Pesquisadores do RCGI desenvolvem novo processo para a conversão de CO2 em metanol

Um catalisador feito com óxido de titânio e óxido de rênio apresentou ótimos resultados para a conversão de dióxido de carbono (CO2) em metanol, indica um estudo publicado no Journal of CO2 Utilization, realizado por pesquisadores vinculados ao Research Centre for Gas Innovation (RCGI) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP e a Shell.

Os resultados do estudo indicaram que o catalisador registrou uma seletividade para metanol de 98% e uma conversão de quase 20% do CO2. Ou seja, 20% do dióxido do carbono utilizado no processo foi transformado em metanol (CH3OH), em uma reação química com hidrogênio (H2) chamada hidrogenação, sem o uso de nenhum outro aditivo.

"Esse é considerado um dos melhores resultados da literatura", afirma Pedro Vidinha, professor do Departamento de Química Fundamental do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), coautor do artigo. O pesquisador atua em um grupo do RCGI que busca gerar produtos de valor a partir do dióxido de carbono, importante gás de efeito estufa. O catalisador foi desenvolvido em laboratório no âmbito de um trabalho da doutoranda Maitê Lippel Gothe, orientada pelo pesquisador.

"Essa combinação de titânio e rênio foi extremamente feliz, pois gerou uma superfície capaz de ligar o CO2 e hidrogênio e de promover a sua reação em metanol", diz Vidinha. O CO2 é uma molécula bastante estável e, para quebrar as ligações entre o carbono e o oxigênio, é preciso usar energia. "Só que a energia normalmente necessária para isso é extremamente alta. Usamos um catalisador a fim de baixar a energia exigida para fazer essa quebra", explica.

Nesse processo, foi fundamental conduzir a reação a uma pressão bastante superior à pressão atmosférica. Do contrário, a mistura de CO2 e hidrogênio, com aquecimento, acabaria não produzindo metanol, mas apenas monóxido de carbono (CO). Após experimentos, os pesquisadores chegaram à conclusão de que o melhor comportamento do catalisador para a finalidade que desejavam (a produção de metanol) se dava a uma pressão de 100 bar e temperatura de 200 °C, em uma proporção de uma molécula de CO2 para cada quatro moléculas de hidrogênio. "As condições de temperatura e pressão usadas parecem altas, mas podem ser facilmente obtidas em processos industriais", afirma o pesquisador.

Outro produto que costuma resultar da mistura de CO2 e hidrogênio é o metano, que também é um gás de efeito estufa e, portanto, indesejado como consequência. E, por isso, os pesquisadores comemoraram a alta seletividade ao metanol de 98% obtida com o catalisador desenvolvido. Essa alta seletividade demonstra que, pelo processo em fluxo desenvolvido, a reação química percorreu praticamente um caminho só, tendo como resultado o metanol.

Líquido incolor, o metanol pode ser utilizado como combustível ou como aditivo para gasolina, mas seu principal uso atualmente se dá como solvente ou como matéria-prima de outros produtos industriais. "Estamos tentando evoluir o nosso projeto para desenvolver produtos cada vez melhores, de modo que o CO2 emitido para a atmosfera consiga ter um ciclo diferente do natural, ou seja, um ciclo no fundo industrial", diz Vidinha. "Como se fosse um ciclo de regeneração do CO2 antropogênico."

Agora, segundo ele, o grupo está na fase de tentar compreender como e por que, no nível molecular, eles alcançaram um resultado tão bom. "Fizemos uma coisa boa, mas agora temos de explicar como chegamos lá. É um processo longo, as técnicas são bastante sofisticadas."

O próximo passo dentro do grupo do RCGI, relata Vidinha, será tentar produzir etanol a partir do dióxido de carbono. "Se nós já conseguimos chegar ao metanol, que tem um carbono [na sua estrutura química], será que conseguiremos utilizar uma estratégia similar para chegar ao etanol, que tem dois carbonos e, por isso, mais valor?" De acordo com ele, seria um etanol de 3ª geração, que se beneficiaria de uma plataforma energética já montada para um produto muito conhecido dos brasileiros.

Uma ideia é que as próprias usinas que fazem etanol a partir da cana-de- açúcar possam aproveitar o dióxido de carbono emitido no processo de produção para transformá-lo em compostos de interesse comercial, como metanol e etanol – obtendo um produto a mais para vender, e com benefícios ambientais, pois o CO2 deixaria de ser lançado na atmosfera.

Mais do que desenvolver processos de transformação do CO2, o grande desafio dessas tecnologias está na obtenção do hidrogênio usado para promover as reações químicas de hidrogenação, pois boa parte desse gás ainda vem dos combustíveis fósseis, explica o pesquisador. "O Brasil tem condições excepcionais de produzir hidrogênio a partir da água, usando para isso eletricidade de fontes renováveis, com uma energia limpa, tipo eólica, hídrica ou solar, para que esse processo seja de fato viável. Há um potencial enorme nessa área."

O resumo do artigo "Selective CO2 hydrogenation into methanol in a supercritical flow process" pode ser lido em https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212982019311631#! .