Um estudo feito por pesquisadores da USP resultou em um protocolo para melhorar a eficiência de uma etapa crucial da conversão do dia³xido de carbono (CO2), um dos principais gases de efeito estufa (GEE), em produtos de alto valor agregado. Nela, o CO2 étransformado em mona³xido de carbono (CO) após passar por uma reação química de hidrogenação com o uso de um catalisador de na­quel previamente tratado. Os resultados da pesquisa, coordenada por Liane Rossi, professora titular do Instituto de Quí­mica da USP, no a¢mbito do Fapesp Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI), foram publicados no prestigioso Journal of the American Chemical Society (JACS), no dia 4 de mara§o.

“Na³s conseguimos melhorar a seletividade do catalisador para produzir exclusivamente CO e elucidar a razãopela qual um catalisador de na­quel fica mais eficiente após tratamento em alta temperatura”, afirma Rossi, explicando que a seletividade nesse caso éimportante para evitar a produção de metano (CH4), outro GEE, durante o processo.

A conversão do CO2 em moléculas de alto valor agregado tem sido um grande desafio para cientistas, que veem na utilização comercial de produtos derivados de CO2 uma saa­da para diminuir as emissaµes desse gás, apontado como um dos principais causadores do efeito estufa e dasmudanças climáticas.

Diferente do CO2 e do CH4, o CO émais reativo e um importante intermediário a partir do qual épossí­vel produzir quase tudo que se obtanãm a partir do petra³leo, como combusta­veis e precursores para polímeros com as mesmas propriedades dos petroqua­micos, além de moléculas oxigenadas utilizadas por outros ramos da indústria química. Um dos possa­veis produtos éo querosene de aviação.

O problema éque no processo de hidrogenação do CO2, normalmente obtanãm-se como produto uma mistura de mona³xido de carbono e metano. A proporção muda conforme o catalisador utilizado e de acordo com as condições de temperatura e pressão do processo. Um dos catalisadores mais amplamente utilizados éo de na­quel, material barato e abundante que, no entanto, pode levar a uma proporção maior de metano. A produção concomitante de metano éindesejada quando o foco éa produção de hidrocarbonetos de cadeia mais longa, pois reduz o rendimento dos produtos desejados.

Os pesquisadores descobriram que, após ser submetido a temperaturas de 800 graus Celsius, em atmosfera de CO2/H2 ou de metano ou propano, o catalisador passa por uma sutil mudança estrutural, o que possibilita produzir somente mona³xido de carbono osevitando-se o metano, mesmo em uma temperatura a³tima para sua formação.

De acordo com Rossi, a elevação da temperatura leva a  formação de carbeto de na­quel (Ni3C) nasuperfÍcie do catalisador e éisso que faz toda a diferença na reação de hidrogenação. “Ha¡ uma mudança da interação do CO com asuperfÍcie do catalisador, de forma que, com o carbeto, écomo se o CO formado logo fosse expulso dessasuperfÍcie, sem ser convertido em metano pela reação com os hidrogaªnios que estãotambém adsorvidos nasuperfÍcie do catalisador osos hidretos, como chamamos”, explica.

Segundo Rossi, a formação de carbeto de na­quel éuma etapa crucial para a produção de mona³xido de carbono, a partir de CO2, sem ser transformado em seguida em metano. Essa hipa³tese foi formulada com base nos resultados obtidos experimentalmente e confirmados por ca¡lculos teóricos. Os pesquisadores puderam estudar asuperfÍcie do catalisador em condições muito próximas das operacionais (in operando) no Laborata³rio Nacional de Luz Sa­ncrotron (LNLS) e no Laborata³rio Nacional de Nanotecnologia (LNNano), em Campinas (SP), e no Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), nos Estados Unidos.

O estudo teve a contribuição de membros do grupo da professora Rossi e de pesquisadores dos Institutos de Fa­sica da USP em Sa£o Paulo e em Sa£o Carlos, e do PNNL. Para os autores do trabalho, a publicação no JACS, um dos maiores e melhores jornais de química do mundo, fundado pela Sociedade Americana de Quí­mica em 1879, éum reconhecimento da importa¢ncia desse estudo. “a‰ ainda raro um pesquisador brasileiro ter um trabalho seu publicado nesse jornal; isso trara¡ visibilidade ao trabalho realizado e a  ciência brasileira”, afirma a professora do IQ.

De acordo com a professora, a pesquisa agora seguira¡ analisando como outros fatores osa pressão dos gases dentro do reator, por exemplo osinterferem no processo, de modo a estabelecer a melhor condição para o funcionamento dos catalisadores de na­quel. Em seguida, avana§ara¡ para o possí­vel desenvolvimento de um processo integrado que primeiro transforme CO2 em CO e depois em produtos químicos de maior valor. “Daqui pra frente, vamos montar as partes para, partindo do CO2, chegar a produtos de interesse comercial.”

Os pesquisadores estãotrabalhando para agregar valor ao CO2 e assim mostrar que pode ser mais benanãfico usa¡-lo como matéria-prima do que simplesmente joga¡-lo na atmosfera, servindo como um esta­mulo para mitigar as emissaµes.