Novo método para capturar gases de efeito estufa com luz

A redução das emissões de gases com efeito de estufa é vital para abrandar o aquecimento global, mas reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e utilizar tecnologias mais eficientes em termos energéticos não é suficiente; a captura de dióxido de carbono atmosférico é fundamental para garantir que as metas climáticas sejam cumpridas.

Esse gás deve ser armazenado permanentemente no subsolo ou utilizado como matéria-prima neutra em carbono na indústria, mas a captura do gás é complicada e as atuais tecnologias de captura de carbono são dispendiosas e intensivas em energia.

Pesquisadores da ETH Zurique desenvolveram um meio de remover gases de efeito estufa da atmosfera usando moléculas reativas à luz que influenciam a acidez de um líquido e capturam CO2, e requerem muito menos energia.

Acidez muito importante

Em líquidos aquosos ácidos, o CO2 está presente como CO2, mas em líquidos aquosos alcalinos ele reage para formar sais ou carbonatos de ácido carbônico em uma reação química reversível e a acidez do líquido determina se ele contém CO2 ou um carbonato.

Ao adicionar fotoácidos (moléculas que reagem à luz) ao líquido, os pesquisadores conseguiram influenciar a acidez do seu líquido: quando irradiado com luz, o líquido torna-se ácido, mas no escuro ele retorna ao seu estado original e o líquido torna-se fica mais alcalino.

Então, como isso funciona? O CO2 é separado do ar passando-o por um líquido contendo fotoácidos no escuro. Como o líquido é alcalino, o CO2 reage e forma carbonatos. Uma vez acumulados sais suficientes, o líquido é exposto à luz, o que o torna ácido e os carbonatos são transformados em CO2. O gás então borbulha do líquido e é coletado em tanques de gás. Quando a maior parte do CO2 for removida, a luz se apaga e o ciclo recomeça.

No entanto, existe uma falha; os fotoácidos utilizados são instáveis em água. “Durante as nossas primeiras experiências, percebemos que as moléculas se decomporiam ao fim de um dia”, explica Anna de Vries, estudante de doutoramento e autora principal do estudo publicado na revista científica Chemistry of Materials.

Anna de Vries e seus colegas analisaram a desintegração da molécula e determinaram que precisavam realizar a reação em uma mistura de água e um solvente orgânico, em vez de apenas água. Essa mistura permitiu manter as moléculas de fotoácido estáveis na solução por quase um mês e garantiu que a luz pudesse ser usada para alternar a solução entre ácida e alcalina conforme necessário; Caso contrário, a reação seria irreversível.

Altas necessidades de energia

Os métodos atuais de captura de carbono requerem aquecimento e resfriamento cíclicos e consomem muita energia, mas este novo método não precisa de aquecimento ou resfriamento, por isso requer muito menos energia. Além disso, o método só poderia funcionar com luz solar.

“Outro aspecto interessante do nosso sistema é que podemos passar de alcalino a ácido em segundos e voltar a alcalino em minutos”, diz de Vries. "Isso nos permite alternar entre a captura e a liberação de carbono muito mais rapidamente do que em um sistema controlado pela temperatura."

O próximo passo é aumentar ainda mais a estabilidade das moléculas de fotoácido e investigar os parâmetros de todo o processo para otimizá-lo ainda mais.

Referência da notícia:
de Vries, A.; Goloviznina, K.; Manuel Reiter, M.; Salanne, M.; Lukatskayka, M. R.; Solvation-Tuned Photoacid as a Stable Light-Driven pH Switch for CO2 Capture and Release. Chemistry of Materials (2023).