Novo procedimento remove CO2 circulante e usa em fabricações diversas

Novos processos prometem remover o CO2 circulante, fruto das emissões de gases do efeito estufa, e usá-lo em fabricações diversas, como a de concreto

Paloma Oliveto

postado em 18/04/2022 06:00 / atualizado em 18/04/2022 06:07

(crédito: HENNING BAGGER)

Reduzir as emissões de gases de efeito estufa já é uma tarefa complicada e, mesmo se os países cumprirem as metas prometidas no Acordo de Paris, cientistas afirmam que isso não bastará para evitar o aumento expressivo da temperatura global. Recentemente, um relatório europeu indicou que, além de acabar com a dependência de combustíveis fósseis e investir em reflorestamento, será necessário desenvolver tecnologias de captura de carbono da atmosfera, uma tarefa na qual cientistas já estão empenhados.

"A menos que alcancemos remoções de dióxido de carbono rapidamente e em grande escala, será impossível limitar o aquecimento global a 1,5°C", diz Adair Turner, presidente da Comissão de Transições de Energia, que produziu o relatório. Ele se refere à meta acordada durante a Conferência do Clima na França, a COP21. "Tanto a descarbonização profunda quanto as remoções de CO2 são essenciais se quisermos evitar danos enormes às pessoas em todo o mundo."

Entre os maiores emissores de dióxido de carbono em todo o mundo, está o setor de construção. De acordo com a Agência Internacional de Energia, a indústria cimenteira é responsável por 8% do volume lançado na atmosfera. Agora, uma equipe de cientistas da Universidade de Córdoba, na Espanha, desenvolveu um procedimento que remove o CO2 circulante ao mesmo tempo em que produz concreto de maneira sustentável. O método poderá ser utilizado na fabricação de paralelepípedo, meio-fio, abóbada e outras peças que dispensam armadura de aço. Os pesquisadores chegaram a uma nova receita para o concreto usando dois ingredientes principais: agregados reciclados de resíduos de construção/demolição e água gaseificada.

De acordo com os resultados do estudo, publicado no Journal of CO2 Utilization, a combinação da água com gás, que é usada para misturar e curar o concreto, e agregados reciclados captura 181% mais dióxido de carbono da atmosfera, comparada ao método convencional. "Trata-se de uma estratégia pioneira, que consegue mitigar as alterações climáticas e se baseia também no paradigma da economia circular, em que os resíduos e os gases de efeito estufa são reintegrados no processo de fabricação", observa José Maria Fernández, um dos autores.

Ele explica que a água gaseificada ajuda a descontaminar a atmosfera graças à química por trás do processo — nesse caso, em uma reação em cadeia pela qual o CO2 é convertido em pedra. O líquido contém dióxido de carbono, que, por sua vez, reage com um dos componentes do cimento, chamado portlandita, para formar carbonato de cálcio. Ou seja, o carbono na forma de gás desaparece da atmosfera para aderir ao próprio concreto, preenchendo seus poros. "Isso melhora a resistência e as propriedades mecânicas do material", afirma David Suescum Morales, principal autor do estudo.

Trata-se de um processo chamado carbonatação acelerada, técnica que, embora em seus estágios iniciais, só podia ser realizada, anteriormente, em câmaras de carbonatação, que são bastante caras, destacam os pesquisadores. A diferença é que, agora, a incorporação de CO2 pode ser implementada na mistura de concretos e argamassas in loco, por meio de um procedimento mais barato, sem a necessidade dessas câmaras especiais.

Combustível

Nos Estados Unidos, pesquisadores da Universidade do Colorado, em Boulder, também desenvolveram uma nova ferramenta que pode levar a tecnologias mais eficientes e baratas para capturar os gases de efeito estufa. A ideia é descarbonizar a atmosfera ao mesmo tempo em que os resíduos são convertidos em substâncias benéficas, como combustível ou, assim como no estudo espanhol, em materiais de construção.

O método, descrito na revista iScience, prevê quão forte será a ligação entre o dióxido de carbono e a molécula que o prende, conhecida como aglutinante. O diagnóstico eletroquímico permite que os pesquisadores identifiquem candidatos moleculares adequados para capturar o CO2 circulante. "O 'Santo Graal' é tentar avançar para poder usar ligantes capazes de puxar o dióxido de carbono do ar ao nosso redor, e não apenas de fontes concentradas", diz Oana Luca, coautora do estudo e professora de química. "Determinar a força dos aglutinantes nos permite descobrir se a ligação será forte ou fraca, além de identificar candidatos para estudos futuros sobre captura direta de carbono de fontes diluídas".

O objetivo da tecnologia de captura e armazenamento é remover o dióxido de carbono da atmosfera e armazená-lo, com segurança, por centenas ou milhares de anos. Porém, calcula-se que apenas 0,1% das emissões globais mundiais é coletada pelos métodos atuais, em uso desde a década de 1970. Embora esses procedimentos possam sequestrar uma boa quantidade de CO2 de forma rápida e eficiente, eles dependem de quantidades muito grandes de energia. Além disso, são bastante caros quando aplicados em escala. "Ser capaz de estimar facilmente a força das ligações químicas permite selecionar quais ligantes serão mais adequados, oferecendo uma alternativa mais barata aos métodos tradicionais", diz Luca.

Células solares mais eficientes

Cientistas da Escola de Engenharia Samueli, da Universidade da Califórnia, câmpus de Los Angeles, e de cinco outras universidades ao redor do mundo descobriram a principal razão pela qual as células solares de perovskita — que mostram uma grande promessa de maior eficiência de conversão de energia — se degradam na luz solar, fazendo com que seu desempenho piore com o tempo. A equipe demonstrou, com sucesso, um simples ajuste de fabricação para corrigir a causa da degradação, eliminando o maior obstáculo para a adoção generalizada dessa tecnologia.

As perovskitas são um grupo de materiais com o mesmo arranjo atômico que o mineral óxido de cálcio e titânio. Um subgrupo, as perovskitas de iodetos metálicos, é de grande interesse de pesquisa devido a sua aplicação promissora para células solares de filme fino com eficiência energética. As células solares baseadas em perovskita podem ser fabricadas a custos muito mais baixos do que as de silício, tornando as tecnologias de energia solar mais acessíveis. Isso se a degradação comumente conhecida sob longa exposição à iluminação puder ser tratada adequadamente.

"As células solares baseadas em perovskita tendem a se deteriorar na luz solar muito mais rapidamente do que suas contrapartes de silício. Então, sua eficácia na conversão da luz solar em eletricidade cai a longo prazo", diz Yang. "Nossa pesquisa mostra por que isso acontece e fornece uma solução simples. Isso representa um grande avanço para trazer a tecnologia perovskita para comercialização e adoção generalizada."

Um tratamento de superfície comum usado para remover defeitos de células solares envolve o depósito de uma camada de íons orgânicos que torna a superfície muito carregada negativamente. A equipe liderada pela UCLA descobriu que, embora o tratamento se destine a melhorar a eficiência de conversão de energia durante o processo de fabricação de células solares de perovskita, ele também cria involuntariamente uma superfície mais rica em elétrons — uma armadilha potencial para elétrons que transportam energia.

Essa condição desestabiliza o arranjo ordenado dos átomos e, com o tempo, as células solares de perovskita se tornam cada vez menos eficientes, o que impacta a sua comercialização. "Nossas células solares de perovskita estão entre as mais estáveis em eficiência relatadas até hoje", afirma Yang.