Uma equipe de cientistas liderada pelo Dr. Kee Young Koo do Departamento de Pesquisa em Hidrogênio do Instituto Coreano de Pesquisa de Energia (presidido por Yi Chang-Keun, daqui em diante referido como KIER) criou um catalisador de classe mundial capaz de transformar o dióxido de carbono, um importante gás de efeito estufa, em um ingrediente essencial para a produção de combustíveis ecológicos.
A reação de deslocamento da água-gás reversa (RWGS) é um processo químico que converte dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO) e água (H2O) ao reagir com hidrogênio (H2) em um reator. O monóxido de carbono resultante pode ser combinado com hidrogênio para produzir gás de síntese, um bloco de construção fundamental usado na produção de combustíveis sintéticos, como e-combustíveis* e metanol. Devido à sua capacidade de reciclar CO2 em componentes de combustível utilizáveis, a reação RWGS é vista como um caminho promissor para o avanço da produção de energia sustentável.
Superando os Limites dos Catalisadores Convencionais
Tradicionalmente, a reação RWGS opera melhor em temperaturas acima de 800 °C. Catalisadores à base de níquel são frequentemente utilizados porque podem suportar esse calor, mas perdem desempenho ao longo do tempo à medida que as partículas se aglomeram, reduzindo a área de superfície e a eficiência. Operar em temperaturas mais baixas evita esse problema, mas também leva à formação de subprodutos indesejados, como metano, diminuindo a produção de monóxido de carbono.
Para tornar o processo mais eficiente e acessível, os pesquisadores têm buscado catalisadores que permaneçam altamente ativos em condições de baixa temperatura. A equipe do KIER conseguiu isso desenvolvendo um novo catalisador à base de cobre que apresenta resultados extraordinários com apenas 400 °C.
Um Avanço no Design de Catalisadores de Cobre
O novo catalisador misto de óxido de cobre-magnésio-ferro superou os catalisadores comerciais de cobre, produzindo monóxido de carbono 1,7 vezes mais rápido e com um rendimento 1,5 vezes maior a 400 °C.
Os catalisadores de cobre têm uma vantagem chave em relação ao níquel: eles podem produzir seletivamente apenas monóxido de carbono em temperaturas abaixo de 400 °C sem formar metano. No entanto, a estabilidade térmica do cobre normalmente se enfraquece próximo a essa temperatura, levando ao aglomerado de partículas e à perda de atividade.
Para resolver esse desafio, a equipe do Dr. Koo incorporou uma estrutura de hidróxido duplo em camadas (LDH) em seu design. Essa estrutura em camadas contém folhas metálicas finas com moléculas de água e ânions entre elas. Ajustando a proporção e o tipo de íons metálicos, os pesquisadores ajustaram as características físicas e químicas do catalisador. A adição de ferro e magnésio ajudou a preencher os espaços entre as partículas de cobre, prevenindo efetivamente o aglomerado e melhorando a resistência ao calor.
Análises de infravermelho em tempo real e testes de reação revelaram por que o novo catalisador apresenta desempenho tão bom. Catalisadores convencionais de cobre convertem CO2 em monóxido de carbono por meio de compostos intermediários chamados formiatos. O novo material, no entanto, evita completamente esses intermediários, convertendo CO2 diretamente em CO em sua superfície. Como evita reações secundárias que produzem metano ou outros subprodutos, o catalisador mantém alta atividade mesmo a uma temperatura relativamente baixa de 400 °C.
Desempenho Recorde e Significância Global
Com 400 °C, o catalisador alcançou um rendimento de monóxido de carbono de 33,4% e uma taxa de formação de 223,7 micromoles por grama de catalisador por segundo (μmol·gcat⁻¹·s⁻¹), mantendo estabilidade por mais de 100 horas contínuas. Esses resultados representam uma taxa de formação 1,7 vezes mais alta e um rendimento 1,5 vezes maior do que os catalisadores de cobre padrão. Quando comparado a catalisadores à base de platina, que são caros, mas altamente ativos, o novo catalisador ainda superou com uma taxa de formação 2,2 vezes mais rápida e um rendimento 1,8 vezes maior. Isso o coloca entre os catalisadores de conversão de CO2 de melhor desempenho do mundo.
“A tecnologia do catalisador de hidrogenação de CO2 a baixa temperatura é uma conquista inovadora que permite a produção eficiente de monóxido de carbono usando metais abundantes e de baixo custo,” disse Dr. Kee Young Koo, o principal pesquisador do projeto. “Pode ser aplicada diretamente na produção de matérias-primas fundamentais para combustíveis sintéticos sustentáveis. A partir de agora, continuaremos nossa pesquisa para expandir sua aplicação em cenários industriais reais, contribuindo assim para a realização da neutralidade de carbono e a comercialização de tecnologias de produção de combustíveis sintéticos sustentáveis.”
Notas
* E-combustíveis são combustíveis sintéticos produzidos pela combinação de hidrogênio verde, gerado com eletricidade renovável, e CO2 capturado da atmosfera ou biomassa sustentável. Eles estão surgindo como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis convencionais, especialmente para setores de difícil descarbonização, como aviação e transporte marítimo.
Os resultados da pesquisa foram publicados online em maio de 2025 na Applied Catalysis B: Environmental and Energy, uma revista reconhecida na área de catálise para energia e meio ambiente. O estudo foi apoiado pelo projeto de P&D do KIER, ‘Desenvolvimento da tecnologia de produção de SAF (combustível de aviação sustentável) a partir de dióxido de carbono e hidrogênio.’
