Cientistas testam nova forma de converter CO2 em materiais úteis com energia solar

Um novo método torna possível decompor o CO2 e converter o gás de efeito estufa em materiais úteis, como combustíveis ou produtos de consumo.

Normalmente, esse processo requer uma enorme quantidade de energia. No entanto, no primeiro estudo computacional deste tipo, publicado no The Journal of Physical Chemistry, a equipa de investigação utilizou um recurso mais sustentável: o sol.

Os cientistas da University of Southern California, EUA mostraram que a luz ultravioleta (UV) pode ser muito eficaz em acelerar uma molécula orgânica, o oligofenileno. Após a exposição aos raios UV, o oligofenileno torna-se um anião carregado negativamente, transferindo facilmente elétrons para a molécula mais próxima, como o CO2, tornando este CO2 reativo e podendo ser reduzido e convertido em plásticos, medicamentos ou mesmo móveis.

O rápido crescimento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera terrestre é um dos problemas mais urgentes que a humanidade deve enfrentar para evitar uma catástrofe climática. Desde o início da era industrial, os humanos aumentaram o CO2 atmosférico em 45% pela queima de combustíveis fósseis e outras emissões. Como resultado, as temperaturas globais médias estão agora dois graus mais altas do que na era pré-industrial.

“O CO2 é notoriamente difícil de reduzir, por isso vive durante décadas na atmosfera”, explica Shaama Sharada, professor de Engenharia Química e principal autor do estudo, num comunicado. “Mas esse anião com carga negativa é capaz de reduzir até mesmo algo tão estável como o CO2, por isso é promissor e por isso o estamos a estudar.”

Graças aos gases de efeito estufa como o CO2, o calor do sol fica preso na nossa atmosfera, aquecendo o nosso planeta. Muitos cientistas tentam formas de converter o CO2 em carbono ou matérias-primas para produtos de consumo.

O processo tradicionalmente utiliza calor ou eletricidade em conjunto com um catalisador para acelerar a conversão de CO2 em produtos. No entanto, muitos destes métodos tendem a ser intensivos em energia, o que não é ideal para um processo que visa reduzir os impactos ambientais. Usar a luz do sol para acelerar a molécula do catalisador é atraente porque é energeticamente eficiente e sustentável.

“A maioria das outras maneiras de fazer isto envolve o uso de produtos químicos à base de metal”, indicou Sharada. “Eles podem ser caros, difíceis de encontrar e potencialmente tóxicos.” Sharada disse que a alternativa é usar catalisadores orgânicos à base de carbono para realizar essa conversão assistida por luz. No entanto, este método apresenta desafios próprios, que a equipa de investigação pretende abordar.

A equipa utiliza simulações de química quântica para entender como os elétrons se movem entre o catalisador e o CO2 para identificar os catalisadores mais viáveis ​​para essa reação.

Sharada disse que o trabalho foi o primeiro estudo computacional detse tipo, já que os investigadores não tinham examinado anteriormente o mecanismo subjacente de mover um elétron de uma molécula orgânica como o oligofenileno para o CO2.

O grupo de cientistas descobriu que pode fazer modificações sistemáticas no catalisador de oligofenileno, adicionando grupos de átomos que conferem propriedades específicas quando ligados a moléculas, que tendem a empurrar os elétrons em direção ao centro do catalisador, para acelerar a reação.