Avanço torna subitamente fácil dividir e armazenar um gás

15 de julho de 2022

Ellen Phiddian é jornalista científica na Cosmos. Ela possui bacharelado (com honras) em química e comunicação científica e mestrado em comunicação científica, ambos pela Universidade Nacional Australiana.

Qualquer pessoa que já amarrou um balão sabe como é difícil armazenar gás. É preciso muito mais energia e esforço para fazer isso em grande escala, o que irrita seriamente muitas pessoas na indústria de energia. O advento do combustível hidrogénio e da captura de carbono só vai tornar este problema mais proeminente.

Ainda mais complicado é separar misturas de gases – como os vários gases à base de carbono emitidos pela mineração e refinação de combustíveis fósseis. Para separar e armazenar, a indústria normalmente depende do resfriamento dos gases até que se tornem líquidos, o que é um processo que consome muita energia e recursos.

Mas um avanço dos investigadores australianos poderá mudar esta situação. Seu método funciona em temperatura e pressão ambientes e requer apenas um pouco de nitreto de boro – e alguns rolamentos de esferas.

Até agora, os investigadores demonstraram que pode separar diferentes tipos de gases hidrocarbonetos, como o metano e o acetileno, que pode então armazenar de forma limpa e eficiente. Também poderia funcionar para o hidrogênio ou possivelmente para o dióxido de carbono.

A técnica utiliza um composto chamado nitreto de boro, que é composto (sem surpresa) de boro e nitrogênio. O pó de nitreto de boro é colocado em um moinho de bolas – um moedor rotativo – com o gás ou gases de interesse.

“Quando colocamos esses hidrocarbonetos no nitreto de boro pela primeira vez, o gás desapareceu completamente”, diz o Dr. Srikanth Mateti, pesquisador do Instituto de Materiais de Fronteira da Universidade Deakin.

O resultado foi tão incomum que Mateti e seus colegas tiveram que repeti-lo várias vezes antes de terem certeza de que não era um erro.

“Depois tentamos de novo 20, 30 vezes. Por que isso estava acontecendo? Foi o experimento ou um vazamento de gás, não foi bem vedado? Ajustamos todos os parâmetros e ainda assim ele se comportou da mesma forma.”

Os pesquisadores perceberam que o nitreto de boro poderia se ligar extremamente bem a alguns gases. Os gases aos quais se liga são classes de compostos chamados “olefinas” e “alcinos” – o acetileno, um combustível comum, é um tipo de alcino.

Eles foram capazes de descobrir uma razão química para isso.

“A configuração eletrônica do nitrogênio e a configuração de certas moléculas de gás – elas combinam”, diz Mateti.

A combinação de nitreto de boro e o moinho de bolas cria uma reação mecanoquímica que absorve gases olefinas e alcinos no pó. Mas ignora outros gases – como o metano.

Isto significa que uma mistura de metano e acetileno, que são quimicamente muito semelhantes, pode ser facilmente separada. Isso também significa que o acetileno pode ser transportado com segurança de um lugar para outro na forma de pó.

Quando o pó é aquecido no vácuo, ele libera o gás novamente.

O pó de nitreto de boro é reutilizável. Todo o processo é muito eficiente em termos energéticos, utilizando apenas cerca de 80 quilojoules por segundo para armazenar 1.000 litros de gás.

Embora os investigadores tenham demonstrado que isto funciona para o acetileno e o etileno, estão confiantes de que poderá ser adaptado para armazenar outros gases – como o hidrogénio ou o dióxido de carbono.

“Estamos trabalhando nisso”, diz Mateti.

Ele diz que o sistema também funcionaria para separar e remover impurezas de carbono do hidrogênio antes de usá-lo em células de combustível. “Se o hidrogênio não for puro, ele destruirá a célula a combustível. Então você precisa ter algum tipo de sistema de purificação. Você pode usar o nosso.

Os pesquisadores conseguiram separar facilmente alguns litros de gás em seu laboratório. Por utilizar um método industrial comum, deve ser um processo fácil de ampliar.

“Só precisamos otimizar alguns parâmetros – receitas culinárias”, diz Mateti. “Como o conteúdo dos gases e a quantidade de material necessária, a quantidade de moagem de bolas.”

Eles apresentaram um pedido provisório de patente para o processo e pretendem testá-lo em escala industrial.

Um artigo descrevendo sua descoberta foi publicado na Materials Today.