Investigadores do MIT criaram um novo elétrodo que melhora os sistemas eletroquímicos de conversão de CO2 em materiais essenciais. Esta inovação, descrita na Nature Communications pelo estudante de doutoramento do MIT Simon Rufer, pelo Professor Kripa Varanasi e colaboradores, tem como objetivo tornar estes sistemas mais práticos para aplicações industriais.
Transformar CO2 em etileno e mais
O trabalho da equipa do MIT centra-se na conversão de CO2 em etileno, um produto químico versátil normalmente utilizado para produzir plásticos e combustíveis. Este processo tem potencial para gerar outros produtos químicos de elevado valor, incluindo metano, metanol e monóxido de carbono. Só o etileno é avaliado em cerca de 1000 dólares por tonelada, o que torna a sua produção economicamente atrativa.
O método da equipa envolve um processo eletroquímico à base de água, utilizando um catalisador num elétrodo de difusão de gás. Estes elétrodos têm de encontrar um equilíbrio entre duas propriedades: condutividade e hidrofobicidade (resistência à água).
Enquanto a condutividade melhora o fluxo de eletrões, o aumento da hidrofobicidade reduz a interferência da solução à base de água. No entanto, o equilíbrio destas propriedades é um desafio – o aumento de uma compromete frequentemente a outra.
Conceção inovadora utilizando PTFE com infusão de cobre
A solução do MIT incorpora o politetrafluoroetileno (PTFE), também conhecido como Teflon, pelas suas excelentes qualidades hidrofóbicas. Uma vez que o PTFE não tem condutividade, a equipa incorporou fios de cobre numa fina camada de PTFE para criar “autoestradas” para o movimento dos eletrões. Esta adição permite uma condutividade efetiva através do material sem sacrificar a sua natureza hidrofóbica, permitindo um processo de conversão mais eficiente.
Para provar a escalabilidade, a equipa criou uma folha dez vezes maior do que as amostras tradicionais de laboratório, realizando testes exaustivos para avaliar o desempenho e os requisitos energéticos. Os resultados demonstraram que a condutividade diminuía com o aumento do tamanho do elétrodo, sublinhando a necessidade de materiais condutores incorporados para aplicações à escala industrial.
Os investigadores também desenvolveram um modelo que prevê como a tensão e a distribuição do produto variam dentro de elétrodos maiores, permitindo-lhes determinar a colocação ideal de fios de cobre para reduzir a perda de condutividade. Ao incorporar o cobre no PTFE, dividiram o elétrodo em secções condutoras mais pequenas, o que mantém a eficiência mesmo em escalas maiores.
Para demonstrar a durabilidade, a equipa do MIT utilizou um elétrodo de teste durante 75 horas, observando uma degradação mínima do desempenho. Este design tem potencial para tornar os sistemas de conversão de CO2 viáveis para uso industrial.
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