Transformando CO2 em vinagre com um catalisador inteligente

Pesquisadores criaram um catalisador que pode transformar dióxido de carbono em ácido acético, um químico industrial extremamente útil e aditivo alimentar.

Os pesquisadores australianos, americanos e japoneses, que publicaram sua pesquisa na Nature Communications, dizem que seu método aponta para uma maneira escalável de transformar as emissões de dióxido de carbono em materiais úteis.

Há uma demanda mundial de cerca de 6,5 milhões de toneladas de ácido acético a cada ano, para fabricar uma variedade de produtos, incluindo produtos farmacêuticos, vinis, têxteis e cosméticos.

É também o principal componente do vinagre e é frequentemente usado como conservante de alimentos.

Na indústria de alimentos, o ácido acético é produzido principalmente por fermentação, mas em outras indústrias é feito de combustíveis fósseis, liberando emissões de gases de efeito estufa no processo. A produção normalmente também precisa de metais preciosos caros como cobalto, irídio e ródio para funcionar.

Agora, esta equipe descobriu como produzir ácido acético a partir de dióxido de carbono e hidrogênio, usando ferro (mais barato) como catalisador.

O catalisador de ferro também permanece sólido durante toda a reação, o que significa que o processo não requer equipamento extra e energia para purificar o ácido acético depois de produzido.

"A partir da teoria, sabíamos que o ferro deveria ser um bom candidato para catalisar essa reação, mas o desafio é mantê-lo estável em condições de água ácida", diz o autor sênior Professor Associado Akshat Tanksale, engenheiro químico da Monash University.

Fazer ácido acético produz – sem surpresa – ácido dissolvido em água.

"Como é comumente conhecido, o ferro enferruja - oxida - na água, enquanto queríamos que permanecesse pelo menos parcialmente na forma metálica", diz Tanksale.

A solução dos pesquisadores foi usar uma estrutura metal-orgânica (MOF): uma substância feita de átomos metálicos (neste caso, ferro), ligados a pontes à base de carbono, formando uma espécie de esponja com orifícios do tamanho de moléculas.

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Eles então aqueceram o MOF, permitindo que alguns dos átomos de ferro se fundissem e formassem partículas de alguns nanômetros de tamanho, embutidas em uma camada porosa de carbono.

O catalisador resultante pode produzir ácido acético (CH3COOH) a partir de CO2 e hidrogênio (H2) com muita eficiência.

Tanksale diz que sua equipe levou mais de um ano, com algumas tentativas e erros, para pousar nesse catalisador.

“Começamos a trabalhar neste projeto no início da pandemia de COVID-19 em 2020, então minha equipe de pesquisa e alunos não eram permitidos no laboratório todos os dias e eles tinham que trabalhar sozinhos em turnos”, diz ele.

“Levamos mais 18 meses para fornecer evidências definitivas de como esse catalisador funciona no nível molecular, tendo que lidar com vários períodos de bloqueio em Melbourne”.

O catalisador é mais barato que os usados ​​atualmente e os pesquisadores trabalham para comercializá-lo.

O gargalo, diz Tanksale, não é o catalisador em si, mas as matérias-primas: CO2 e hidrogênio.

"Embora estejam prontamente disponíveis hoje, seu custo é significativamente maior se for derivado de fontes verdes", diz ele.

"Para colher os verdadeiros benefícios de nossa tecnologia, ou seja, para alcançar emissões negativas de carbono, o dióxido de carbono deve ser capturado do ar e o hidrogênio deve ser produzido a partir da água usando energia renovável (hidrogênio verde).

"Essas tecnologias capacitadoras ainda não alcançaram todo o seu potencial comercial."

Originalmente publicado pela Cosmos como Tirar dióxido de carbono da atmosfera e transformá-lo em vinagre

Ellen Phiddian é jornalista científica da Cosmos. Ela é bacharel (com honras) em química e comunicação científica e mestre em comunicação científica, ambos pela Australian National University.

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