Exemplos de tecnologia e aplicação
Eletrocatálise de CO2
A eletrocatálise pode ser usada para converter dióxido de carbono (CO) em produtos de valor agregado. Em particular, a eletroquímica permite que a eletricidade seja trocada por energia química, enquanto a catálise permite melhorar a velocidade da reação química.[11] A eletrocatálise de CO permite a obtenção de uma enorme variedade de produtos como monóxido de carbono (CO), ácido fórmico (HCOOH), metanol (CHOH), metano (CH), formaldeído (CHO), ácido oxálico (HCO), etanol (CHO) e etileno (CH).[12] Para isso, o CO deve ser previamente capturado para que possa se tornar um verdadeiro combustível neutro em carbono através desses processos eletroquímicos em meio aquoso.[13][14][15] Dessa forma, é possível converter o CO diretamente no referido etanol, que por sua vez pode ser transformado em gasolina ou combustível de aviação.[16].
Combustível neutro em carbono
Um combustível neutro em termos de emissões pode ser sintetizado usando CO capturado da atmosfera como fonte primária dos átomos de carbono (C) que compõem a molécula de hidrocarboneto (átomos de hidrogênio, H, são obtidos a partir da eletrólise da água). Após sintetizá-lo, o combustível é queimado, por exemplo, em um motor de combustão interna, e o CO que foi extraído do ar para sintetizá-lo é devolvido à atmosfera. Neste processo não há extração líquida de CO da atmosfera, nem emissão líquida para ela; daí o nome “combustível neutro em carbono”. Um exemplo desta tecnologia é o biocombustível de microalgas, discutido abaixo.
Um processo comum na síntese de hidrocarbonetos é a fabricação de metanol. O metanol é facilmente sintetizado a partir de CO e H. Com base nesse fato nasceu a ideia de uma economia do metanol.
Metanol, ou álcool metílico, é o membro mais simples da família dos álcoois, compostos orgânicos com fórmula genérica CHOH (o metanol é CHOH). Metanol combustível "Metanol (combustível)") pode ser fabricado utilizando dióxido de carbono capturado e fornecendo energia renovável para as reações químicas necessárias, que são endotérmicas. Consequentemente, o metanol combustível tem sido considerado uma alternativa neutra em termos de emissões aos combustíveis fósseis[17][18] (a extração e consumo de combustíveis fósseis aumenta o CO na atmosfera e, portanto, piora o aquecimento global, enquanto a fabricação de combustíveis sintéticos a partir do CO atmosférico e energia renovável, e seu posterior consumo, não altera a quantidade de CO na atmosfera. A empresa Carbon Recycling International, com fábrica em Grindavik, Islândia, vende este metanol combustível renovável de alta octanagem "emissões para líquido" com capacidade de produção de 4.000 toneladas por ano.[19].
Síntese química
Além dos combustíveis, o CO capturado da atmosfera pode ser utilizado como matéria-prima em múltiplos produtos, como policarbonatos (utilizando catalisadores à base de zinco), ácido acético,[20] ureia ou PVC.[21] Um relatório de março de 2011 sugeriu que esta tecnologia poderia ser comercializada nos próximos 5 anos, o que acabou por não acontecer. Se a síntese química envolve ou não a remoção permanente de CO da atmosfera depende do composto sintetizado. Por exemplo, os hidrocarbonetos alifáticos (cadeia linear, ou seja, não ramificada) podem degradar-se, libertando CO de volta para a atmosfera, num período de tempo tão curto como 6 meses.
A Novomer é uma empresa química que trabalha com um catalisador à base de zinco para a produção, como matéria-prima, de carbonato de polietileno (PEC) e carbonato de polipropileno (PPC). Um relatório de 2011 do Instituto Global para Captura e Armazenamento de Dióxido de Carbono previu um potencial de produção anual de 22,5 milhões de toneladas de CO (MtCO/a). A empresa recebeu financiamento de diversas fontes, como o Departamento de Energia (DOE) (US$ 2,6 milhões) ou a NSF (US$ 400.000), para conseguir a comercialização de seu produto, bem como para converter seu processo de produção de um processo em lote para um processo contínuo.[21].
Na extração aprimorada de petróleo (EOR), o CO capturado é injetado em bolsões subterrâneos de petróleo bruto que foram extraídos de tal forma que não têm mais pressão para que o petróleo suba à superfície. Desta forma, a produção de petróleo bruto aumenta entre 5 e 40%.[21] A utilização de CO para estes fins ascende a entre 30 e 300 MtCO/a. É uma tecnologia permanente e madura na CCU. O maior impulsionador do mercado EOR é a forte dependência do petróleo. Nos Estados Unidos, alguns factores adicionais são as tarifas sobre o petróleo bruto estrangeiro, bem como incentivos fiscais para reduções de emissões.
Mineralização de dióxido de carbono
O CO dos gases de combustão reage com minerais como óxido de magnésio e óxido de cálcio para formar carbonatos sólidos estáveis. As fontes minerais incluem salmoura e resíduos industriais. Os carbonatos podem então ser utilizados para construção, produtos de consumo e como alternativa à captura e armazenamento de carbono (CCS). Esta tecnologia pode extrair mais de 300 MtCO/a da atmosfera. Para cada tonelada de carbonato assim produzida, meia tonelada de CO é removida do ar. Mesmo assim, em 2016 a tecnologia ainda não estava madura e eram esperados anos de testes e protótipos antes de alcançar aplicações comercializáveis.[22].
A empresa Calera propôs uma forma de mineralizar o CO por meio de um processo denominado CMAP, que envolve a precipitação de uma pasta carbonática a partir de uma mistura de água, minerais sólidos e gases de combustão. Os produtos resultantes do processo são: uma suspensão bombeável de carbonatos, água doce e gases de combustão isentos de CO.
Os benefícios deste processo incluem a produção de água doce e que o CO utilizado não requer separação ou compressão. Uma barreira a esta tecnologia é, no entanto, a concorrência com as indústrias cimenteiras existentes.
Biocombustível de microalgas
Um estudo sugeriu que as microalgas podem ser usadas como fonte alternativa de energia.[23] Um lago de microalgas é alimentado com uma fonte de dióxido de carbono, como gases de combustão, e as microalgas podem proliferar. Quando crescem, as algas são colhidas e a sua biomassa é convertida em biocombustível. Cada tonelada de biomassa seca de microalgas extraiu 1,8 toneladas de CO do ar. Essa tecnologia pode extrair mais de 300 MtCO/a da atmosfera, embora não de forma permanente, pois retornará ao ar quando o biocombustível for consumido.
De qualquer forma, é um combustível neutro em carbono, pois o CO que é liberado na atmosfera quando é consumido é o mesmo que dele foi retirado quando foi produzido. A tecnologia ainda não está madura:[24] Em 2020, uma empresa produtora de microalgas, que aproveita parte do CO emitido por uma planta de ciclo combinado, está duplicando seu volume de negócios anualmente, mas não produzindo biocombustíveis, como inicialmente planejado (esse ramo de negócio não teve sucesso), mas sim fertilizantes.[25].
As algas mortas podem depositar-se no fundo do tanque e, assim, resultar no armazenamento permanente de CO. Ainda assim, as algas precisam de lagos extensos e de sol durante todo o ano para extrair CO durante todo o ano. Também é necessário controlar o ambiente do lago, pois as algas precisam viver em condições específicas. Essas lagoas podem afetar o meio ambiente e o ecossistema circundante.
Agricultura
Para combater as alterações climáticas, também foi proposta a fixação de carbono através do cultivo de plantas.[26] Quando colhida, a biomassa resultante pode ser utilizada como combustível, enquanto o carvão obtido como subproduto é utilizado na agricultura para enriquecer o solo (se esse uso for dado, é denominado “biochar”). Cool Planet é uma empresa privada com instalações de P&D em Camarillo, Califórnia, que desenvolve o uso de biochar, e afirma que seu produto pode aumentar os rendimentos em 12,3% e retornar 3 vezes o investimento através de melhorias na fertilidade do solo e retenção de nutrientes.[27] Embora alguns questionem a eficácia da captura de carbono pelas plantas para a mitigação das mudanças climáticas,[28] é um método geralmente promovido por inúmeras organizações internacionais. países.[25].