Pesquisadores da University of Central Florida estão agora convertendo metano em energia e materiais úteis. O avanço na tecnologia de utilização de metano aconteceu devido à colaboração entre Laurene Tetard, uma nanotecnóloga, e Richard Blair, um especialista em catálise. Métodos inovadores foram desenvolvidos para usar metano, um poderoso gás de efeito estufa, para esse propósito. Essa técnica usa luz visível e catalisadores especiais para fazer hidrogênio a partir do metano sem liberar carbono. A tecnologia também permite a criação de estruturas de carbono precisas em escalas muito pequenas, que podem ser usadas em muitas aplicações valiosas.
Uma dupla de pesquisadores da Universidade da Flórida Central (UCF) desenvolveu com sucesso técnicas inovadoras para gerar energia e materiais a partir do metano, um gás de efeito estufa prejudicial à saúde. A nova inovação da UCF permite que o metano seja utilizado na produção de energia limpa . Isso contribuirá para a criação de materiais de alto desempenho para biotecnologia, dispositivos inteligentes, células solares e outros equipamentos. Durante a última década, a nanotecnóloga Laurene Tetard e o especialista em catálise Richard Blair têm colaborado em pesquisas na UCF, resultando em uma série de invenções inovadoras.
Laurene Tetard também é professora associada e vice-coordenadora do Departamento de Física da UCF, além de pesquisadora do Centro de Nanociência e Tecnologia. Richard Blair é professor pesquisador do Instituto Espacial da Flórida, na UCF.
De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, o metano tem um impacto 28 vezes maior na atmosfera da Terra do que o dióxido de carbono, outro gás de efeito estufa significativo, em um período de 100 anos. O metano é capaz de reter mais radiação, embora tenha uma vida útil mais curta na atmosfera em comparação ao dióxido de carbono. Contribuintes significativos para a liberação de metano na atmosfera consistem em atividades energéticas e industriais, práticas agrícolas e a presença de aterros sanitários.
Colaboração Forte
Como colaboradores de pesquisa experientes, Tetard e Blair conhecem bem o velho ditado: "Se você não conseguir na primeira vez, tente, tente novamente."
Tetard disse: "Levou um tempo para conseguirmos resultados realmente interessantes. No início, muitas das caracterizações que tentamos fazer não estavam funcionando como queríamos. Sentamos para discutir observações intrigantes inúmeras vezes."
No entanto, eles persistiram incansavelmente, e sua determinação inabalável acabou por recompensá-los com novas inovações. "Richard tem um milhão de ideias diferentes sobre como resolver problemas. Então, eventualmente, encontrávamos algo que funcionava", acrescentou Tetard.
Apresentando uma abordagem aprimorada e mais ecológica para a produção de hidrogênio
A invenção inicial envolve uma abordagem inovadora para gerar hidrogênio a partir de hidrocarbonetos , como o metano, eliminando a liberação de gás carbônico.
A inovação concentra-se na utilização da luz visível, como lasers, lâmpadas ou fontes solares, e em fotocatalisadores ricos em boro com defeitos projetados. Essa abordagem demonstra as notáveis capacidades dos nanomateriais, permitindo a captura e conversão de hidrocarbonetos como o metano com o auxílio da luz visível. A engenharia de defeitos envolve a criação de materiais com estruturas irregulares.
Certos contaminantes são comumente obtidos quando uma reação ocorre em catalisadores convencionais a temperaturas mais elevadas, como dióxido de carbono, monóxido de carbono ou compostos poliaromáticos superiores. Mas o hidrogênio produzido pela invenção da UCF é livre desses contaminantes.
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Assim, os pesquisadores convertem o metano em energia e materiais úteis, livres de impurezas. O desenvolvimento dessa tecnologia tem o potencial de reduzir o custo dos catalisadores utilizados na produção de energia, aprimorar a conversão fotocatalítica na faixa visível e otimizar o uso da energia solar para catálise. As possíveis aplicações do hidrogênio no mercado incluem aplicações em larga escala na captura e conversão de metano, além de sua utilização em usinas solares.
Richard Blair disse: "Essa invenção é, na verdade, dupla. Você obtém hidrogênio verde e remove — não exatamente sequestra — o metano. Você processa o metano transformando-o em hidrogênio e carbono puro, que podem ser usados em coisas como baterias."
Segundo ele, metano e água, juntamente com altas temperaturas, eram tradicionalmente usados na produção de hidrogênio. Mas esse processo emite dióxido de carbono além de produzir hidrogênio.
Blair acrescentou: "Nosso processo pega um gás de efeito estufa, o metano, e o converte em algo que não é um gás de efeito estufa, além de dois produtos valiosos: hidrogênio e carbono. E removemos o metano do ciclo."
Observou-se que o Laboratório Exolith da UCF aproveitou com sucesso a energia da luz solar para gerar hidrogênio a partir do gás metano, tudo isso viabilizado pela implementação de um robusto sistema de concentração solar. Ele sugere que países sem fontes abundantes de energia poderiam utilizar a invenção, usando metano e luz solar. O metano está presente em locais como aterros sanitários, áreas industriais e agrícolas e estações de tratamento de esgoto, além de sistemas de petróleo e gás natural.
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Produção de nano ou microestruturas de carbono sem contaminação
A tecnologia de Tetard e Blair cria estruturas de carbono precisas em nanoescala e microescala usando luz e um fotocatalisador com defeitos projetados. Alguns exemplos são monóxido de carbono, etano, metano, propano e propeno.
Laurene Tetard disse: "É como ter uma impressora 3D de carbono em vez de uma impressora 3D de polímero. Se tivermos uma ferramenta como essa, talvez possamos até mesmo criar alguns projetos de estruturas de carbono que são impossíveis hoje em dia. O sonho é produzir materiais de carbono de alto desempenho a partir do metano, algo que atualmente não é feito com muita eficiência."
"Portanto, essa invenção seria uma forma de produzir tais materiais a partir do metano de maneira sustentável e em larga escala industrial", acrescentou Blair.
As estruturas de carbono produzidas são pequenas e bem estruturadas , permitindo um arranjo preciso com tamanhos e padrões exatos. Blair disse: "Agora estamos falando de aplicações de alto valor, talvez para dispositivos médicos ou novos sensores químicos. Isso se torna uma plataforma para o desenvolvimento de todos os tipos de produtos. A aplicação é limitada apenas pela imaginação."
Pesquisadores convertem metano em energia e materiais úteis, mas ainda são necessários alguns ajustes. Os métodos de projeto têm o potencial de incorporar uma variedade de lasers ou iluminação solar, já que o processo de crescimento pode ser ajustado em diferentes comprimentos de onda, e o laboratório de Tetard está tentando reduzir o tamanho. Tetard disse: "Estamos tentando pensar em uma maneira de aprender com o processo e ver como poderíamos fazê-lo funcionar em escalas ainda menores — controlar a luz em um volume minúsculo."
“Atualmente, o tamanho das estruturas é microscópico porque o volume focal de luz que criamos é microscópico. Então, se pudermos controlar a luz em um volume minúsculo, talvez possamos cultivar objetos em nanoescala para nanoestruturas padronizadas mil vezes menores. Isso é algo que estamos pensando em implementar no futuro. E, se isso se tornar possível, há muitas coisas que podemos fazer com isso”, acrescentou Tetard.
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