Catalisadores inovadores aumentam produção de metanol pela hidrogenação de CO2

São PauloCientistas do Tokyo Tech descobriram que inserir nanopartículas de cobre em cristais de silicato porosos repelentes de água pode aumentar a eficácia dos catalisadores de cobre-óxido de zinco na produção de metanol. Este arranjo impede que as partículas de cobre se aglomerem sob calor, levando a uma melhor hidrogenação e maior produção de metanol. Este método torna a síntese de metanol a partir de CO2 mais eficiente.

As emissões de CO2 contribuem significativamente para o aquecimento global, sendo urgente a redução dessas emissões. O metanol é um combustível útil e acessível, representando uma boa alternativa aos combustíveis tradicionais de transporte. Produzir metanol convertendo CO2 com hidrogênio é um método promissor entre as tecnologias de captura e utilização de CO2.

Temperaturas mais baixas são melhores para a produção de metanol, pois a reação libera calor. Catalisadores feitos de cobre e óxido de zinco (Cu-ZnO) são ideais para isso. Eles auxiliam na conversão de CO2 em intermediários formiato, que aumentam a produção de metanol. Aumentar a área de contato entre cobre e óxido de zinco melhora a produção, o que pode ser feito espalhando mais as partículas de cobre. Contudo, as partículas de cobre não são estáveis em altas temperaturas e tendem a se aglomerar durante a preparação e reação, diminuindo a área de superfície. Além disso, a água produzida como subproduto também contribui para a aglomeração do cobre e desacelera a formação de formiato.

Pesquisadores liderados pelo Professor Teruoki Tago, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, desenvolveram novos catalisadores de Cu-ZnO encapsulados em Silicalite-1 (S-1). O estudo destacou várias descobertas importantes.

Descoberta Inovadora: Catalisadores de Cu-ZnO em Silicalite-1

• A encapsulação de metais em suportes porosos previne a aglomeração térmica.
• Catalisadores Cu-ZnO encapsulados em S-1 aumentam a produção de metanol.
• Dois tipos de catalisadores foram produzidos: Cu/S-1 e Cu@S-1.
• Cu@S-1 foi preparado utilizando um pó de filosilicato de cobre (CuPS).

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Os pesquisadores criaram dois tipos de catalisadores. O primeiro, chamado Cu/S-1, consistiu na adição de cobre a um material hidrofóbico conhecido como S-1. O segundo, denominado Cu@S-1, foi desenvolvido usando um pó à base de cobre que ajudou a embutir partículas de cobre na estrutura do S-1. Para produzir o Cu@S-1, eles dissolveram o pó de cobre, e o tempo de dissolução influenciou o tamanho das partículas de cobre. Após encontrarem o tempo ideal de dissolução, o catalisador apresentou partículas de cobre com aproximadamente 2,4 nanômetros dentro do S-1.

O catalisador Cu@S-1 apresentou maior atividade na hidrogenação e produção de metanol em comparação ao Cu/S-1. Para aumentar ainda mais a produção de metanol, foi adicionado ZnO ao Cu@S-1 por impregnação, criando o novo catalisador ZnO/Cu@S-1 com partículas finas de Cu. Este novo catalisador exibiu atividade ainda maior, indicando a formação da interface Cu-ZnO.

A estrutura S-1 evita que as partículas de Cu se aglomerem quando aquecidas. Além disso, elimina rapidamente a água formada durante as reações próximas à interface Cu-ZnO, o que aumenta a produção de metanol.

O estudo foi divulgado online no dia 21 de fevereiro de 2024 e publicado na Edição 485 do Jornal de Engenharia Química em 1º de abril de 2024. O projeto, financiado pelo Programa Horizonte2020 da União Europeia e pela Agência de Ciência e Tecnologia do Japão, através do SCICORP (projeto Laurelin), revelou que o novo método para preparar catalisadores é altamente eficaz e promete uma produção eficiente de metanol a partir de CO2.