Conversão seletiva de CO2 em CO

Publicado em 10/04/2017
Em 2016, a concentração de gás carbônico (CO2CO2) na atmosfera ultrapassou 400 ppm (partes por milhão), e tem aumentado ano a ano desde o início da revolução industrial, quando a atividade humana passou a injetar na atmosfera mais carbono que o que o meio ambiente é capaz de absorver. O aumento da concentração tanto de (CO2CO2) quanto de outros gases causadores do efeito estufa na atmosfera é atualmente considerado o principal responsável pela elevação na temperatura média do planeta, que leva à intensificação de episódios climáticos extremos.

Devido a isso, a procura tanto por fontes de energia alternativas que diminuam o consumo de combustíveis fósseis quanto por métodos de diminuir o impacto da superprodução de gás carbônico tem se intensificado nos últimos anos. Um exemplo é a transformação do CO2CO2 em hidrocarbonetos para a produção de combustíveis e insumos para a indústria química.

Existem diversas formas de se transformar CO2CO2 em hidrocarbonetos. Parte delas necessita como passo intermediário a conversão de CO2CO2 em monóxido de carbono (COCO), e a reação de deslocamento gás-água reversa (CO2+H2CO+H2OCO2+H2⇌CO+H2O), ou RWGS (a sigla em inglês para Reverse Water Gas Shift), é uma das principais formas de realizar essa conversão. COCOproduzido desta forma controlada pode ser convertido em hidrocarbonetos através da chamada síntese de Fischer-Tropsch.

No entanto, a conversão de CO2CO2 em COCO em escala industrial e de forma eficiente depende do uso de catalisadores que tornem o processo mais seletivo, isto é, que evitem a produção significativa de outros produtos além do monóxido de carbono, como o metano (CH4CH4) que é produzido na reação de metanação, que pode acontecer concomitantemente à reação RWGS.

Figura 1: Conversão de CO2CO2 em COCO e CH4CH4 com o uso do catalisador Ni/nSiO2Ni/nSiO2 em função da temperatura da usando diferentes razões entre os gases CO2:H2CO2:H2: 1:4 (preto) e 1:1 (azul).

Um grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo, Universidade de Lille (Lille, França) e dos Laboratórios Nacionais de Luz Síncrotron (LNLS) e de Nanotecnologia (LNNano) utilizaram as instalações do LNLS para analisar catalisadores de níquel NiNinanoparticulado para realizar essa conversão de CO2CO2 em monóxido de carbono (COCO).

Os pesquisadores utilizaram nanoesferas de sílica (nSiO2nSiO2) como suporte para o catalisador. O pequeno tamanho do suporte aumenta a área superficial disponível para a deposição do NiNi. A deposição foi feita por meio da técnica de pulverização catódica que permite controlar o tamanho e a composição das partículas metálicas de forma mais eficiente que os métodos típicos de deposição por impregnação.

O catalisador de Ni/nSiO2Ni/nSiO2 foi utilizado na reação RWGS com diferentes proporções entre os gases CO2CO2 e H2H2. A produção de COCOfoi predominante em toda a faixa de temperaturas estudada, com baixíssima produção de metano. Acima de 600°C, COCO foi o único produto observado com conversões próximas a do equilíbrio termodinâmico. Nos estudos de estabilidade, o catalisador apresentou uma taxa de conversão de 64% com 100% de seletividade para COCO durante 40 horas e ainda mostrou atividade estável entre dois ciclos térmicos.

A Linha de Luz SAXS1 de Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos do LNLS foi utilizada para a análise do tamanho das nanoesferas de sílica e a Linha de Luz XAFS1 de Espectroscopia por Absorção e Fluorescência de Raios X foi empregada para analisar a fase ativa do catalisador como preparado e em diferentes temperaturas nas condições de operação da reação RWGS.

A alta conversão e seletividade para a reação RWGS e estabilidade por longos períodos apresentadas pelo catalisador desenvolvido pelo grupo é um passo bem-sucedido na conversão de CO2CO2 em COCO para a subsequente produção de hidrocarbonetos.

Fonte: Renato V. Gonçalves, Lucas L.R. Vono, Robert Wojcieszak, Carlos S.B. Dias, Heberton Wender, Erico Teixeira-Neto, Liane M. Rossi, Selective hydrogenation of CO2CO2 into COCO on a highly dispersed nickel catalyst obtained by magnetron sputtering deposition: A step towards liquid fuels, Applied Catalysis B: Environmental, v. 209, p. 240-246. DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.02.081.

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