Ciência brasileira: Amônia é produzida por energia solar

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Pesquisadores brasileiros converteram nitrogênio em amônia usando um material semicondutor ativado por luz solar.
[Imagem: CDMF]

Amônia com menos energia e menor impacto

Pesquisadores brasileiros, ligados ao CDMF (Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais) desenvolveram uma metodologia mais econômica e ambientalmente amigável para produzir amônia, uma substância largamente empregada como fertilizante agrícola e em diversos processos da indústria química.

Há mais de um século, a amônia (NH3) tem sido obtida por meio de um processo conhecido como síntese de Haber-Bosch, que consiste em combinar o nitrogênio do ar atmosférico com hidrogênio em uma condição de alta pressão e de temperatura moderadamente alta.

Em busca de um método alternativo de menor impacto energético e ambiental, a pesquisadora Juliana de Brito usou um composto de seleneto de antimônio dopado com nanopartículas de platina (Sb2Se3-Pt). Sintetizado pela própria equipe, esse é um material semicondutor que, sob a ação da luz solar, é capaz de converter uma molécula em outra.

Neste caso, o semicondutor funcionou como um catalisador, que promoveu a conversão do nitrogênio (N2) em amônia.

Para desenvolver o semicondutor, foi usada como suporte uma folha de trama de carbono, sobre a qual foi depositado o Sb2Se3. A deposição foi feita por redução eletroquímica, e um tratamento térmico posterior finalizou o processo.

"Depois disso, decoramos essa superfície com pequenas partículas de platina por fotoeletrodeposição. O material resultante foi então colocado em uma célula eletroquímica, onde foi empregado um pequeno potencial sob iluminação [técnica conhecida como fotoeletrocatálise]. Esse processo faz com que uma molécula de nitrogênio seja reduzida a duas moléculas de amônia," explicou Juliana, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Amônia solar

A tecnologia se destaca por ser um dos poucos métodos desenvolvidos em todo o mundo empregando a técnica de fotoeletrocatálise, e o único empregando o Sb2Se3 como semicondutor.

Em termos gerais, os experimentos indicam que é possível, em um futuro não muito distante, substituir o atual processo de produção de amônia por algo mais econômico e que não cause tanto impacto ao meio ambiente - todo o processo pode ser alimentado por energia solar, por exemplo.

A pesquisa segue em andamento, e a equipe já está estudando outros materiais com potencial de serem empregados na conversão de nitrogênio em amônia, em um processo com maior eficiência.

Bibliografia:

Artigo: Ammonia production from nitrogen under simulated solar irradiation, low overpotential, and mild conditions
Autores: Juliana Ferreira de Brito, Magno Barcelos Costa, Krishnan Rajeshwar, Lucia Helena Mascaro
Revista: Electrochimica Acta
Vol.: 421, 140475
DOI: 10.1016/j.electacta.2022.140475

 

Por que o CO2 atmosférico não caiu durante a pandemia?

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

As reduções na atividade humana induzidas pela pandemia levaram à redução das emissões - mas não do estoque de gás carbônico na atmosfera.
[Imagem: Joshua L. Laughner et al. - 10.1073/pnas.2109481118]

Ilustração da base conceitual para este estudo. As reduções na atividade humana induzidas pelo COVID-19 levaram à redução das emissões antropogênicas. O fato de essas reduções terem ocorrido ao longo de meses em vez de décadas nos permite observar como a atmosfera, a terra e o oceano provavelmente responderão em um cenário futuro com controles de emissões mais rígidos. Essa análise ajuda a identificar caminhos eficazes para mitigar a poluição do ar e as emissões de GEE relevantes para o clima. Crédito da imagem: Chuck Carter (Keck Institute for Space Studies, Pasadena, CA).

Enigma climático

Um amplo levantamento dos efeitos da pandemia sobre a atmosfera, usando satélites de monitoramento de várias agências espaciais, chegou a um dilema.

A pandemia e as limitações impostas a viagens e outros setores econômicos reduziram drasticamente a poluição do ar e as emissões de gases de efeito estufa em apenas algumas semanas.

No entanto, enquanto as emissões de dióxido de carbono (CO2) caíram 5,4% em 2020 em comparação com o ano anterior, a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera continuou a crescer aproximadamente à mesma taxa dos anos anteriores.

Em outras palavras, embora a queda nas emissões tenha sido significativa, o crescimento das concentrações atmosféricas de CO2 permaneceu dentro da faixa histórica de variação ano a ano causada por processos naturais. Além disso, o oceano não absorveu tanto dióxido de carbono da atmosfera como nos últimos anos, provavelmente devido à pressão reduzida de dióxido de carbono no ar na superfície do oceano.

"Durante perturbações socioeconômicas anteriores, como a escassez de petróleo em 1973, você pode ver imediatamente uma mudança na taxa de crescimento de CO2," diz David Schimel, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. "Todos nós esperávamos vê-la desta vez também."

Apesar das reduções substanciais nas emissões antropogênicas de CO2 no início de 2020, a taxa de crescimento anual de CO2 atmosférico não diminuiu.

[Imagem: Joshua L. Laughner et al. - 10.1073/pnas.2109481118]

Defesa contra o metano

O estudo também examinou os níveis de óxido de nitrogênio atmosférico (NOx). Na presença da luz solar, os óxidos de nitrogênio podem reagir com outros compostos atmosféricos para criar ozônio, um gás que é perigoso para a saúde humana, animal e vegetal.

Embora os dados mostrem que as quedas nos níveis de óxidos de nitrogênio relacionadas à queda nas atividades durante pandemia levaram a uma redução do ozônio na maior parte do mundo, o efeito da limitação de NOx na atmosfera foi menos positivo do que se esperava.

Os óxidos de nitrogênio reagem para formar uma molécula de vida curta chamada radical hidroxila, que desempenha um papel importante na quebra de gases de vida longa na atmosfera. Assim, ao reduzir as emissões de NOx - por mais benéfico que isso tenha sido na limpeza da poluição do ar - a pandemia também limitou a capacidade da atmosfera de se purificar de outro importante gás de efeito estufa: O metano.

Assim como aconteceu com o dióxido de carbono, a queda nas emissões não diminuiu a concentração de metano na atmosfera. Em vez disso, o metano cresceu 0,3% mais rápido no ano passado do que nos quatro anos anteriores - uma taxa mais rápida do que em qualquer outro momento da última década. Com menos NOx, havia menos radicais hidroxila para remover o metano.

Os cientistas ainda não têm explicações para esses efeitos inesperados e opostos ao que se esperava, mas afirmam que, ante os dados, não é possível mais dar tanta importância à redução nas atividades econômicas como estratégia para reduzir o aquecimento global.

"Isso sugere que a redução da atividade nesses setores industriais e residenciais não é viável no curto prazo" como forma de reduzir as emissões, concluiu a equipe.

Bibliografia:

Artigo: Societal shifts due to COVID-19 reveal large-scale complexities and feedbacks between atmospheric chemistry and climate change
Autores: Joshua L. Laughner, Jessica L. Neu, David Schimel, Paul O. Wennberg, Kelley Barsanti, Kevin W. Bowman, Abhishek Chatterjee, Bart E. Croes, Helen L. Fitzmaurice, Daven K. Henze, Jinsol Kim, Eric A. Kort, Zhu Liu, Kazuyuki Miyazaki, Alexander J. Turner, Susan Anenberg, Jeremy Avise, Hansen Cao, David Crisp, Joost de Gouw, Annmarie Eldering, John C. Fyfe, Daniel L. Goldberg, Kevin R. Gurney, Sina Hasheminassab, Francesca Hopkins, Cesunica E. Ivey, Dylan B. A. Jones, Junjie Liu, Nicole S. Lovenduski, Randall V. Martin, Galen A. McKinley, Lesley Ott, Benjamin Poulter, Muye Ru, Stanley P. Sander, Neil Swart, Yuk L. Yung, Zhao-Cheng Zeng
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 118 (46) e2109481118
DOI: 10.1073/pnas.2109481118

 

Suíça inaugura maior bateria de água do mundo

Fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

A represa do lago superior foi elevada em 20 metros para aumentar a capacidade da bateria.

[Imagem: Nant de Drance/Sébastien Moret]

Hidreletricidade bombeável

Está pronta para começar a operar em escala comercial a maior bateria de água do mundo. O teste definitivo foi feito neste final de semana.

Localizada em Valis, na Suíça, a bateria lembra as represas das usinas hidrelétricas, mas não interrompe qualquer curso d'água.

Na verdade, são dois lagos - Emosson e Velho Emosson - localizados em altitudes diferentes. Entre os dois foi escavado um túnel que permite que a água flua entre os dois e onde ficam localizados os geradores.

Quando há excesso de produção de energia, sobretudo de fontes renováveis, como eólica e solar, o excedente de energia é usado para bombear água do lago inferior para o lago superior.

Quando a energia é necessária, basta liberar a água do lago superior, que descerá para o lago inferior, mas antes passando por turbinas iguais às das hidrelétricas, produzindo eletricidade.

Segundo a empresa Nant de Drance, que gastou US$ 2 bilhões e 14 anos para construir o reservatório de energia, a bateria de água pode armazenar 20 kWh, o equivalente a 400.000 baterias de íons de lítio usadas em carros elétricos.

São necessários menos de 5 minutos para a usina parar de bombear água em velocidade máxima e começar a girar as turbinas também a plena capacidade; e menos de 10 minutos para mudar do modo turbina para o modo bomba.

As seis turbinas podem gerar até 900 MW de eletricidade, sendo que o lago superior, o Velho Emosson, pode fazer as turbinas girarem por 20 horas antes de esvaziar.

O tempo de construção foi longo porque exigiu a escavação de túneis na descendente, através das montanhas dos Alpes. 

[Imagem: Nant de Drance]

Baterias ecológicas

Embora sejam pouco conhecidas, as baterias de água são usadas há séculos, inclusive na Suíça.

Mas só mais recentemente, com a ampliação do uso da energia solar e energia eólica, o conceito passou a se tornar interessante para exploração em larga escala, devido à intermitência dessas fontes renováveis de energia.

Nessa linha, as hidrelétricas de bombeamento figuram entre as alternativas mais promissoras, ao lado das baterias de fluxo, que armazenam a eletricidade em compostos químicos.

Recentemente, a China anunciou projetos para alcançar 270 GW de armazenamento em hidroenergia bombeável até 2025.