Transformando CO2 em combustível limpo de forma mais rápida e econômica
Uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Kee Young Koo do Departamento de Pesquisa em Hidrogênio do Instituto Coreano de Pesquisa de Energia (Presidente Yi Chang-Keun, aqui referido como KIER) criou um catalisador de nível mundial capaz de transformar dióxido de carbono, um dos principais gases de efeito estufa, em um ingrediente essencial para a…
Uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Kee Young Koo do Departamento de Pesquisa em Hidrogênio do Instituto Coreano de Pesquisa de Energia (Presidente Yi Chang-Keun, aqui referido como KIER) criou um catalisador de nível mundial capaz de transformar dióxido de carbono, um dos principais gases de efeito estufa, em um ingrediente essencial para a produção de combustíveis ecológicos.
A Reação de Mudança do Vapor de Água Reversa (RWGS)
A reação de mudança do vapor de água reversa (RWGS) é um processo químico que converte dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO) e água (H2O) ao reagir com hidrogênio (H2) em um reator. O monóxido de carbono resultante pode ser combinado com hidrogênio para produzir gás de síntese (syngas), um bloco de construção fundamental utilizado na produção de combustíveis sintéticos como e-combustíveis* e metanol. Devido à sua capacidade de reciclar CO2 em componentes de combustível utilizáveis, a reação RWGS é vista como um caminho promissor para avançar na produção de energia sustentável.
Superando os Limites dos Catalisadores Convencionais
Tradicionalmente, a reação RWGS funciona melhor a temperaturas acima de 800 °C. Os catalisadores à base de níquel são frequentemente utilizados porque suportam esse calor, mas perdem eficiência ao longo do tempo, pois as partículas se aglomeram, reduzindo a área de superfície. Operar em temperaturas mais baixas evita esse problema, mas também leva à formação de subprodutos indesejados, como o metano, diminuindo a produção de monóxido de carbono.
Para tornar o processo mais eficiente e acessível, os pesquisadores têm buscado catalisadores que se mantenham altamente ativos em condições de baixa temperatura. A equipe do KIER conseguiu isso ao desenvolver um novo catalisador à base de cobre que fornece resultados excepcionais a apenas 400 °C.
Um Avanço no Design de Catalisadores de Cobre
O novo catalisador de óxido misto de cobre-magnésio-ferro superou catalisadores comerciais de cobre, produzindo monóxido de carbono 1,7 vezes mais rápido e com um rendimento 1,5 vezes maior a 400 °C.
Os catalisadores de cobre têm uma grande vantagem sobre o níquel: podem produzir seletivamente apenas monóxido de carbono a temperaturas abaixo de 400 °C sem formar metano. No entanto, a estabilidade térmica do cobre geralmente diminui perto dessa temperatura, levando ao aglomerado de partículas e perda de atividade.
Para resolver esse desafio, a equipe do Dr. Koo incorporou uma estrutura de hidróxido duplo em camadas (LDH) em seu design. Essa estrutura em camadas contém finas folhas de metal com moléculas de água e ânions entre elas. Ao ajustar a proporção e o tipo de íons metálicos, os pesquisadores ajustaram as características físicas e químicas do catalisador. A adição de ferro e magnésio ajudou a preencher as lacunas entre as partículas de cobre, prevenindo efetivamente o aglomerado e melhorando a resistência ao calor.
Análises em tempo real por infravermelho e testes de reação revelaram por que o novo catalisador apresenta um desempenho tão bom. Catalisadores convencionais de cobre convertem CO2 em monóxido de carbono por meio de compostos intermediários chamados formiatos. O novo material, no entanto, contorna esses intermediários completamente, convertendo CO2 diretamente em CO em sua superfície. Como evita reações laterais que produzem metano ou outros subprodutos, o catalisador mantém alta atividade mesmo a uma temperatura relativamente baixa de 400 °C.
Desempenho Recorde e Importância Global
A 400 °C, o catalisador alcançou um rendimento de monóxido de carbono de 33,4% e uma taxa de formação de 223,7 micromoles por grama de catalisador por segundo (μmol·gcat-1·s-1), mantendo a estabilidade por mais de 100 horas contínuas. Esses resultados representam uma taxa de formação 1,7 vezes maior e um rendimento 1,5 vezes maior do que os catalisadores de cobre padrão. Quando comparado a catalisadores à base de platina, que são caros mas altamente ativos, o novo catalisador ainda superou com uma taxa de formação 2,2 vezes mais rápida e um rendimento 1,8 vezes maior. Isso o coloca entre os catalisadores de conversão de CO2 de melhor desempenho do mundo.
“A tecnologia de catalisador de hidrogenação a baixa temperatura de CO2 é uma conquista inovadora que permite a produção eficiente de monóxido de carbono usando metais baratos e abundantes,” disse o Dr. Kee Young Koo, líder do projeto. “Ela pode ser aplicada diretamente à produção de matérias-primas essenciais para combustíveis sintéticos sustentáveis. No futuro, continuaremos nossa pesquisa para expandir sua aplicação em cenários industriais reais, contribuindo assim para a realização da neutralidade de carbono e a comercialização de tecnologias de produção de combustíveis sintéticos sustentáveis.”
Notas
* E-combustíveis são combustíveis sintéticos produzidos pela combinação de hidrogênio verde, gerado com eletricidade renovável, e CO2 capturado da atmosfera ou biomassa sustentável. Eles estão surgindo como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis convencionais, especialmente para setores difíceis de descarbonizar como aviação e transporte marítimo.
Os resultados da pesquisa foram publicados online em maio de 2025 na Applied Catalysis B: Environmental and Energy, uma revista de destaque no campo da catálise ambiental e energética. O estudo foi apoiado pelo projeto de P&D do KIER, ‘Desenvolvimento da tecnologia de produção de e-SAF (combustível de aviação sustentável) a partir de dióxido de carbono e hidrogênio.
