Agência FAPESP – A técnica denominada hidrogenação do dióxido de carbono (CO2) visa transformar a poluição em combustíveis, convertendo o CO2, um dos principais gases de efeito estufa, em produtos químicos e combustíveis renováveis. O metanol, um dos produtos mais relevantes desse processo, é um composto amplamente utilizado, incluindo sua aplicação em plásticos e combustíveis. Adicionalmente, a hidrogenação do CO2 pode resultar na produção de metano, que pode ser injetado diretamente em gasodutos de gás natural, e hidrocarbonetos de cadeia mais longa, que servem como gasolina ou combustível de aviação, estabelecendo assim a possibilidade de desenvolver e-combustíveis, que representam alternativas sustentáveis aos combustíveis fósseis convencionais.
Um consórcio internacional, que incluiu a participação de um pesquisador da Universidade de São Paulo (USP), divulgou uma revisão sobre a hidrogenação do CO2 em um artigo publicado na revista Science. Essa pesquisa integrou esforços do Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), que é um Centro de Pesquisa em Engenharia apoiado por diversas empresas, incluindo a FAPESP e a Shell.
A necessidade de repensar a relação com o dióxido de carbono é enfatizada por um dos autores do artigo, que propõe a captura do CO2 não apenas como um resíduo, mas como um valioso bloco de construção de carbono, que pode ser obtido tanto de fontes industriais quanto diretamente da atmosfera. O processo de hidrogenação ocorre quando partículas catalíticas capturam CO2 e hidrogênio, enfraquecendo as ligações que mantêm essas moléculas unidas, possibilitando a formação de novos compostos desejados. O desenvolvimento contínuo de catalisadores mais eficazes é uma área de foco para os cientistas.
O artigo também examinou a aplicação do metanol como uma solução verde para os setores de aviação e transporte marítimo. Desde a década de 1940, o catalisador CuZnAl (CZA) tem sido utilizado para a produção de metanol, devido à sua eficiência. No entanto, o CZA apresenta limitações, pois tende a favorecer reações que não convertem o CO2 de forma eficiente. Além disso, a agregação das partículas catalíticas ao longo do tempo diminui sua superfície ativa e, consequentemente, sua eficácia. Pesquisadores buscam, portanto, catalisadores que otimizem o uso de CO2 e que tenham maior durabilidade.
Os cientistas estão testando novas formulações de catalisadores, com destaque para aqueles à base de óxido de índio, que demonstraram alto potencial ao permitir a conversão de CO2 em metanol com mais de 50% de eficiência. Um catalisador recentemente investigado combina cobre, óxido de zinco, óxido de manganês e um suporte especial, funcionado a temperaturas relativamente baixas e apresentando alta eficiência na conversão do CO2 em metanol.
Embora a produção de metanol esteja progredindo, o objetivo maior está em viabilizar um futuro sustentável com a geração de diversos produtos a partir do CO2. O desenvolvimento de catalisadores inovadores é crucial para isso. A hidrogenação do CO2 pode contribuir para a redução das emissões de gases de efeito estufa, especialmente quando o processo é realizado com energia renovável.
Contudo, essa abordagem não é uma solução sem desafios. A origem do CO2, seja proveniente de indústrias ou capturado diretamente do ar, assim como a tecnologia empregada na conversão e a aplicação final dos produtos, desempenham papéis significativos na pegada ambiental associada ao processo.
O artigo discute os fatores que influenciam a atividade dos catalisadores heterogêneos na hidrogenação do CO2 para metanol, apresentando estratégias para aumentar sua estabilidade e melhorar as propriedades de hidrogenação. Além disso, são mencionados aspectos históricos e mecânicos da hidrogenação do CO2.
Embora alternativas, como os catalisadores de paládio-índio, estejam em estudo, o custo continua a ser um impedimento. Entretanto, os avanços no design de catalisadores e nas técnicas de análise de materiais estão possibilitando um futuro energético mais limpo, baseado na hidrogenação do CO2.
A complexidade das reações em nível molecular e os mecanismos de desativação dos catalisadores ainda constituem desafios significativos, mas os avanços previstos são encorajadores. A evolução do poder computacional, especialmente com a inteligência artificial e a computação quântica, juntamente com o aumento de conjuntos de dados, pode proporcionar simulações mais precisas e um entendimento mais profundo do comportamento dos catalisadores. Novas técnicas de caracterização em tempo real também poderão oferecer insights cruciais sobre os sítios ativos e os mecanismos de reação.
