Kee Young Koo (Dean Yi Chang-Keun, doravante referido como KIER) do Departamento de Pesquisa de Hidrogênio do Instituto de Pesquisa Energética da Coreia criou um catalisador líder mundial capaz de converter o principal gás de efeito estufa, dióxido de carbono, em um componente importante para a produção de combustíveis ecológicos.
A reação reversa de mudança de gás de água (RWGS) converte dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO) e água (H2O) reage com hidrogênio (H2) no reator. O monóxido de carbono produzido pode então ser combinado com hidrogénio para criar gás de síntese, um elemento básico utilizado na produção de combustíveis eletrónicos* e combustíveis sintéticos, como o metanol. Devido à sua capacidade de reciclar dióxido de carbono2 As reações dos RWGS são vistas como um caminho promissor para promover a produção de energia sustentável.
Superando as limitações dos catalisadores tradicionais
Tradicionalmente, as reações RWGS funcionam melhor em temperaturas acima de 800 °C. Catalisadores à base de níquel são frequentemente usados porque podem suportar esse calor, mas perdem desempenho com o tempo à medida que as partículas se aglomeram, reduzindo a área superficial e a eficiência. Operar em temperaturas mais baixas evita esse problema, mas também resulta na formação de subprodutos indesejados, como o metano, que reduz a produção de monóxido de carbono.
Para tornar o processo mais eficiente e econômico, os pesquisadores têm procurado catalisadores que permaneçam altamente ativos em baixas temperaturas. A equipe KIER desenvolveu com sucesso um novo catalisador à base de cobre que alcança excelentes resultados a apenas 400 °C.
Um avanço no design de catalisadores de cobre
O recém-projetado catalisador de óxido misto de cobre-magnésio-ferro supera os catalisadores de cobre comerciais, produzindo monóxido de carbono 1,7 vezes mais rápido e 1,5 vezes mais produtivo a 400 °C.
Os catalisadores de cobre têm uma vantagem fundamental sobre o níquel: eles podem produzir seletivamente apenas monóxido de carbono sem formar metano em temperaturas abaixo de 400 °C. No entanto, a estabilidade térmica do cobre muitas vezes enfraquece perto desta temperatura, levando à aglomeração de partículas e à perda de atividade.
Para enfrentar esse desafio, a equipe do Dr. Koo incorporou estruturas de hidróxido duplo em camadas (LDH) em seu projeto. Esta estrutura em camadas consiste em finas folhas de metal com moléculas de água e ânions entre elas. Ajustando a proporção e o tipo de íons metálicos, os pesquisadores ajustaram as propriedades físicas e químicas do catalisador. A adição de ferro e magnésio ajuda a preencher as lacunas entre as partículas de cobre, evitando efetivamente a aglomeração e melhorando a resistência ao calor.
A análise infravermelha em tempo real e os testes de reação revelaram por que o novo catalisador teve um desempenho tão bom. Catalisador de cobre tradicional converte CO2 Convertido em monóxido de carbono por meio de um composto intermediário chamado formato. No entanto, o novo material ignora completamente estes intermediários, convertendo dióxido de carbono em2 CO entra diretamente em sua superfície. Porque evita reações secundárias que produzem metano ou outros subprodutos, o catalisador mantém alta atividade mesmo em temperaturas relativamente baixas de 400 °C.
Desempenho recorde e importância global
A 400°C, o rendimento de monóxido de carbono do catalisador foi de 33,4%, a taxa de produção foi de 223,7 micromoles por grama de catalisador por segundo (μmol·gcat-1·s-1) e o catalisador manteve a estabilidade por mais de 100 horas. Estes resultados indicam uma taxa de formação 1,7 vezes maior e um rendimento 1,5 vezes maior em comparação com um catalisador de cobre padrão. Comparado com catalisadores caros, mas altamente ativos à base de platina, o novo catalisador tem um aumento de 2,2 vezes na taxa de produção e um aumento de 1,8 vezes no rendimento. Isso o classifica entre os COs com melhor desempenho2 O catalisador de conversão está entre os melhores do mundo.
“CO em baixa temperatura2 Kee Young Koo, principal investigador do projeto, disse: “A tecnologia do catalisador de hidrogenação é uma conquista revolucionária que pode produzir monóxido de carbono com eficiência usando metais baratos e abundantes. Ela pode ser aplicada diretamente à produção de matérias-primas essenciais para combustíveis sintéticos sustentáveis.” Olhando para o futuro, continuaremos a nossa investigação para alargar a sua aplicação a ambientes industriais reais, contribuindo assim para a concretização da neutralidade carbónica e para a comercialização de tecnologias sustentáveis de produção de combustíveis sintéticos. “
notas
*Os combustíveis eletrónicos são combustíveis sintéticos produzidos pela combinação de hidrogénio verde produzido a partir de eletricidade renovável com dióxido de carbono capturado.2 da atmosfera ou biomassa sustentável. Estão a emergir como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis tradicionais, especialmente para indústrias como a aviação e o transporte marítimo, que são difíceis de descarbonizar.
As descobertas foram publicadas online em maio de 2025 em Catálise Aplicada B: Meio Ambiente e Energiao periódico líder na área de energia e catálise ambiental. A pesquisa foi apoiada pelo projeto de P&D da KIER “Desenvolvimento de tecnologia de produção de e-SAF (combustível de aviação sustentável) usando dióxido de carbono e hidrogênio”.
