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 central de ciclo combinado, está a duplicar o seu volume de negócios anualmente, mas não produz biocombustíveis, como inicialmente planeado (essa linha 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].