Jaeyoung Lee ey al
Método eletroquímico inovador converte CO₂ em álcoois alílicos através de um percurso catalítico único
Uma nova tecnologia de conversão de CO₂ alcança eficiência recorde na produção de combustíveis químicos de alto valor como o álcool alílico — um autêntico “ouro líquido”.
Com as alterações climáticas a continuarem a agravar-se e as emissões de carbono a atingirem máximos históricos, a urgência de encontrar formas eficazes de reciclar dióxido de carbono (CO₂) nunca foi tão grande.
À medida que o movimento global em direção à neutralidade carbónica começa a ganhar impulso, métodos inovadores para transformar CO₂ em combustíveis e produtos químicos úteis estão rapidamente a despertar interesse.
Entre estes métodos, a conversão de CO₂ em produtos à base de álcool é especialmente promissora devido ao elevado conteúdo energético e valor económico destes compostos.
Apesar deste potencial, nota o Sci Tech Daily, o processo tem sido há muito dificultado pela baixa eficiência e desafios de escala para níveis industriais.
Recentemente, uma equipa de cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju (GIST), na Coreia do Sul, liderada por Jaeyoung Lee, Minjun Choi e Sooan Bae, introduziu um avanço significativo nesta área.
A sua nova abordagem para a conversão de CO₂ em álcool estabelece um recorde mundial de desempenho ao combinar eficiência excecional com capacidade de produção em larga escala.
Num artigo publicado na Nature Catalysis, os investigadores revelam a técnica eletroquímica que usaram para transformar CO₂ em ‘álcool alílico’ — um composto de alto valor com várias aplicações industriais.
Desafios na redução de CO₂ para compostos de alto valor
A tecnologia de redução eletroquímica de CO₂ é uma tecnologia-chave na era da neutralidade carbónica, que pode converter o principal culpado do aquecimento global em substâncias úteis.
No entanto, produzir seletivamente compostos de alto valor acrescentado com três ou mais átomos de carbono, como o álcool alílico, apresenta vários desafios.
Em primeiro lugar, os métodos atuais permitem uma eficiência de Faraday muito baixa – menos de 15% da energia elétrica utilizada vai realmente para a produção do composto desejado, enquanto o resto é desperdiçado.
Em segundo lugar, o percurso da reação é complexo e os intermediários têm baixa estabilidade, acrescentando à ineficiência do processo.
“O álcool alílico (C₃H₆O) é uma substância muito útil, que pode ser usada em várias reações químicas”, explica Jaeyoung Lee. “Mas produzir estes compostos de alto valor acrescentado em estado líquido é difícil devido à formação complexa de ligações carbono-carbono (C–C) e à baixa estabilidade do intermediário da reação.”
A tecnologia desenvolvida pelos investigadores foi notável. A equipa criou um catalisador de cobre rico em fósforo ao integrar fosfeto de cobre (CuP₂) numa montagem de elétrodo-membrana juntamente com um catalisador de oxidação de níquel-ferro (NiFe).
Usando este catalisador na configuração eletroquímica, alcançaram uma eficiência de Faraday de 66,9%, que é cerca de 4 vezes superior à melhor tecnologia existente (<15%). Esta elevada eficiência prova a excelente seletividade do catalisador que minimiza a produção de subprodutos desnecessários e produz seletivamente apenas a substância desejada.
Além disso, a tecnologia também registou uma densidade de corrente parcial de 735,4 mA cm⁻² e uma taxa de produção de 1643 μmol cm⁻² h⁻¹ num processo que pode aplicar 1100 mA cm⁻² por unidade de área do elétrodo.
Estas métricas representam o desempenho mais elevado reportado até à data e também sublinham o seu potencial para aplicações em larga escala.
Relevância industrial e impacto mais amplo
Como o álcool alílico é usado como matéria-prima essencial em várias indústrias como plásticos, adesivos, esterilizadores e fragrâncias, esta tecnologia pode ser revolucionária para a sua produção em massa.
Além disso, o método também é único no seu mecanismo. Onde os métodos convencionais operam através do percurso do monóxido de carbono, este método revelou um novo percurso de reação no qual a ligação carbono-carbono (C–C) foi formada durante a conversão de um grupo intermediário de formiato para formaldeído.
Este mecanismo aumenta grandemente o valor comercial do produto porque produz diretamente líquidos que são mais fáceis de armazenar e transportar.
A tecnologia marca um avanço na era da neutralidade carbónica, e espera-se que abra novas vias para tecnologia económica de captura e utilização eletroquímica de carbono ao converter seletivamente CO₂ com apenas um átomo de carbono em álcool alílico, um composto de alto valor acrescentado multi-carbono (C₃+) com três ou mais átomos de carbono.
“Esta tecnologia de conversão de CO₂ pode abrir novas oportunidades para as indústrias do carvão, petroquímica e aço que enfrentam pressões crescentes de emissões”, salienta Lee. “Vemos isto como um passo fundamental em direção a uma era neutra em carbono através de ciência e tecnologia escaláveis”.
