Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Boon Siang Yeo, do Departamento de Química da National University of Singapore (NUS), desenvolveu uma nova abordagem para converter dióxido de carbono – um gás de efeito estufa – em hidrocarbonetos líquidos valiosos, principais componentes de combustíveis como gasolina e combustível de aviação.
O estudo foi realizado em colaboração com a professora Núria López, especialista em simulação computacional no Instituto de Pesquisa Química da Catalunha (Espanha), e com o professor Javier Pérez-Ramírez, do ETH Zurique (Suíça), que possui vasta experiência em síntese eletro e termocatalítica de combustíveis. A pesquisa foi publicada na revista Nature Catalysis.
Há anos, cientistas procuram métodos eficientes para reciclar o CO₂ em moléculas ricas em energia, visando reduzir emissões nocivas e criar combustíveis sustentáveis. A maioria dos esforços concentrava-se no uso de cobre como material catalítico, que converte o dióxido de carbono em produtos mais simples, como etileno ou etanol, mas com limitações na produção de cadeias longas e ramificadas de hidrocarbonetos, essenciais para a obtenção de combustíveis de alta qualidade.
A equipe seguiu um caminho inovador na produção de combustível verde utilizando um material à base de níquel para catalisar a redução eletroquímica do CO₂. Ao incorporar uma pequena quantidade de íons flúor na estrutura do níquel e aplicar eletrolise com potencial pulsado, os pesquisadores conseguiram ajustar com precisão o processo catalítico.
Essas estratégias possibilitaram um controle sem precedentes sobre os tipos de hidrocarbonetos produzidos, permitindo determinar se as moléculas se formarão em cadeia linear ou ramificada. Hidrocarbonetos ramificados têm grande valor, pois possibilitam uma queima mais eficiente e um desempenho superior, tornando-os ideais para uso em veículos e aeronaves.
Utilizando a técnica de eletrolise com potencial pulsado – na qual o viés elétrico é variado de forma cíclica – a equipe aumentou significativamente a proporção de hidrocarbonetos ramificados para os lineares, para moléculas com cinco ou mais átomos de carbono, alcançando uma melhoria superior a 400% em relação aos métodos tradicionais. Além disso, a dopagem com flúor no catalisador de níquel ajudou a manter seu estado de oxidação em condições redutoras, fator essencial para a formação de cadeias mais longas.
Um dos insights importantes do estudo foi compreender que os catalisadores à base de níquel e cobre se comportam de maneira distinta em nível molecular. Enquanto os catalisadores de níquel promovem a remoção de oxigênio dos intermediários da reação e favorecem o acoplamento assimétrico entre intermediários adsorvidos de monóxido de carbono (*CO) e espécies insaturadas, os catalisadores de cobre tendem a transformar esses intermediários em álcoois, interrompendo o crescimento das cadeias de hidrocarbonetos.
Essas propriedades distintas significam que os catalisadores de níquel favorecem a formação e a ligação dos blocos necessários para gerar hidrocarbonetos mais longos e complexos, resultando em produtos que se assemelham aos obtidos por métodos industriais tradicionais de alta temperatura, como a síntese Fischer-Tropsch.
De acordo com o professor Yeo, “este trabalho reúne expertises complementares em síntese de catalisadores, investigação mecanística e modelagem computacional, permitindo-nos descobrir novos mecanismos e estratégias para a conversão do CO₂ em hidrocarbonetos de cadeia longa. Essa pesquisa só foi possível graças à intensa colaboração entre experimentalistas e teóricos.” A professora López acrescentou que “nenhuma de nossas técnicas, isoladamente, seria capaz de identificar de forma inequívoca os passos mecanísticos-chave – foi a combinação dos resultados experimentais e computacionais que possibilitou essa descoberta.”
O impacto deste estudo vai além do avanço na compreensão dos mecanismos de eletroredução do CO₂. Ao desenvolver métodos para controlar com precisão a estrutura dos hidrocarbonetos produzidos a partir do dióxido de carbono por meio de eletricidade, a pesquisa abre novos caminhos para o desenvolvimento de combustíveis de aviação sustentáveis sob demanda e de precursores químicos, contribuindo decisivamente para a transição global rumo a tecnologias mais limpas.
