Investigadores descobrem uma via de síntese inesperada: uma nova via para a produção de metano neutro em termos climáticos
Um novo material consegue produzir metano a partir de água e dióxido de carbono – como substituto neutro em termos climáticos do gás natural
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O gás natural continua a desempenhar um papel importante em muitos setores industriais – mas é um combustível fóssil prejudicial para o clima. A TU Wien e a Universidade de Innsbruck descobriram agora uma via de reação inesperada que torna possível sintetizar gás natural, ou metano (CH₄), utilizandoCO₂ previamente capturado de fluxos de gases de escape ou diretamente do ar. Desta forma, o metano pode tornar-se, globalmente, neutro em termos climáticos.
Quando submetida a uma tensão elétrica, a superfície de níquel sobre zircónia consegue converter dióxido de carbono e vapor de água em metano – uma forma possível de armazenar energia renovável por via química.
© TU Wien
Para tal, no entanto, são necessários materiais especiais. A procura desses materiais está no centro do projeto de investigação MECS, um Cluster de Excelência austríaco financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência (FWF). Agora, foi dado um passo importante: a equipa investigou o níquel sobre zircónia estabilizada com ítria. Em contacto com vapor de água e dióxido de carbono, este material permite uma complexa cascata de processos químicos, que foi agora decifrada em pormenor pela primeira vez — resultando, em última instância, na produção de metano.
Dois passos de uma só vez
«A ideia de converter dióxido de carbono em gases-produto não é nova», afirma o Prof. Günther Rupprechter, do Instituto de Química dos Materiais da TU Wien. «O dióxido de carbono pode ser decomposto e, em seguida, reagir com hidrogénio. No entanto, a questão que se coloca é: de onde vem o hidrogénio?»
Atualmente, a maior parte do hidrogénio ainda é produzida a partir de fontes fósseis — conhecido como hidrogénio «preto» ou «cinzento». Se se recorrer a esse tipo de hidrogénio, o processo global não é neutro em termos climáticos. «Para nós, no cluster de investigação MECS, ficou claro que seria muito mais elegante desenvolver um processo que conseguisse duas coisas ao mesmo tempo: primeiro, decompor o dióxido de carbono para obter carbono e, segundo, decompor a água para obter, simultaneamente, hidrogénio “verde”», explica Günther Rupprechter. O hidrogénio e o carbono podem então ser utilizados para formar metano (CH₄) totalmente renovável. Em etapas posteriores, se necessário, este metano também poderia ser convertido noutras substâncias, tais como combustíveis líquidos renováveis.
A zircónia, a estrela subestimada
«Durante anos, partiu-se do princípio de que o níquel era o principal fator determinante deste processo químico», afirma Bernhard Klötzer, da Universidade de Innsbruck. «Mas alguns resultados experimentais não se encaixavam bem neste quadro. Queríamos compreender exatamente o que se passa na superfície eletroquimicamente ativa.»
Para descobrir, a equipa desenvolveu um elétrodo modelo poroso muito especial, feito de níquel sobre zircónia estabilizada com ítria, e analisou-o utilizando espectroscopia fotoelétrica de raios X. Esta técnica permite acompanhar as alterações químicas diretamente durante o processo, em tempo real.
O resultado foi uma surpresa: a zircónia tinha sido inicialmente utilizada principalmente porque é permeável aos iões de oxigénio e consegue transportar o oxigénio para fora. «Mas, afinal, a zircónia desempenha aqui um papel muito mais ativo do que se pensava anteriormente», afirma Christoph Thurner, o primeiro autor do estudo atual. «Quando aplicamos uma tensão elétrica, o carbono deposita-se inicialmente nos átomos de níquel — era isso que esperávamos. Mas parte desse carbono migra depois para a superfície da zircónia, onde se forma um composto reativo de carbono e zircónio. Assim que pequenas quantidades de vapor de água entram em contacto com este composto, este reage novamente e forma-se metano.»
Armazenamento químico de energia solar
«O comportamento dinâmico da superfície da zircónia revelou-se crucial», afirma Alexander Genest, da TU Wien, que realizou as simulações. «Conseguimos demonstrar que o metano é formado através de uma via de reação até então desconhecida. Isto abre novas perspetivas para o desenvolvimento de células de eletrólise. Dá-nos uma forma de utilizar eletroquimicamente o excedente de energia elétrica, por exemplo, em dias particularmente ensolarados em que os painéis fotovoltaicos geram energia em excesso, e produzir metano. Desta forma, a energia pode ser armazenada sob a forma de combustíveis versáteis que podem ser armazenados a longo prazo sem dificuldade.»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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