A Captura de Carbono Fica Mais Barata: Produção de Metano a partir do CO2
O metano feito de CO2 e hidrogênio renovável oferece um novo caminho para a captura de carbono a baixo custo.
Em seu esforço contínuo para tornar a captura de carbono mais acessível, os pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia desenvolveram um método para converter o dióxido de carbono (CO2 ) capturado em metano, o principal componente do gás natural.
Ao simplificar um processo antigo no qual o CO2 é convertido em metano, o novo método dos pesquisadores reduz os materiais necessários para executar a reação, a energia necessária para alimentá-la e, em última análise, o preço de venda do gás.
Um importante agente químico conhecido como EEMPA torna o processo possível. O EEMPA é um solvente desenvolvido pelo PNNL que retira CO 2 do gás de combustão da usina de energia, ligando o gás de efeito estufa para que possa ser convertido em produtos químicos úteis.
No início deste ano, os pesquisadores do PNNL revelaram que o uso do EEMPA em usinas de energia poderia reduzir o preço da captura de carbono para 19 % abaixo dos custos padrão da indústria – o menor preço documentado de captura de carbono. Agora, em um estudo publicado em 21 de agosto de 2021, na revista ChemSusChem , a equipe revela um novo incentivo – em gás natural mais barato – para reduzir ainda mais os custos.
Quando comparado ao método convencional de conversão de metano, o novo processo requer um investimento inicial que custa 32 % menos. Os custos de operação e manutenção são 35 % mais baratos, fazendo com que o preço de venda do gás natural sintético caia 12 %.
O Papel do Metano na Captura de Carbono
Métodos diferentes para converter CO2 em metano são conhecidos há muito tempo. No entanto, a maioria dos processos depende de altas temperaturas e geralmente são muito caros para uso comercial generalizado.
Além da produção geológica, o metano pode ser produzido a partir de fontes renováveis ou recicladas de CO2 e pode ser usado como combustível ou como portador de energia de H2 . Embora seja um gás com efeito de estufa e exija uma gestão cuidadosa da cadeia de abastecimento, o metano tem muitas aplicações, que vão desde o uso doméstico a processos industriais, disse o autor principal e químico do PNNL, Jotheeswari Kothandaraman.
“No momento, uma grande fração do gás natural usado nos EUA precisa ser bombeada do solo”, disse Kothandaraman, “e espera-se que a demanda aumente com o tempo, mesmo sob as vias de mitigação das mudanças climáticas. O metano produzido por este utilizando os resíduos de CO2 feita processo- “e de fontes renováveis de hidrogénio-poderia oferecer uma alternativa para os utilitários e os consumidores que procuram o gás natural, com um componente renovável e uma pegada menor de carbono.
Calculando custos e capturando carbono
Para explorar o uso de EEMPA na conversão de CO2 em metano, Kothandaraman e seus colegas autores estudaram as bases moleculares da reação e avaliaram o custo de execução do processo em escala em uma usina de 550 megawatts.
Convencionalmente, os operadores da usina podem capturar CO2 usando solventes especiais que eliminam o gás de combustão antes que ele seja emitido pelas chaminés das usinas, mas esses solventes tradicionais têm um teor de água relativamente alto, dificultando a conversão do metano.
Em vez disso, o uso de EEMPA reduz a energia necessária para alimentar tal reação. A economia vem em parte da capacidade da EEMPA de fazer o CO2 se dissolver mais facilmente, o que significa que menos pressão é necessária para executar a conversão.
A avaliação dos autores identificou outras economias de custo, pois o CO 2 capturado pela EEMPA pode ser convertido em metano no local. Tradicionalmente, o CO2 é removido dos solventes ricos em água e enviado para fora do local para ser convertido ou armazenado no subsolo. Sob o novo método, o CO2 capturado pode ser misturado com hidrogênio renovável e um catalisador em uma câmara simples, e então aquecido à metade da pressão usada nos métodos convencionais para produzir metano.
A reação é eficiente, disseram os autores, convertendo mais de 90% do CO2 capturado em metano, embora a pegada final de gases do efeito estufa dependa do que o metano é usado para fazer. E a EEMPA captura mais de 95% do CO2 emitido no gás de combustão. O novo processo também libera excesso de calor, fornecendo vapor para geração de energia.
Produzindo mais com CO2
O processo químico destacado no artigo representa um caminho entre muitos, disse Kothandaraman, onde o CO2 capturado pode ser usado como matéria-prima para a produção de outros produtos químicos valiosos.
“Ficarei feliz quando puder fazer esse processo funcionar para o metanol com a mesma eficiência que funciona para o metano agora”, disse ela. “Esse é o meu objetivo de longo prazo.” O metanol tem muito mais aplicações do que o metano, disse Kothandaraman, que procurou descobrir as reações catalíticas que poderiam produzir metanol a partir do CO2 por cerca de uma década. A criação de plásticos a partir do CO2 capturado é outra rota que a equipe planeja explorar.
“É importante não apenas capturar CO2 , mas encontrar maneiras valiosas de usá-lo”, disse Ron Kent, Gerente de Desenvolvimento de Tecnologias Avançadas da SoCalGas, “e este estudo oferece um caminho econômico para transformar CO2 em algo valioso . ”
Referência: “Captura Integrada e Conversão de CO2 a partir de água-magra, pós-combustão CO2 captura Solvente”, de David Heldebrant, Jotheeswari Kothandaraman, Johnny Saavedra Lopez, Yuan Jiang, Eric D. Walter, Sarah D. Burton e Robert A Dagle, 21 de agosto de 2021, ChemSusChem .
DOI: 10.1002 / cssc.202101590
