Novo processo para permitir a conversão de CO2 em produtos químicos básicos sustentáveis
A abordagem promete uma elevada eficiência e flexibilidade
A produção sustentável de materiais químicos de base utilizando CO2 como fonte de carbono é o objetivo do projeto "PKat4Chem". O objetivo é continuar a desenvolver o processo de catálise de plasma a baixa temperatura (NTPK), de modo a que os gases produzidos a partir de biomassa possam ser convertidos em metanol ou etileno num processo de fase única. O Instituto Fraunhofer de Microestrutura de Materiais e Sistemas IMWS está a contribuir com a sua experiência na análise dos materiais utilizados. A abordagem promete alta eficiência e flexibilidade.
Distribuição de elementos na interface de um material de elétrodo.
© Fraunhofer IMWS
Avaliação tridimensional do comportamento de sinterização de um revestimento de eléctrodos utilizando a tomografia de raios X.
© Fraunhofer IMWS
Produzir materiais químicos de base sem consumir matérias-primas fósseis e, consequentemente, sem geraremissões de CO2- esta é uma das tarefas mais importantes para atingir os objectivos climáticos. Isto porque estes produtos químicos de base, que são produzidos em enormes quantidades, são o material de base para muitos outros produtos industriais e do quotidiano, como plásticos, fertilizantes e combustíveis.
As tecnologias Power-to-X são uma abordagem muito eficaz para a produção sustentável de produtos químicos orgânicos de base, como o etileno, o metanol ou o estireno: Estas tecnologias utilizam eletricidade proveniente de energias renováveis. O hidrogénio necessário para os compostos químicos também pode ser produzido sem emissões através da eletrólise. Seo CO2 for utilizado como fonte de carbono, o ciclo do carbono pode ser fechado e mesmo os gases com efeito de estufa que já foram emitidos podem ser removidos da atmosfera.
O projeto "PKat4Chem" centra-se na conversão e, consequentemente, na utilização doCO2 para a produção de materiais químicos de base. O consórcio está a centrar-se na catálise de plasma de baixa temperatura (NTPK). Com esta tecnologia, os gases produzidos a partir da biomassa, como o metano (CH4), em combinação com oCO2, devem ser activados de forma altamente eficiente através do plasma e convertidos em materiais de base química, como o metanol (CH3OH) ou o etileno (C2H4), utilizando catalisadores adequados num processo de fase única.
O projeto centra-se nos reactores NTPK, uma vez que estes podem atingir eficiências muito elevadas de até 95 por cento. Oferecem também a vantagem de uma escalabilidade simples e de custos de investimento e de funcionamento mais baixos. Isto permite um processo potencialmente chave-na-mão que pode ser ligado e desligado de forma dinâmica e de acordo com a procura.
O objetivo do projeto, que decorre até ao final de 2027, é criar um novo tipo de cadeia de processos. No seu centro está o desenvolvimento de uma unidade de módulo de reator NTPK para a síntese de metanol ou etileno. Este deverá ser validado em ensaios de campo num banco de ensaio numa central de biogás existente. No projeto, o Fraunhofer IMWS é responsável pela caraterização microestrutural do material patenteado do elétrodo e dos catalisadores correspondentes. Os materiais são analisados em termos de microestrutura através de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e as distribuições dos elementos são examinadas através de espetroscopia de raios X por dispersão de energia (EDXS). A equipa do Fraunhofer também se concentra na investigação das alterações do material próximo da superfície causadas pelo efeito da NTPK, utilizando a espetroscopia de fotoelectrões de raios X (XPS) e a espetrometria de massa de iões secundários por tempo de voo (ToF-SIMS).
"Para compreender os processos no elétrodo, pretendemos também analisar termicamente as propriedades fundamentais e clarificar os processos redox nas diferentes interfaces dos materiais envolvidos, utilizando a espetroscopia de perda de energia de electrões (EELS). Isto permitiria desenvolver materiais "sob visão"", explica Christian Thieme, que dirige o projeto no Fraunhofer IMWS. "A abordagem oferece inúmeras vantagens, desde a elevada flexibilidade e aplicação descentralizada até à possibilidade de utilizar efetivamente o biogás na sua totalidade e eliminaras emissões de CO2 relacionadas com o processo. Por último, mas não menos importante, somos também motivados pelo facto de existir uma enorme procura de produtos químicos de base sustentáveis, tanto para a indústria química como, a longo prazo, para o sector dos transportes".
Para além do coordenador do projeto, a enaDyne GmbH, a EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH, a Arcanum Energy Systems GmbH & Co KG, a HTWK Leipzig, a TU Bergakademie Freiberg, a Universidade de Leipzig, a Universidade do Ruhr de Bochum e a Fraunhofer IMWS estão também envolvidas no projeto "PKat4Chem".
O projeto é financiado no âmbito do programa de investigação energética do Ministério Federal da Economia e da Proteção do Clima (BMWK).
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