Pirólise do metano sintético: quando a eficiência não é tudo...

Pirólise do metano sintético, o processo de emissões negativas que pode contribuir para a descarbonização da indústria suíça (Foto: EMPA)

Se a Suíça quiser alcançar o objectivo ambicioso de emissões zero até 2050, também terá de contar com o chamado tecnologias de emissões negativas (NET), ou seja, os processos que capturam CO2 da atmosfera e o "capturam" a longo prazo, por exemplo, no solo e em materiais porosos como o concreto.

Como parte da nova iniciativa Minerando a Atmosfera, os investigadores da EMPA estão a estudar diferentes soluções para a captura e armazenamento do excesso de CO2 na atmosfera: uma delas centra-se na descarbonização do calor gerado durante os processos industriais e prevê produzir metano sintético a partir de fontes renováveis nas áreas mais quentes da Terra para transportá-lo para a Europa.

Embora o processo exija enormes quantidades de energia, explicam os cientistas, ele pode resultar em um balanço de emissões negativo, que é o objetivo central dos diversos estudos sobre o tema.

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A Suíça busca tecnologias de emissões negativas

Até 2050, a Suíça terá de elimine suas emissões de CO2: um projeto extremamente ambicioso, que passa pelo redução drástica de combustíveis fósseis e para a eliminação “mecânica” do dióxido de carbono, cuja emissão não pode ser evitada. Para liquidar o excesso de CO2, o último relatório também confirma isso Fundação para Avaliação de Escolhas Tecnológicas (TA-Suíça), será necessário eliminar o fóssil, mas também recorrer a tecnologias de emissões negativas (NET).

Estas tecnologias, em cujo desenvolvimento A Suíça desempenha um papel pioneiro, permita a absorver e armazenar CO2, mas apresentam custos consideráveis ​​e necessitam de melhorias na área. Entre as tecnologias NET mais promissoras para atingir a meta líquida zero estão o armazenamento de CO2 na forma de biomassa em florestas, a captura e armazenamento de CO2 da combustão de biomassa e envelhecimento acelerado do concreto (carbonatação).

I Costi são provavelmente o maior obstáculo neste momento: se a prioridade é reduzir as emissões a zero, estas novas tecnologias só podem ser alimentadas por energia proveniente de renováveis, ainda decididamente mais caro que o convencional.

Mas já existem projetos importantes na área, como oPlanta piloto Orca para captura e armazenamento geológico na Islândia (a maior instalação climática positiva do mundo) e no Projeto DemoUpCarma&Storage liderado pela ETH Zurich, que explorou dois caminhos possíveis: mineralização de CO2 em concreto e armazenamento em um reservatório geológico na Islândia.

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Uma solução para a descarbonização da indústria

Os edifícios, a mobilidade e a indústria são os maiores consumidores de energia na Suíça. Focando no setor industrial, percebe-se que processos de alta temperatura usado em metalurgia eindústria química, muitas vezes movido a gás natural, fazem com que o consumo global de energia do sector salte para aproximadamente 22 terawatts-hora por ano.

Assim, em 2022, oEMPA, o Tech Cluster Zug, o Cantão de Zug e vários outros parceiros criaram oAssociação para a Descarbonização da Indústria (AfDI), que visa desenvolver abordagens integradas para redução das emissões de CO2 em aplicações industriais que podem ser implementadas rapidamente. A atenção da Associação está voltada justamente para processos de alta temperatura e logística, setores em que o hidrogénio desempenhará um papel crucial.

Os investigadores da EMPA, neste contexto, pretendem contribuir para a descarbonização do calor em processos de alta temperatura: “Vamos interpretar a descarbonização literalmente", ele afirma Christian Bach, chefe do laboratório Automotive Powertrain Technologies da EMPA.

"Usamos um processo de pirólise para separar carbono do gás natural antes da combustão“, explica o cientista da EMPA.

O que resta é hidrogênio puro (que pode ser usado para operar processos em altas temperaturas) e carbono separado na forma de pó, que pode ser posteriormente processado para diversas aplicações na construção e na agricultura.

Uma planta de demonstração da tecnologia será construída em Zugo nos próximos dois anos: lHidrogênio gerado por pirólise substituirá o gás natural fóssil nos fornos de esmaltagem da V-ZUG.

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E-metano do deserto para atingir Net zero

Produzir um megawatt-hora de calor para a indústria a partir de gás natural, são necessários 1,2 MWh de energia primária e o CO2 emissões são iguais a 288 kg de CO2. Se o gás natural for previamente descarbonizado através de pirólise e apenas o hidrogénio resultante for utilizado para gerar calor a alta temperatura, as emissões de CO2 podem ser reduzido em 40 por cento, chegando a 178 kg.

E é até possível conseguir emissões negativas durante todo o processo, se for utilizado em vez de gás natural metano sintético, que é produzido pela extração de CO2 da atmosfera, que permanece disponível na forma de carbono sólido.

"Contudo, não é realista pensar que seremos capazes de cobrir oenorme necessidade de energia da nossa indústria através da produção nacional de hidrogénio renovável ou metano sintético“, diz Bach.

O olhar dos cientistas está, portanto, voltado para regiões desérticas do mundo, onde a radiação solar por metro quadrado é o dobro da Suíça.

Aqui surge outro tema: o produção de metano sintético no deserto, o seu transporte para a Europa e a posterior pirólise reduzem a eficiência global, pelo que é necessário examinar a balanços energéticos e gases com efeito de estufa ao longo de todo o ciclo de produção (incluindo a extracção de gás natural e o seu transporte).

O resultado é que, embora as emissões caiam drasticamente, o necessidade de energia primária cresce: se o gás natural for previamente descarbonizado através da pirólise (e apenas o hidrogénio resultante for utilizado para gerar calor a altas temperaturas), de facto, a produção de 1 MWh requer 2,6 MWh de energia primária, mais que dobrar em comparação com o processo fóssil.

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Metano sintético: mais energia, menos emissões

O uso de metano sintético renovável em vez do gás natural, reduz as emissões de CO2, que entram em território negativo, mas requer enormes quantidades de energia primária (assumindo que o CO2 necessário para produzir metano sintético é extraído diretamente da atmosfera com sistema de captura direta de ar). É por isso que plantas desse tipo só podem ser imaginadas em regiões desérticas, explica Bach.

Se considerarmos também as emissões devidas a construção de sistemas solares e eólicos, a utilização de metano sintético para gerar 1 MWh de calor a altas temperaturas envolve uma necessidade de energia primária de 3,5 MWh e emissões iguais a 126 kg de CO2.

Mas se o carbono vier separado novamente do hidrogênio através da pirólise, o balanço de emissões torna-se negativo: todo o processo, neste caso, produz -77kg de CO2. Por outro lado, como previsto, a necessidade energética é ainda maior: para cada MWh de calor de processo, são necessários 6,2 MWh.

"Naturalmente, a necessidade de energia primária é elevada, 2,5 a 3 vezes superior à da produção de hidrogénio mais eficiente na Suíça.“, admite Bach.

"Mas como nas regiões desérticas é possível gerar duas a 2,5 vezes mais eletricidade por metro quadrado de energia fotovoltaica em comparação com aqui, esta abordagem quase não requer mais área de superfície fotovoltaica".

O verdadeiro desafio são os custos: O cientista da EMPA está convencido de que se fosse possível começar comercializar carbono como matéria-prima para aplicações energéticas, todo o processo poderia tornar-se economicamente sustentável e até lucrativo.

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