Plataforma de síntese de metanol e dos seus derivados a partir de fontes renováveis
Anúncios
Utilizando o CO₂ como única fonte de carbono, uma instalação-piloto no Centro Técnico LIKAT Catalysis2Sacle, em Rostock, produz o metanol — um produto químico de base —, bem como derivados na forma de dois combustíveis sintéticos. A instalação de demonstração mostra como processos químicos fundamentais funcionam utilizando exclusivamente matérias-primas renováveis e como podem ser combinados de forma eficaz em linhas de produção. Faz parte de um esforço global da comunidade científica para retirar o dióxido de carbono (CO₂), prejudicial ao clima, dos fluxos de gases de escape da civilização e aproveitá-lo como matéria-prima. O desenvolvimento da instalação foi financiado pelo Ministério Federal das Tecnologias Digitais e dos Transportes.
O hidrogénio proveniente da eletrólise reage com o CO₂ — quer em conjunto com H₂ adicional, formando monóxido de carbono, que é transformado em gás de síntese e, posteriormente, em metanol, quer reage diretamente com o CO₂ para formar metanol. Este, por sua vez, reage para formar MeFo ou DMC.
Copyright: LIKAT
O objetivo do projeto denominado SuME (Sustainable Mobility Enabler) era a produção de dois representantes de «uma nova geração de combustíveis», tal como se refere no site oficial do projeto: formiato de metilo (MeFo) e carbonato de dimetilo (DMC). «Ambos são compostos produzidos de forma neutra em CO₂, que se queimam praticamente sem emitir substâncias nocivas e com um índice de octano semelhante ao das substâncias convencionais», explica o coordenador do projeto SuME, o Dr. Sebastian Wohlrab. Além disso, o DMC serve como eletrólito na mobilidade elétrica.
Carbono proveniente exclusivamente do CO₂
No Instituto Leibniz de Catálise, Sebastian Wohlrab lidera uma equipa de investigação composta por quatro pessoas, que desenvolveu e colocou em funcionamento a instalação piloto em colaboração com parceiros ao longo de três anos e meio. A instalação funciona em modo contínuo, com um rendimento máximo de um litro por hora. O projeto recebeu um financiamento de 7,11 milhões de euros. «Como elemento central, os nossos produtos-alvo contêm carbono, tal como tantas outras matérias-primas químicas importantes», explica Sebastian Wohlrab. O ponto-chave: ao contrário do que é habitual na química, este carbono não provém do petróleo, do gás ou do carvão, mas sim inteiramente do CO₂. As fontes de CO₂ incluem, por exemplo, os gases de escape da produção de cimento ou de biogás, ou ainda o dióxido de carbono presente no ar. Também as outras matérias-primas para o metanol, bem como para os dois combustíveis DMC e MeFo — nomeadamente o hidrogénio e o oxigénio —, provêm de fontes sustentáveis.
Caminhos alternativos na química
O metanol, com a fórmula estrutural CH3OH, é a molécula mais simples do grupo dos álcoois e, com uma produção anual de 112 milhões de toneladas (2024), conta-se entre os produtos químicos de base mais importantes da indústria global. É produzido em grande escala a partir de gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogénio (H₂) de origem fóssil. A transição da síntese de metanol para matérias-primas renováveis constitui um objetivo de investigação a longo prazo a nível mundial. No LIKAT e noutros laboratórios de ponta, já existem as primeiras soluções para este fim, algumas das quais já estão a ser testadas à escala de laboratório. A instalação de Rostock integra agora um processo alternativo de produção de metanol com vias de reação igualmente sustentáveis para produtos derivados, num processo de fabrico contínuo. Dr. Wohlrab: «A partir desta plataforma de síntese, é possível explorar toda a química derivada do metanol em reações alternativas.» Para além dos dois oxigenados C1, MoFe e DMC, a sua equipa de investigação tem em vista outros produtos-alvo, como o querosene e hidrocarbonetos superiores, tais como alcanos de cadeia mais longa e olefinas.
E é assim que funciona a instalação SuME
No pavilhão técnico do LIKAT, a instalação-piloto salta imediatamente à vista: reatores, bombas, reguladores, sistemas de pressão, tudo de grandes dimensões e rodeado por tubagens e por uma estrutura protetora de plexiglas. O fluxograma, um documento de 160 páginas, pode ser descrito, em linhas gerais, da seguinte forma: um eletrolisador divide, em primeiro lugar, a água em hidrogénio (H₂) e oxigénio (O₂). A eletricidade necessária para este processo é fornecida à rede a partir da instalação fotovoltaica do centro técnico do LIKAT. O hidrogénio é posteriormente processado de duas formas. Numa variante, reage com o CO₂ para formar monóxido de carbono (CO), que, com H₂ adicional, é praticamente convertido em gás de síntese, a partir do qual, por sua vez, se forma metanol. De forma semelhante ao processo em grande escala, mas totalmente sem matérias-primas fósseis. Na segunda variante, o H₂ é adicionado ao CO₂, que reage então diretamente para formar metanol, com água como subproduto. A partir daí, o metanol segue por duas linhas de produção: ou é convertido em MeFo com libertação de H₂, ou reage com CO e oxigénio para formar DMC.
Química exigente do CO₂
A química a partir do CO₂ está em voga e é exigente, pois este gás com efeito de estufa é extremamente inerte. Isto representa um desafio sobretudo para o desenvolvimento de catalisadores, o domínio por excelência do LIKAT, que dispõe de competências e know-how reconhecidos na síntese de metanol. Pode parecer surpreendente, mas, para ativar as moléculas de CO₂ para a produção de metanol, são adequados, como explica o Dr. Wohlrab, catalisadores de cobre-zinco, tal como a indústria os utiliza também na produção de metanol a partir de gás de síntese fóssil. No entanto, estes catalisadores perdem a sua função quando entram em contacto com a água, o que é inevitável nesta reação alternativa. Há quatro anos, no LIKAT, conseguiu-se sintetizar um catalisador com maior estabilidade, «com composição química semelhante, mas com uma estrutura micro e superficial significativamente alterada», como afirma Sebastian Wohlrab. Foi também nessa altura que surgiu a ideia de desenvolver uma plataforma de síntese de metanol no centro técnico do LIKAT, recém-inaugurado, e de procurar financiamento e pessoal de investigação.
Parceiros do projeto e temas atuais
Participaram como parceiros do projeto a TU Bergakademie Freiberg e o Fraunhofer-IKTS de Dresden, bem como as empresas EnProCo Berlin e HydroExeed. Entretanto, a equipa do projeto SuME adquiriu um vasto conhecimento sobre a influência da água e de outros componentes da reação no processo catalítico e conseguiu aperfeiçoar o catalisador de cobre-zinco. Atualmente, os químicos estão a analisar qual das duas vias de reação para a produção de metanol é economicamente mais vantajosa: a partir do CO₂ passando pelo CO ou a via direta a partir do CO₂.
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 Alemão pode ser encontrado aqui.
Anúncios
Outras notícias do departamento ciência
