Um grande avanço na tecnologia de captura de carbono poderia fornecer uma maneira eficiente e barata para usinas de gás natural removerem dia³xido de carbono de suas emissaµes de combustão, uma etapa necessa¡ria na redução de emissaµes de gases de efeito estufa para retardar o aquecimento global e asmudanças climáticas.

Desenvolvida por pesquisadores da Universidade da Califa³rnia, Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory e ExxonMobil, a nova técnica usa um material altamente poroso chamado estrutura metal-orga¢nica, ou MOF, modificado com moléculas de amina contendo nitrogaªnio para capturar o CO 2 e baixos vapor de temperatura para eliminar o CO 2 para outros usos ou sequestra¡-lo no subsolo.

Em experimentos, a técnica mostrou uma capacidade seis vezes maior para remover o CO 2 do gás de combustão do que a tecnologia atual baseada em amina e era altamente seletiva, capturando mais de 90% do CO 2 emitido. O processo utiliza vapor de baixa temperatura para regenerar o MOF para uso repetido, o que significa que menos energia énecessa¡ria para a captura de carbono .

"Para a captura de CO 2 , a remoção de vapor - onde vocêusa contato direto com o vapor para retirar o CO 2 - tem sido uma espanãcie de santo graal para o campo. a‰ justamente vista como a maneira mais barata de fazer isso", disse o pesquisador saªnior Jeffrey Long, professor de química da UC Berkeley e de engenharia química e biomolecular e cientista saªnior do Berkeley Lab. "Esses materiais, pelo menos a partir dos experimentos que fizemos atéagora, parecem muito promissores".

Como hápouco mercado para a maioria dos CO 2 capturados , as usinas provavelmente bombeara£o a maior parte dele de volta ao solo ou o sequestrara£o, onde, idealmente, se transformação em rocha. O custo de lavagem das emissaµes teria que ser facilitado por políticas governamentais, como o comanãrcio de carbono ou um imposto sobre o carbono, para incentivar a captura e o sequestro de CO 2 , algo que muitospaíses já implementaram.

O trabalho foi financiado pela ExxonMobil, que estãotrabalhando tanto com o grupo de Berkeley e de Long start-up, Mosaic Materials Inc., para desenvolver, ampliar e processos de teste para descascar CO 2 de emissaµes.

Long éo autor saªnior de um artigo que descreve a nova técnica que foi publicada na edição de 24 de julho da revista Science .

"Conseguimos fazer a descoberta inicial e, por meio de pesquisas e testes, obter um material que, em experimentos de laboratório, demonstrou o potencial de não apenas capturar CO 2 sob condições extremas presentes nas emissaµes de gases de combustão de usinas de gás natural, mas faz isso sem perda de seletividade ", disse o co-autor Simon Weston, associado saªnior de pesquisa e lider de projeto da ExxonMobil Research and Engineering Co." Mostramos que esses novos materiais podem ser regenerados com vapor de baixa qualidade para uso repetido , fornecendo um caminho para uma solução via¡vel para captura de carbono em escala ".

As emissaµes de dia³xido de carbono por vea­culos que queimam combusta­veis fa³sseis, usinas geradoras de eletricidade e indústria respondem por cerca de 65% dos gases de efeito estufa que impulsionam asmudanças climáticas, que já aumentam a temperatura média da Terra em 1,8 graus Fahrenheit (1 grau Celsius) desde o século XIX. Sem uma redução nessas emissaµes, os cientistas clima¡ticos prevaªem temperaturas cada vez mais quentes, tempestades mais erra¡ticas e violentas, vários metros de elevação doníveldo mar e secas, inundações, incaªndios, fome e conflitos resultantes.

"Na realidade, dos tipos de coisas que o Painel Intergovernamental de Mudanças Clima¡ticas diz que precisamos fazer para controlar o aquecimento global, a captura de CO 2 éuma parte enorme", afirmou Long. "Na³s não temos um uso para a maior parte do CO 2 que precisamos parar de emitir, mas temos que fazaª-lo."

Atualmente, as usinas retiram CO 2 das emissaµes de combustão ao borbulharem gases de combustão atravanãs de aminas orga¢nicas na a¡gua, que ligam e extraem o dia³xido de carbono. O la­quido éentão aquecido a 120-150 C (250-300 F) para liberar o gás CO 2 , após o qual os la­quidos são reutilizados. Todo o processo consome cerca de 30% da energia gerada. Sequestrar o CO 2 subterra¢neo capturado custa uma fração adicional, embora pequena, disso.

Seis anos atrás, Long e seu grupo no Centro de Separações de Ga¡s da UC Berkeley, financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, descobriram um MOF quimicamente modificado que captura rapidamente CO 2 de emissaµes concentradas de combustão da usina, reduzindo potencialmente o custo de captura pela metade . Eles adicionaram moléculas de diamina a um MOF a  base de magnanãsio para catalisar a formação de cadeias polimanãricas de CO 2 que poderiam ser purgadas lavando com uma corrente aºmida de dia³xido de carbono .

Como os MOFs são muito porosos, neste caso, como um favo de mel, uma quantidade do peso de um clipe de papel tem uma área desuperfÍcie interna igual a  de um campo de futebol, todos disponí­veis para adsorver gases.

Uma grande vantagem dos MOFs anexados a amina éque as aminas podem ser ajustadas para capturar CO 2 em diferentes concentrações, variando de 12% a 15% ta­pico das emissaµes de usinas de carva£o a 4% ta­picos de usinas de gás natural, ou mesmo a concentrações muito mais baixas no ar ambiente. A Mosaic Materials, que Long cofundou e dirigiu, foi criada para tornar essa técnica amplamente dispona­vel para usinas de energia e industriais.

Mas o fluxo de 180 C de águae CO 2 necessa¡rio para liberar o CO 2 capturado acaba expulsando as moléculas de diamina, diminuindo a vida útil do material. A nova versão usa quatro moléculas de amina - uma tetraamina - que émuito mais esta¡vel a altas temperaturas e na presença de vapor.

"As tetraaminas estãotão fortemente ligadas ao MOF que podemos usar um fluxo muito concentrado de vapor de águacom zero CO 2 , e se vocêtentar com os adsorventes anteriores, o vapor comea§ara¡ a destruir o material", disse Long.

Eles mostraram que o contacto directo com vapor a 110-120 C-um pouco acima do ponto de ebulição da a¡gua-trabalha bem para expulsar o CO 2 . O vapor a essa temperatura estãoprontamente dispona­vel nas usinas de gás natural, enquanto a mistura de águade 180 C CO 2 necessa¡ria para regenerar o MOF modificado anteriormente exigia aquecimento, o que desperdia§a energia.

Quando Long, Weston e seus colegas pensaram pela primeira vez em substituir as diaminas por tetraaminas mais duras, parecia um tiro no escuro. Mas as estruturas cristalinas dos MOFs contendo diamina sugeriram que poderia haver maneiras de conectar duas diaminas para formar uma tetraamina, preservando a capacidade do material de polimerizar CO 2 . Quando o estudante de pós-graduação da UC Berkeley Eugene Kim, o primeiro autor do artigo, criou quimicamente o MOF anexado a  tetraamina, ele superou o MOF anexado a  diamina na primeira tentativa.

Os pesquisadores estudaram posteriormente a estrutura do MOF modificado usando a Fonte de Luz Avana§ada do Berkeley Lab, revelando que os polímeros de CO 2 que revestem os poros do MOF são realmente ligados pelas tetraaminas, como uma escada com tetraaminas como degraus. Os ca¡lculos da teoria funcional da densidade dos primeiros princa­pios usando o supercomputador Cori no NERSC (Centro Nacional de Computação Cienta­fica em Pesquisa Energanãtica da Berkeley Lab), recursos computacionais na Molecular Foundry e recursos fornecidos pelo programa Berkeley Research Computing do campus confirmaram essa estrutura nota¡vel que a equipe de Long inicialmente havia previsto. .

"Eu faa§o pesquisas na Cal há23 anos, e esse éum daqueles momentos em que vocêteve uma ideia maluca e funcionou imediatamente", disse Long.

Os coautores de Long, Kim e Weston são Joseph Falkowski da ExxonMobil; Rebecca Siegelman, Henry Jiang, Alexander Forse, Jeffrey Martell, Phillip Milner, Jeffrey Reimer e Jeffrey Neaton da UC Berkeley; e Jung-Hoon Lee, do Berkeley Lab. Neaton e Reimer também são cientistas seniores do Berkeley Lab.