Nova tecnologia captura dióxido de carbono e produz hidrogênio verde a partir da água do mar

Um dispositivo inteligente baseado no oceano extrai e sequestra permanentemente o dióxido de carbono da atmosfera, gerando hidrogênio verde no processo.

Dióxido de carbono (CO₂) a remoção em escala de gigatoneladas (Gt) é necessária para atingir emissões líquidas zero de gases de efeito estufa para limitar o aquecimento global. O objetivo do Acordo de Paris de 2015 de “manter o aumento da temperatura média global bem abaixo de 2^oC acima dos níveis pré-industriais e buscando esforços para limitar o aumento da temperatura a 1,5^oC acima dos níveis pré-industriais” implica que atingiremos emissões globais líquidas zero em meados deste século.

Praticamente todos os cenários que alcançam o Acordo de Paris envolvem CO₂ remoção da atmosfera com sequestro permanente. Algumas emissões de gases de efeito estufa, como CO₂ da produção de cimento e metano (CH₄) da agricultura, são difíceis e/ou muito caros de reduzir com tecnologia conhecida ou antecipada.

Suposições de modelo sobre desenvolvimento e difusão de tecnologia, portanto, produzem estimativas da quantidade de CO₂ A remoção exigida em meados do século varia amplamente. Cenários que limitam o aquecimento para menos de 2^oC tem um CO médio₂ remoção de 5,75 GtCO₂ em 2050.

O oceano é uma esponja

CO₂ estratégias de remoção incluem uma variedade processos de remoção biológica, química e geoquímica. Alguns processos biológicos, como florestamento e reflorestamento, já produzem remoções líquidas a baixo custo, mas seu potencial é limitado pela terra disponível.

Processos químicos para capturar CO ambiente₂ da atmosfera, como a captura direta de ar, são objeto de pesquisas consideráveis ​​e algumas pequenas instalações estão operacionais. As estimativas de custo para tecnologias de captura direta de ar atualmente variam de US$ 600 a US$ 1.000/tCO₂ capturados, mas devem cair para US$ 100 a US$ 300/tCO₂ até 2050, à medida que a experiência se acumula.

Aproximadamente 30% do CO2₂ as emissões de gases de efeito estufa são absorvidas pelo oceano; um reservatório de carbono cerca de 50 vezes maior que a atmosfera. Alguns CO propostos₂ métodos de remoção procuram aumentar o CO₂ absorvida pelo oceano. No entanto, a absorção de CO₂ pelo oceano depende de inúmeros fatores, incluindo o pH da água, a pressão atmosférica parcial de CO₂, e a temperatura. Assim, o CO baseado no oceano proposto₂ os métodos de remoção aumentam a alcalinidade da água do mar ou adicionam produtos químicos que reagem com o CO atmosférico₂.

Equatic, um novo spinoff da Universidade da Califórnia em Los Angeles, está testando um novo processo que captura e sequestra CO₂ da atmosfera enquanto gera hidrogênio verde. Uma usina de eletrólise movida a energia solar divide a água do mar em hidrogênio verde e oxigênio. A água do mar sem hidrogênio é mais alcalina, por isso absorve CO₂ da atmosfera que reage com minerais, como cálcio e magnésio na água do mar, para formar bicarbonatos dissolvidos e carbonatos minerais que armazenam permanentemente o CO₂.

Capturar e sequestrar CO₂

A eletrólise usa uma corrente contínua para fornecer elétrons a um terminal positivo (cátodo) que libera hidrogênio da molécula de água e faz com que o oxigênio migre para o terminal negativo (ânodo), onde os elétrons são devolvidos ao circuito externo. A água do mar contém pequenas quantidades de muitos outros produtos químicos.

O processo Equatic deixa a água próxima ao ânodo mais ácida e a água próxima ao cátodo mais básica (alcalina). A água do mar básica absorve CO₂ da atmosfera, que reage com cálcio e magnésio na água para formar uma variedade de minerais estáveis, como o carbonato de cálcio (CaCO₃), carbonatos de magnésio (MgCO₃) e/ou hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂), que sequestram permanentemente o CO₂. Desta forma, CO₂ extraído do ar pode ser armazenado por milhares de anos.

Alguns dos minerais, como o carbonato de cálcio, são estáveis ​​na água do mar e podem ser descarregados no oceano. Outros compostos devem ser estabilizados antes da descarga no oceano ou armazenados em terra. A rocha básica pode ser adicionada à água do mar acidificada do ânodo para restaurar seu nível de pH natural antes de ser devolvida ao oceano.

Fazendo hidrogênio verde durante o processo

Processamento 220m³ de água do mar remove 1 Mt CO₂ e produz 29 kg de hidrogênio. Duas instalações piloto estão capturando cerca de 100 quilos de CO₂ e produzindo alguns quilos de hidrogênio por dia. São os primeiros pequenos passos no processo de desenvolvimento de plantas em escala industrial até 2030; plantas que removem 1 milhão de toneladas (Mt) CO₂ por ano e produzir 35.000 toneladas/ano de hidrogênio verde.

As estimativas iniciais geram um custo de capital bruto de US$ 500/tCO₂ para uma planta comercial com capacidade de 1 Mt CO₂/ano. Os custos operacionais, incluindo energia, operações e manutenção, são estimados em US$ 83/tCO₂. O resultado é um custo bruto de US$ 145/tCO₂. A receita da venda do hidrogênio verde produzido pode reduzir o custo líquido para menos de US$ 100/tCO₂que é competitivo com os custos projetados das tecnologias de captura direta de ar.

O sistema Equatic, como um processo industrial, compara-se favoravelmente com outros métodos de remoção de dióxido de carbono baseados no oceano, como o aumento da alcalinidade do oceano e a fertilização do oceano. Esses métodos têm um potencial estimado para remover até 100 GtCO₂/ano a custos de US$ 40 a US$ 500/tCO₂mas sua viabilidade é incerta devido à sua atual prontidão de baixa tecnologia.

Além disso, é difícil estimar a quantidade de CO₂ removido. O mundo pode precisar de 5,75 GtCO₂ removido em 2050 para limitar o aquecimento global; 5.750 instalações que removem e sequestram permanentemente 1MtCO₂ por ano. Muitas tecnologias possíveis para atender a essa necessidade estão sendo pesquisadas e testadas. A tecnologia da Equatic parece ter o potencial de fazer uma contribuição substancial e econômica para esse esforço global.

Escrito por: Geoffrey Ozin e Erik Haites, Solar Fuels Group University of Toronto e Margaree Consultants Toronto

Imagem de destaque: Silke da Pixabay