A tecnologia inovadora que transforma gás rico em CO2 em ouro químico

Por Instituto de Física Química de Dalian, Academia Chinesa de Ciências11 de maio de 2025

Cientistas desenvolveram um processo de reforma superseca usando SOECs e catalisadores Rh-CeCO 2 ₋ₓ para converter eficientemente metano rico em CO 2 em gás de síntese com altas taxas de conversão e quase 100% de seletividade.

A reforma a seco de metano (DRM) é um método bem estabelecido para converter dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄) em gás de síntese (gás de síntese), que é uma mistura valiosa de hidrogênio (H₂) e monóxido de carbono (CO). Esse processo é normalmente conduzido com uma relação de alimentação de CO₂ para CH₄ próxima de um. No entanto, espera-se que futuras fontes de metano, como o gás natural rico em dióxido de carbono, contenham níveis muito mais elevados de CO₂. Essas concentrações elevadas frequentemente exigem processos de separação dispendiosos para atingir o teor de metano desejado.

Em um estudo publicado na Nature Chemistry , uma equipe de pesquisa liderada pelos professores Guoxiong Wang, Jianping Xiao e Xinhe Bao, do Instituto de Física Química de Dalian, da Academia Chinesa de Ciências, apresentou um método inovador para a produção direta de gás de síntese. Esse processo, conhecido como reforma superseca de metano, opera com uma razão CO₂ para CH₄ igual ou superior a dois. Ele permite a conversão direta de gás natural rico em CO₂ por meio de eletrotermocatálise em tandem de alta temperatura, utilizando células de eletrólise de óxido sólido (SOECs).

Essas células de eletrólise operam em altas temperaturas, variando de 600 a 850 graus Celsius , e são capazes de converter dióxido de carbono e água em monóxido de carbono e hidrogênio. Suas vantagens incluem altas taxas de reação, alta eficiência energética e custos operacionais relativamente baixos. Como resultado, oferecem um potencial significativo para utilização de dióxido de carbono, produção de hidrogênio e armazenamento de energia renovável.

Reconhecendo a compatibilidade das temperaturas operacionais entre SOECs e DRM, os pesquisadores projetaram um processo que combina DRM, a reação de deslocamento reverso de água-gás e a eletrólise da água dentro do cátodo da célula de eletrólise.

Célula de eletrólise de óxido sólido permite a reforma superseca do metano. Crédito: DICP

Um sistema eletroquímico acoplado

Nesta configuração, a redução eletroquímica in situ do subproduto H₂O gera íons H₂ e O₂- . Esses íons O₂- então migram através do eletrólito e são oxidados eletroquimicamente a O₂ no ânodo sob um potencial aplicado. Esse processo impulsiona o equilíbrio RWGS, aprimorando a conversão de CO₂ e a seletividade de H₂ além das limitações termodinâmicas convencionais.

Além disso, pesquisadores dissolveram nanopartículas de Rh in situ em um suporte de CeO2 -x , criando sítios ativos interfaciais de alta densidade Ce3 + -VO2 -Rhδ + . Operando a uma razão CO2 / CH4 de 4, o sistema alcançou uma conversão de CH4 de 94,5% e de CO2 de 95,0%, com quase 100% de seletividade para CO e H2 . A redutibilidade aparente do metano atingiu o máximo teórico de 4,0.

Investigações posteriores revelaram que os sítios Rh δ+ são os principais responsáveis ​​pela dissociação de CH 4 , enquanto a interface Ce 3+ -VO -Rh δ+ — rica em vacâncias de oxigênio — promove a adsorção, ativação e a reação RWGS de CO 2 . Essa mesma interface também catalisou a redução eletroquímica de H 2 O , aumentando tanto a conversão de CO 2 quanto a seletividade de H 2 .

“Nosso estudo pode abrir um novo caminho para a utilização direta de gás natural rico em CO 2 e gases residuais industriais usando energia renovável”, disse o Prof. Wang.

Referência: “Reforma superseca de metano usando um sistema eletro-termocatalítico em tandem” por Houfu Lv, Xue Dong, Rongtan Li, Chaobin Zeng, Xiaomin Zhang, Yuefeng Song, Haolin Liu, Jiaqi Shao, Na Ta, Qiao Zhao, Qiang Fu, Jianping Xiao, Guoxiong Wang e Xinhe Bao, 21 de março de 2025, Nature Chemistry .DOI: 10.1038/s41557-025-01768-1

Matéria e créditos para: https://scitechdaily.com/the-breakthrough-tech-turning-co2-rich-gas-into-chemical-gold/