A membrana condutora de água permite que o dióxido de carbono se transforme em combustível com mais eficiência

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Crédito: CC0 Public Domain

O metanol é um produto químico versátil e eficiente usado como combustível na produção de inúmeros produtos. O dióxido de carbono (CO2), por outro lado, é um gás de efeito estufa que é o subproduto indesejado de muitos processos industriais.

A conversão de CO2 em metanol é uma maneira de aproveitar bem o CO2. Em uma pesquisa publicada hoje na Science , os engenheiros químicos do Instituto Politécnico Rensselaer demonstraram como tornar esse processo de conversão de CO2 em metanol mais eficiente usando uma membrana de separação altamente eficaz que eles produziram. Esta descoberta, disseram os pesquisadores, pode melhorar vários processos da indústria que dependem de reações químicas em que a água é um subproduto.

Por exemplo, a reação química responsável pela transformação de CO2 em metanol também produz água, o que restringe severamente a reação continuada. A equipe de Rensselaer partiu para encontrar uma maneira de filtrar a água enquanto a reação está acontecendo, sem perder outras moléculas de gás essencial.

Os pesquisadores montaram uma membrana composta de íons de sódio e cristais de zeólito que foram capazes de permear com cuidado e rapidez a água através de pequenos poros – conhecidos como nanocanais de condução de água – sem perder as moléculas de gás.

“O sódio pode realmente regular ou ajustar a permeação de gás”, disse Miao Yu, professor titular de engenharia química e biológica e membro do Centro de Estudos Biotecnológicos e Interdisciplinares (CBIS) da Rensselaer, que liderou essa pesquisa. “É como se os íons sódio estivessem no portão e só permitissem a passagem da água. Quando o gás inerte entra, os íons bloqueiam o gás”.

No passado, disse Yu, esse tipo de membrana era suscetível a defeitos que permitiriam que outras moléculas de gás vazassem. Sua equipe desenvolveu uma nova estratégia para otimizar a montagem dos cristais, o que eliminou esses defeitos.

Quando a água foi efetivamente removida do processo, disse Yu, a equipe descobriu que a reação química era capaz de acontecer muito rapidamente.

“Quando podemos remover a água, o equilíbrio muda, o que significa que mais CO2 será convertido e mais metanol será produzido”, disse Huazheng Li, pesquisador de pós-doutorado em Rensselaer e primeiro autor do artigo.

“Esta pesquisa é um excelente exemplo das contribuições significativas que o professor Yu e sua equipe estão fazendo para enfrentar os desafios interdisciplinares na área de água, energia e meio ambiente”, disse Deepak Vashishth, diretor da CBIS. “O desenvolvimento e implantação de tais membranas sob medida pelo grupo do professor Yu prometem ser altamente eficazes e práticos”.

A equipe está agora trabalhando para desenvolver um processo escalável e uma empresa iniciante que permita que essa membrana seja usada comercialmente para produzir metanol de alta pureza.

Yu disse que essa membrana também pode ser usada para melhorar várias outras reações.

“Na indústria, existem muitas reações limitadas pela água “, disse Yu. “Esta é a única membrana que pode funcionar de maneira altamente eficiente sob as duras condições de reação”.