Conversão de dióxido de carbono atmosférico em baterias

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Uma equipa interdisciplinar de cientistas criaram uma maneira de fazer com que veículos eléctricos que não sejam apenas carbono neutro, mas carbono negativo, capaz de realmente reduzir a quantidade de dióxido de carbono atmosférico enquanto operam.

Eles conseguiram-no fazer demonstrando como os eléctrodos de grafite utilizados nas baterias de li-on (Iões de Lítio) que alimentam os automóveis eléctricos podem ser substituídas por carbono retirado da atmosfera.

A receita para a conversão de gases de dióxido de carbono em baterias é descrita no documento intitulado de “Carbon Nanotubes Produced from Ambient Carbon Dioxide for Environmentally Sustainable Lithium-Ion and Sodium-Ion Battery Anodes” publicados na edição de 2 de março da revista ACS Central Science.

O emparelhamento incomum da conversão de dióxido de carbono e da tecnologia avançada da bateria é o resultado de uma colaboração entre o laboratório da Professora Assistente de Engenharia Mecânica Cary Pint da Vanderbilt University e o Professor de Química Stuart Licht da George Washington University.

A equipa adaptou um processo de energia solar que converte dióxido de carbono em carbono para que produza os nano-tubos de carbono e demonstrou que os nano-tubos podem ser incorporados em ambas as baterias de li-on, como aquelas utilizadas em veículos eléctricos e dispositivos electrónicos e baterias de íão-sódio de baixo custo em desenvolvimento para aplicações em larga escala, tais como a rede eléctrica.

O projecto baseia-se num processo solar térmico electroquímico (STEP) que pode criar nano-fibras de carbono do dióxido de carbono ambiente desenvolvido pelo grupo Licht e descrito na revista Nano Letters em agosto passado. O STEP utiliza energia solar para fornecer tanto a energia eléctrica e térmica necessária para quebrar o dióxido de carbono em carbono e oxigénio e para a produção de nano-tubos de carbono que são estáveis, flexíveis, condutora e mais forte do que aço.

Unindo forças com Pint, cujos interesses da pesquisa se concentraram na utilização de nano-materiais de carbono para aplicações em baterias, os dois laboratórios trabalharam juntos para demonstrar que os nano-tubos de carbono de múltiplas paredes produzidas pelo processo podem servir como o eléctrodo positivo em baterias tanto de li-on e ião-sódio.

Em baterias de li-on, os nano-tubos de substituir o ânodo de carbono utilizado em baterias comerciais. A equipa demonstrou que os nano-tubos de carbono deram um pequeno impulso para o desempenho, que foi amplificado quando a bateria foi carregada rapidamente. Em baterias de iões de sódio, os pesquisadores constataram que pequenos defeitos do carbono, que pode ser ajustado usando o STEP, podendo desbloquear o desempenho de armazenamento estável mais de 3,5 vezes superior das baterias de iões de sódio com eléctrodos de grafite. Mais importante ainda, as duas baterias de nano-tubos de carbono foram expostas a cerca de 2,5 meses contínuos de carga e de descarga e não mostraram nenhum sinal de fadiga.

Dependendo das especificações, fazer um dos dois eléctrodos de nano-tubos de carbono significa que até 40 por cento de uma bateria poderia ser feito de CO2 reciclado, estimou Pint. Isto não inclui a embalagem protectora exterior mas ele sugeriu que processos como STEP eventualmente poderiam produzir à embalagem também.

Os pesquisadores estimam que com um custo de bateria de 295 € por kWh (o custo médio das baterias de li-on relatado pelo departamento de energia em 2013), um quilo de dióxido de carbono tem um valor de cerca de 16 € como um material de bateria – seis vezes mais do que quando ele é convertido em metanol – um número que só aumenta quando passamos para grandes baterias como as utilizadas em veículos eléctricos quando comparado com pilhas menores utilizadas em electrónica. E ao contrário do metanol, combinar as baterias com células solares fornece energia renovável com zero emissões de efeito estufa, que é necessário para pôr fim ao actual ciclo de carbono que ameaça futura sustentabilidade global.

Licht propôs também que o processo de STEP poderia ser acoplado a um gerador eléctrico alimentado a gás natural. O gerador forneceria electricidade, calor e uma fonte concentrada de dióxido de carbono que iria aumentar o desempenho do processo STEP. Ao mesmo tempo, o oxigénio libertado no processo poderia ser canalizado para o gerador onde iria aumentar a eficiência de combustão do gerador para compensar para a quantidade de electricidade consumida pelo processo STEP. O resultado final poderá ser uma central de energia eléctrica de combustíveis fósseis com zero emissões de CO2 líquidas.

[PHYS.org]

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