Produção ecológica de gás de síntese a partir de Dióxido de Carbono [NI-TECH-2020-13]

Um conceito de elétrodos feitos por metais não-nobres que podem produzir gás de síntese (syngas) com uma composição ajustável.

Contexto

Tecnologias de captura e utilização de carbono (CUC) estão a ser investigadas intensivamente, tais como energia para gás e energia para líquidos, para produzir combustíveis e blocos de construção químicos a partir de CO2. Num relatório recente foi mostrado que a CUC tem o potencial técnico de mudar o paradigma da produção química, baseada em recursos fósseis para energia renovável, reduzindo as emissões anuais de gases com efeito estufa (GEE) até 3,5 Gt CO2-eq em 2030.

Em todos os cenários propostos para reduzir com as emissões de CO2, a captura e armazenamento de dióxido de carbono representam um papel importante. Como consequência da crescente aplicabilidade, prevista para estas técnicas, CO2 a altas pressões ficará disponível para potenciais utilizadores em quantidades muito mais elevadas com preços abaixo dos atuais. Todos os tipos possíveis de utilização de dióxido de carbono podem beneficiar desta situação.

A redução eletromecânica de CO2 é uma tecnologia de CUC. Neste processo, o dióxido e carbono é co-eletrolisado com a água a (aproximadamente) temperatura ambiente. Hidrogénio é produzido in situ. Dependendo das condições do processo e da catálise, a redução de CO2 origina uma série de produtos, tais como CO, ácido fórmico, hidrocarbonetos, álcoois, etc. no cátodo. Oxigénio é produzido no ânodo resultante da reação de oxidação da água.

Estamos a desenvolver uma tecnologia única para produzir, electromecanicamente, gases de síntese ecológicos pressurizados (CO + H2). Syngas ecológico produzido usando energia renovável pode ser uma plataforma importante para a introdução de energias renováveis na indústria química.

A Tecnologia

• Investigadores da Universidade NOVA de Lisboa tem desenvolvido um conceito de elétrodos de metais não-nobres que produz gases de síntese com composição ajustável (e.g. H2:CO 2:1 para produzir metanol). A utilização de metais não-nobres contribuem para a rentabilidade desta solução (Figura 1);
• O sistema catalisador, protegido por patente, baseado num cátodo catalítico e num líquido iónico contendo eletrólitos que reforçam a absorção de CO2 e consequentemente a produtividade do processo. Simultaneamente a sua eficiência energética é melhorada (reduzindo a sobretensão da reação eletromecânica);
• A utilização de pressões mais elevadas do que a atmosférica permite um novo aumento de produtividade e eficiência energética minimizando os passos intermédios da compressão dos gases para posterior processamento e armazenamento;
• As potenciais conversões totais de CO2 podem ser conseguidas, minimizando os custos da separação de CO2 que não tenha reagido;
• Este eletrolisador de CO2 flexível pode ser aplicado no local onde o CO2 for emitido ou armazenado.

Mais detalhes

O trabalho desenvolvido na prova de conceito da tecnologia e o scale-up no laboratório protótipo que foi desenhado e construído para este projeto, encontra-se publicado nos seguintes artigos:

• Pardal, T.; Messias, S.; Sousa, M.; Reis-Machado, A.S.; Rangel, C.M.; Nunes, D.; Pinto, J.V.; Martins, R.; Nunes da Ponte, M. Syngas production by electrochemical CO2 reduction in an ionic liquid-based electrolyte. J CO2 Utilization 2017, 18:62–72. Doi: 10.1039/c9re00271e;
• Messias, S.; Sousa, M.M.; Nunes da Ponte, M.; Rangel, C.M.; Pardal, T.; Reis-Machado, A.S. Electrochemical production of syngas from CO2 at pressures up to 30 bar in electrolytes containing ionic liquid. React. Chem. Eng. 2019, 4, 1982–1990. Doi: 10.1039/C9RE00271E.

Estágio de desenvolvimento

TRL 3-4 – Investigação e Desenvolvimento continuam a decorrer.

Benefícios

Atualmente não existem eletrolisadores de CO2 industriais. Esta tecnologia poderá proporcionar combustíveis sintéticos sustentáveis e precursores químicos para sustentar uma economia circular.

Aplicações

Utilizadores finais da tecnologia:

• Indústrias emissoras de CO2;
• Mercado de eletrolisadores;
• Mercado de combustíveis para desenvolvimento de transportes, habitacional e industrial;
• Parques de energia renovável;
• Fornecedores de energia elétrica;
• Blocos de construção químicos sustentáveis para indústria química.

Oportunidade

A universidade procura orientação/apoio de parceiro industrial para scale-up da tecnologia, e procura também financiamento para tal. Mais propriamente, a universidade está interessada em parceiros de co-desenvolvimento para:

• Scale-up do eletrolisador;
• Desenvolvimento de elétrodos, em particular dos ânodos a base de metais não-nobres;
• Desenvolvedores de separadores de membranas de trocas iónicas.

Propriedade Intelectual 

• Pedido PCT  submetido. PI base pertence à Omnidea, uma spin-off da NOVA. Existe muito mais oportunidades para aprofundar a proteção da PI no que aos novos desenvolvimentos tecnológicos concerne, atualmente em curso por investigadores da NOVA.

NOVA Inventors

Ana Reis Machado

Sofia Alexandra Pereira Messias

Manuel Luis de Magalhães Nunes da Ponte

Zeljko Petrovski

Daniela da Silva Nunes Gomes

Rodrigo Ferrão de Paiva Martins