Uma bola de gude líquida, com linhas indicando a trajetória de seu interior fluxo

CCS geralmente ocorre quando as emissões são capturadas na fonte , como de uma estação de energia movida a carvão, transportada para um local remoto e armazenada no subsolo.

Mas os críticos dizem que investir na captura e armazenamento de carbono (CCS) significa apostar em tecnologia que ainda não provou funcionar em grande escala. Na verdade, em termos tecnológicos, a concepção de materiais eficazes na captura de carbono, tanto sólidos como líquidos, tem sido historicamente uma tarefa desafiadora.

Então, poderia algum dia ser uma solução viável para as emissões de dióxido de carbono da indústria de combustíveis fósseis?

Emergentes pesquisa no exterior mostra que “bolas de gude líquidas” – minúsculas gotículas revestidas com nanopartículas – poderiam resolver os desafios atuais em materiais usados ​​para capturar carbono. E nossa pesquisa de modelagem, publicada ontem, nos traz um grande passo mais perto de tornar essa tecnologia futurista uma realidade .

Problemas com captura de carbono

No seu Roteiro de investimento em tecnologia, o governo de Morrison considera o CCS uma tecnologia prioritária de baixas emissões , e está investindo US$ 300 milhões ao longo de dez anos para desenvolvê-lo.

Mas a eficácia e a eficiência do CCS há muito tempo controverso devido aos altos custos operacionais e aos problemas de expansão para uma aplicação mais ampla.

Um problema constante, mais especificamente, é a eficácia dos materiais usados ​​para capturar o CO₂, como os absorventes. Um exemplo é chamado “depuração de aminas”, um método usado desde 1930 para separar, por exemplo, CO₂ a partir de gás natural e hidrogênio.

Os problemas da lavagem com amina incluem seus altos custos, problemas relacionados à corrosão e altas perdas em materiais e energia. Mármores líquidos podem superar alguns desses desafios.

Essa tecnologia pode ser quase invisível a olho nu, com algumas bolinhas de gude com menos de 1 milímetro de diâmetro. O líquido que contém – mais comumente água ou álcool – está na escala de microlitros (um microlitro equivale a um milésimo de mililitro).

As bolas de gude têm uma camada externa de nanopartículas que formam uma casca flexível e porosa, evitando que o líquido interno vaze. Graças a esta armadura, eles podem se comportar como sólidos flexíveis, extensíveis e macios, com núcleo líquido.

O que as bolinhas de gude têm a ver com CCS?<

As bolinhas de gude líquidas têm muitas habilidades únicas: elas podem flutuar, rolar suavemente e podem ser empilhadas umas sobre as outras .

Outras propriedades desejáveis ​​incluem resistência à contaminação, baixo atrito e manipulação flexível, tornando-as atraentes para aplicações como captura de gás, distribuição de medicamentos e até mesmo como biorreatores em miniatura.

No contexto da captura de CO₂, sua capacidade de interagir seletivamente com gases, líquidos e sólidos é crucial. Uma das principais vantagens do uso de mármores líquidos é seu tamanho e formato, porque milhares de partículas esféricas com apenas milímetros de tamanho podem ser instaladas diretamente em grandes reatores.

O gás do reator atinge as bolinhas de gude, onde se adere à camada externa da nanopartícula (em uma formaprocesso denominado “adsorção”). O gás então reage com o líquido interno, separando o CO₂ e capturando-o dentro do mármore. Mais tarde, podemos retirar esse CO₂ e armazená-lo no subsolo e depois reciclar o líquido para processamento futuro.

Esse processo pode ser uma maneira mais econômica e demorada de capturar CO₂ devido, por exemplo, ao líquido (e reciclagem potencialmente sólida), bem como a alta resistência mecânica, reatividade, taxas de sorção e estabilidade a longo prazo dos mármores.

Então, o que está nos impedindo?

Apesar do progresso recente, muitas propriedades dos mármores líquidos permanecem indefinidas. Além do mais, atualmente a única maneira de testar bolinhas de gude líquidas é por meio de experimentos físicos realizados em laboratório.

Os experimentos físicos têm suas limitações, como a dificuldade de medir a tensão superficial e a área superficial, que são indicadores importantes da reatividade e estabilidade do mármore.

Nesse contexto, nossa nova modelagem computacional pode melhorar nossa compreensão dessas propriedades e pode ajudar a superar o uso de procedimentos caros e demorados apenas para experimentos.

Outro desafio é desenvolver abordagens práticas, rigorosas e em grande escala para manipular matrizes de mármore líquido dentro do reator. Outras modelagens computacionais nas quais estamos trabalhando terão como objetivo analisar as mudanças tridimensionais nas formas e na dinâmica dos mármores líquidos, com melhor conveniência e precisão.

Isso abrirá novos horizontes para uma infinidade de aplicações de engenharia, incluindo a captura de CO₂.

Além da captura de carbono

A pesquisa sobre bolinhas de gude líquidas começou apenas como um tópico curioso há cerca de 20 anos e, desde então, pesquisas contínuas tornaram possível uma plataforma procurada com aplicações que vão além da captura de carbono.

Essa tecnologia de ponta pode não apenas mudar a forma como resolvemos os problemas climáticos, mas também os problemas ambientais e médicos.

Mármores líquidos magnéticos, por exemplo, demonstraram seu potencial em procedimentos biomédicos, como administração de medicamentos, devido à sua capacidade de serem abertos e fechados por meio de ímãs fora do corpo. Outras aplicações de mármores líquidos incluem detecção de gás, detecção de acidez e detecção de poluição.

Com mais modelagem e experimentos, o próximo passo lógico seria ampliar essa tecnologia para uso convencional.

A conversa, 8 de dezembro

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