um novo sistema de materiais", diz Behrens. "O facto de o nosso catalisador ter agora um desempenho superior ao dos materiais utilizados industrialmente mostra a importância da investigação básica sistemática." Os investigadores estão a transferir os resultados laboratoriais para uma escala industrial e a testar o catalisador em condições reais de PtG, juntamente com parceiros de cooperação da Universidade de Hamburgo.
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