CIENTISTAS ESTUDAM PROCESSO QUE PODE TRANSFORMAR CO2 EM METANOL E METANO

Um consórcio internacional de cientistas, incluindo brasileiros, está estudando a chamada hidrogenação do dióxido de carbono (CO₂), um processo que transforma o CO₂ – um dos principais  gases de efeito estufa – em produtos químicos e combustíveis renováveis. Um dos produtos possíveis desse processo é o metanol, um composto versátil utilizado em tudo, desde plásticos até combustíveis. Também é possível produzir outros compostos valiosos, como o metano, que pode ser injetado diretamente em gasodutos de gás natural, além de hidrocarbonetos de cadeias maiores, que podem ser usados como gasolina ou combustível de aviação.

O consórcio internacional contou com a participação da Profa. Liane Rossi (foto principal), diretora do Programa CCU do Centro de Pesquisa e Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) da USP e docente do Instituto de Química da USP, apresenta um panorama sobre o assunto em um artigo publicado na prestigiosa revista Science. A “mágica” acontece na superfície do catalisador. A superfície das partículas catalíticas capturam as moléculas de CO₂ e hidrogênio, enfraquecendo as ligações fortes que as mantêm unidas. Isso permite que os átomos se reorganizem e formem novas ligações, criando os produtos desejados. Os cientistas estão constantemente trabalhando para desenvolver catalisadores melhores – mais ativos, seletivos e estáveis.

Os cientistas estão explorando novas formulações para catalisadores, e os catalisadores à base de óxido de índio estão mostrando grande potencial. Pesquisas recentes (2020-2024) indicam que mais de 85% desses novos catalisadores podem converter CO₂ em metanol com mais de 50% de eficiência.

No entanto, como explica Liane Rossi, professora da Universidade de São Paulo: “O objetivo final vai além de apenas produzir metanol – trata-se de construir um futuro sustentável alimentado por muitos produtos derivados do CO₂. A chave está no desenvolvimento de catalisadores inovadores. Avançando na hidrogenação do CO₂, podemos reduzir as emissões de gases de efeito estufa, especialmente quando usamos energia renovável para impulsionar o processo.” Isso não significa que seja uma solução mágica. Existem desafios e compensações a considerar. A origem do CO₂ (seja de uma fábrica ou capturado diretamente do ar), a tecnologia utilizada para convertê-lo e a aplicação final do produto (como combustível) podem impactar significativamente a pegada ambiental geral.

No artigo publicado na revista Science, cientistas da Duquesne University (EUA), Università di Bologna (Itália), Universidade de São Paulo (Brasil), Universidade de Leiden (Holanda), University College London (Reino Unido) e Centre National de la Recherche Scientifique (França) detalham os principais fatores que influenciam a atividade catalítica de catalisadores heterogêneos na hidrogenação do CO₂ para metanol. Eles destacam diferentes estratégias para aumentar a estabilidade dos catalisadores e melhorar suas propriedades de hidrogenação, reunindo os avanços mais significativos dos últimos cinco anos e os desafios para o desenvolvimento de formulações mais eficientes. Aspectos históricos e mecanísticos da hidrogenação do CO₂ também são discutidos.

Os catalisadores de metanol mais eficientes atualmente, como o CZA, têm suas limitações: não duram muito e dependem de materiais escassos. Pesquisas futuras precisam focar na criação de novos catalisadores que convertam CO₂ diretamente em metanol, evitando a reação concorrente de RWGS. Também é necessário evitar que as partículas catalíticas se aglomerem, o que pode ser feito com suportes diferentes ou com a adição de elementos estabilizadores. Compreender a relação entre a atividade de um catalisador, seu teor de cobre e sua degradação ao longo do tempo é essencial para encontrar o equilíbrio entre alto desempenho inicial e estabilidade a longo prazo.

Alternativas, como catalisadores de paládio-índio, estão sendo estudadas, mas o custo ainda é um grande obstáculo. Apesar desses desafios, os avanços no design de catalisadores e nas técnicas de análise de materiais estão abrindo caminho para um futuro energético mais limpo, impulsionado pela hidrogenação do CO₂. Embora essa tecnologia seja mais atraente como uma forma de reutilizar CO₂ do que como uma solução direta para as mudanças climáticas (já que emissões líquidas negativas são difíceis de alcançar, mesmo com captura direta do ar), ela oferece um caminho promissor para descarbonizar setores difíceis de eletrificar, como aviação e transporte marítimo.

Os cientistas também olham ainda mais adiante! Projetar novos catalisadores de hidrogenação do CO₂ do zero é um desafio porque as reações são complexas e há um descompasso entre os modelos teóricos e o desempenho real. “Ainda temos dificuldade em entender as reações em nível molecular, e os mecanismos de desativação dos catalisadores (como sinterização, envenenamento e formação de coque) não são bem compreendidos”, conclui Robert Wojcieszak.