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‘Esponja’ de carvão eletrificado pode absorver CO2 diretamente do ar

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Jun 9, 2024
Amostra de carvão ativado usada para capturar dióxido de carbono Crédito: Alex Forse

Amostra de carvão ativado usada para capturar dióxido de carbono

Os pesquisadores desenvolveram um método de baixo custo e eficiência energética para fabricar materiais que podem capturar dióxido de carbono diretamente do ar.

A primeira e mais urgente coisa que temos de fazer é reduzir as emissões de carbono em todo o mundo, mas a remoção de gases com efeito de estufa também é considerada necessária para atingir emissões líquidas zero e limitar os piores efeitos das alterações climáticas. Realisticamente, temos que fazer tudo o que pudermos Alex Forse

Pesquisadores da Universidade de Cambridge usaram um método semelhante ao carregamento de uma bateria para, em vez disso, carregar carvão ativado, que é frequentemente usado em filtros de água domésticos.

Ao carregar a “esponja” de carvão com íons que formam ligações reversíveis com o CO2, os pesquisadores descobriram que o material carregado poderia capturar com sucesso o CO2 diretamente do ar.

A esponja de carvão carregada também é potencialmente mais eficiente em termos energéticos do que as abordagens atuais de captura de carbono, uma vez que requer temperaturas muito mais baixas para remover o CO2 capturado para que possa ser armazenado. Os resultados são relatados na revista Natureza.

“Capturar as emissões de carbono da atmosfera é o último recurso, mas dada a escala da emergência climática, é algo que precisamos de investigar”, disse o Dr. Alexander Forse, do Departamento de Química Yusuf Hamied, que liderou a investigação. “A primeira e mais urgente coisa que temos de fazer é reduzir as emissões de carbono em todo o mundo, mas a remoção de gases com efeito de estufa também é considerada necessária para atingir emissões líquidas zero e limitar os piores efeitos das alterações climáticas. fazer tudo o que pudermos.”

A captura direta de ar, que utiliza materiais semelhantes a esponjas para remover o dióxido de carbono da atmosfera, é uma abordagem potencial para a captura de carbono, mas as abordagens atuais são caras, requerem altas temperaturas e a utilização de gás natural, e carecem de estabilidade.

“Alguns trabalhos promissores foram feitos no uso de materiais porosos para captura de carbono da atmosfera”, disse Forse. “Queríamos ver se o carvão ativado poderia ser uma opção, já que é barato, estável e produzido em grande escala”.

O carvão ativado é usado em muitas aplicações de purificação, como filtros de água, mas normalmente não consegue capturar e reter o CO2 do ar. Forse e seus colegas propuseram que, se o carvão ativado pudesse ser carregado, como uma bateria, poderia ser um material adequado para a captura de carbono.

Ao carregar uma bateria, íons carregados são inseridos em um dos eletrodos da bateria. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que carregar o carvão ativado com compostos químicos chamados hidróxidos o tornaria adequado para a captura de carbono, uma vez que os hidróxidos formam ligações reversíveis com o CO2.

A equipe usou um processo de carregamento semelhante ao de uma bateria para carregar um pano barato de carvão ativado com íons hidróxido. Nesse processo, o pano atua essencialmente como um eletrodo de uma bateria, e os íons hidróxido se acumulam nos minúsculos poros do carvão. Ao final do carregamento, o carvão é retirado da “bateria”, lavado e seco.

Testes da esponja de carvão carregada mostraram que ela poderia capturar CO2 diretamente do ar, graças ao mecanismo de ligação dos hidróxidos.

“É uma nova maneira de fabricar materiais, usando um processo semelhante ao de uma bateria”, disse Forse. “E as taxas de captura de CO2 já são comparáveis ​​às dos materiais existentes. Mas o que é ainda mais promissor é que este método pode consumir muito menos energia, uma vez que não necessitamos de altas temperaturas para coletar o CO2 e regenerar a esponja de carvão.”

Para coletar o CO2 do carvão para que possa ser purificado e armazenado, o material é aquecido para reverter as ligações hidróxido-CO2. Na maioria dos materiais atualmente utilizados para captura de CO2 do ar, os materiais precisam ser aquecidos a temperaturas tão altas quanto 900°C, muitas vezes utilizando gás natural. No entanto, as esponjas de carvão carregadas desenvolvidas pela equipa de Cambridge requerem apenas aquecimento até 90-100 °C, temperaturas que podem ser alcançadas utilizando eletricidade renovável. Os materiais são aquecidos por meio de aquecimento resistivo, que essencialmente os aquece de dentro para fora, tornando o processo mais rápido e com menor consumo de energia.

Os materiais, no entanto, têm limitações nas quais os pesquisadores estão trabalhando agora. “Estamos trabalhando agora para aumentar a quantidade de dióxido de carbono que pode ser capturado, especialmente em condições úmidas, onde nosso desempenho diminui”, disse Forse.

Os investigadores dizem que a sua abordagem pode ser útil em campos que vão além da captura de carbono, uma vez que os poros do carvão e os iões inseridos neles podem ser ajustados para capturar uma gama de moléculas.

“Essa abordagem foi uma ideia maluca que tivemos durante os bloqueios da Covid-19, por isso é sempre emocionante quando essas ideias realmente funcionam”, disse Forse. “Essa abordagem abre uma porta para a fabricação de todos os tipos de materiais para diferentes aplicações, de uma forma simples e com baixo consumo de energia.”

Uma patente foi depositada e a pesquisa está sendo comercializada com o apoio da Cambridge Enterprise, braço de comercialização da Universidade.

Referência:
Huaiguang Li et al. ‘Capturar dióxido de carbono do ar com sorventes carregados.’ Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41586’024 -07449-2

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