Converter diretamente o CO₂ em combustíveis e produtos químicos
A TU Berlim lança dois projetos de investigação sobre a conversão eletroquímica direta de CO₂ – sem passar pelo hidrogénio
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No futuro, o dióxido de carbono não deverá ser apenas evitado ou capturado, mas sim utilizado como matéria-prima: investigadores da Universidade Técnica de Berlim estão a trabalhar em processos que permitam converter diretamente o CO₂, com a ajuda de eletricidade, em matérias-primas químicas e componentes para combustíveis sintéticos. Dois novos projetos de investigação irão abordar diferentes desafios nos próximos três anos: Enquanto o JEThylen continua a desenvolver a conversão eletroquímica direta de CO₂ em etileno como matéria-prima para combustível sintético de aviação, o INNOCELL trabalha no desenvolvimento de células de eletrólise mais eficientes e escaláveis para a conversão de CO₂. Para ambos os projetos, a área de especialização em Eletroquímica Técnica e Electrocatálise da Universidade Técnica de Berlim receberá um total de cerca de 2,6 milhões de euros.
Em muitos processos de produção de combustíveis sintéticos, a água é primeiro decomposta em hidrogénio verde e oxigénio utilizando energia renovável proveniente do sol, do vento e da energia hidráulica. O hidrogénio é posteriormente necessário para sintetizar, em conjunto com o CO₂, matérias-primas e produtos intermédios para a indústria química de combustíveis. Os investigadores da Universidade Técnica de Berlim seguem uma abordagem diferente: na eletrólise direta de CO₂, o dióxido de carbono é transformado diretamente com água numa célula eletroquímica. Desta forma, podem ser produzidos imediatamente pré-produtos químicos para combustíveis – sem que seja necessário produzir e armazenar primeiro hidrogénio como vetor energético independente. «As nossas reações centrais para este fim já estão a decorrer em laboratório», afirma o Prof. Dr. Peter Strasser, diretor da área de especialização em Eletroquímica Técnica e Electrocatálise. «Agora, o objetivo é tornar os eletrolisadores mais eficientes, mais duradouros e de maior dimensão.»
O etileno como matéria-prima para combustível sintético para aviação
O projeto JEThylen dedica-se à conversão eletroquímica direta de CO₂ em etileno. O etileno é uma matéria-prima importante da indústria química e pode servir como matéria-prima para a produção de combustível sintético para aviação. Num processo posterior, é primeiro transformado em hidrocarbonetos mais longos e, posteriormente, submetido a transformação adicional. A vantagem do processo: a reação eletroquímica direta do dióxido de carbono e o subsequente processamento químico do etileno resultam numa cadeia de processos comparativamente curta, a temperaturas relativamente baixas. Isto aumenta a eficiência energética.
O projeto é coordenado pela Siemens Energy, na qualidade de líder do consórcio. Outras instituições parceiras são a Universidade Técnica de Berlim (TU Berlin), o Instituto Fraunhofer de Engenharia de Interfaces e Bioprocessos (IGB) e o think tank de aviação Bauhaus Luftfahrt. Em conjunto, pretendem tornar a eletrólise direta de CO₂ para a produção de etileno mais eficiente, mais duradoura e aplicável a instalações de maior dimensão. Para tal, está prevista uma redução da tensão da célula dos atuais cerca de 4,5 para cerca de 2,5 volts. «Através desta e de outras medidas, pretendemos aumentar a eficiência energética dos atuais cerca de 27% para 50%. Ao mesmo tempo, ambicionamos uma operação estável durante, pelo menos, 1 000 horas», afirma Strasser. Também em termos de dimensão, trata-se de um passo significativo: enquanto instalações laboratoriais comparáveis funcionam, até agora, tipicamente com áreas de elétrodos de cerca de 10 centímetros quadrados, a instalação técnica deverá permitir o funcionamento de células na ordem de várias centenas de cm² e, com base nisso, serão desenvolvidos conceitos para uma escala industrial com áreas de elétrodos até 0,5 metro quadrado — ou seja, 5 000 centímetros quadrados. O JEThylen é financiado pelo Ministério Federal da Investigação, Tecnologia e Espaço (BMFTR) – nomeadamente no âmbito da medida de financiamento DISCO₂ («Abordagens disruptivas para a utilização industrial do CO₂»). O projeto decorre de março de 2026 a fevereiro de 2029, cabendo à TU Berlin um financiamento de cerca de um milhão de euros.
Novas células para a eletrólise de CO₂
O segundo projeto, o INNOCELL, aborda um outro desafio: como é que as células de eletrólise podem, de um modo geral, ser concebidas de forma a funcionarem de maneira eficiente e estável também em maior escala? O ponto de partida é um design de célula desenvolvido e patenteado na TU Berlim para os chamados elétrodos de difusão de gás. Estes permitem conduzir o CO₂ na forma gasosa diretamente para o catalisador, alcançando assim elevadas densidades de corrente. No projeto, são utilizados substratos poliméricos repelentes à água e eletricamente isolantes. Estes contribuem para que os elétrodos de difusão de gás sejam menos suscetíveis a serem inundados com eletrólito. Este problema, conhecido como «flooding», provoca o entupimento dos poros nos elétrodos de difusão de gás, o que prejudica significativamente o processo. Com a ajuda dos substratos poliméricos repelentes de água, as células podem funcionar de forma estável mesmo com densidades de corrente elevadas. Para o contacto elétrico necessário, é utilizado um coletor de corrente especialmente desenvolvido.
Não só a produção de etileno, mas também de monóxido de carbono e outros hidrocarbonetos
As células são testadas a temperaturas entre 60 e 80 graus Celsius e a uma pressão de até 30 bar – condições relevantes para aplicações industriais de eletrolisadores de CO₂. O projeto tem como objetivo atingir densidades de corrente de, pelo menos, 500 miliamperes por centímetro quadrado, uma eficiência energética de, pelo menos, 45 por cento e um tempo de funcionamento de, pelo menos, 1 000 horas. O funcionamento das células não se limita apenas à eletrólise para a produção de etileno: a INNOCELL está também a investigar a produção de monóxido de carbono (CO). O CO é um importante produto intermédio da indústria química e um componente do gás de síntese, a partir do qual se produzem, entre outros, metanol e outros combustíveis sintéticos. «A aplicação que será desenvolvida em maior escala será decidida no âmbito do projeto com base nos valores de desempenho alcançados», explica Peter Strasser.
O projeto decorrerá de 2026 a 2029 no âmbito do programa «VIP+» do Ministério Federal da Educação e Investigação. Através deste programa, os resultados de investigação com potencial para aplicações económicas ou sociais são analisados quanto à sua viabilidade e desenvolvidos. O montante do financiamento para a TU Berlin ascende a 1,6 milhões de euros.
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