Tecnologia que faz remoção de carbono céu

Tecnologia de remoção de carbono pega cheque de Elon Musk. Milhões se dedicaram ao esforço da XPrize para remoção de carbono do céu.

Tradução: Equipe Agron. Fonte: IEEE Spectroum. Imagem principal: Depositphotos. Imagens do texto: IEEE Spectroum.

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Parece uma contradição. Se por um lado o aumento do CO2 pode gerar o terrível aquecimento global. Por outro o aumento do CO2 que é fertilizante das plantas transformou a terra. A Terra ficou 10% mais verde nos últimos 30 anos (veja a matéria publicada no Portal Agron).

Por outro lado, existe uma corrida mundial para reduzir a produção de CO2 que é produzido principalmente pelo carvão e o petróleo. As emissões registradas pelos cientistas vêm de qualquer coisa movida a combustíveis fósseis, incluindo carros movidos a gasolina, voos, aquecer e iluminar edifícios com energia a base de carvão, gás natural ou petróleo, bem como da indústria de energia.

Só para se ter um parâmetro de comparação mundial, as emissões chinesas são atualmente mais do que o dobro das americanas, mas, historicamente, os EUA emitiram mais do que qualquer outro país no mundo. Desde 1850, as ações humanas foram responsáveis por emitir 2,5 trilhões de toneladas de CO2 na atmosfera, conforme o estudo publicado pela Carbon Brief. Em primeiro lugar no ranking de poluição, os Estados Unidos seriam responsáveis por 20% do total de emissões. A China aparece em segundo lugar, como responsável por 11% do CO2 global histórico.

No entanto, em 2006, a China ultrapassou os Estados Unidos como o maior emissor mundial de dióxido de carbono (CO2) — gás do efeito estufa mais abundante na atmosfera.

Em 2019, o último ano antes da pandemia, as emissões destes gases pela China (27%) foram quase 2,5 vezes maiores do que as dos Estados Unidos (11%) e mais do que todos os países em desenvolvimento juntos, de acordo com uma análise do Grupo Rhodium.

Em termos equivalentes de CO2 — forma de medir todos os gases de efeito estufa como se fossem CO2 — o país asiático emitiu 14,1 bilhões de toneladas métricas em 2019, mais de um quarto das emissões totais do mundo.

Em contraste, os EUA foram responsáveis por 5,7 bilhões de toneladas, 11% do total das emissões mundiais, seguidos pela Índia (6,6%) e pela União Europeia (6,4%). E o Brasil que costuma ser tratado como vilão da poluição internacional é responsável por apenas 1,5% das emissões.

Lei a matéria abaixo sobre tecnologias usadas para mitigar e reduzir o CO2 na atmosfera. O que devemos fazer? Deixe sua opinião na área de comentários.

Estendendo-se pela costa norte de Omã e dos Emirados Árabes Unidos, erguem-se os vastos picos irregulares das montanhas Al Hajar. Os afloramentos escarpados são feitos principalmente de uma rocha chamada peridotito, que absorve o dióxido de carbono do ar e o transforma em minerais sólidos. As montanhas podem armazenar trilhões de toneladas de emissões de CO 2 produzidas pelo homem , mas o processo natural de mineralização de carbono funciona em um ritmo glacial.

A startup londrina 44.01 encontrou uma maneira de acelerá-la. Para este empreendimento, a 44.01 está se unindo a outra startup de Londres, a Mission Zero Technologies , que desenvolveu um método energeticamente eficiente para capturar CO 2 do ar. Chamado de Projeto Hajar , ele planeja extrair 1.000 toneladas de CO 2 /ano do ar em uma instalação de demonstração em Omã, injetando cerca de 3 a 4 toneladas/dia nas rochas de peridotito. A planta piloto com capacidade de 120 toneladas da Mission Zero entrará em operação no primeiro semestre de 2023.

Essa visão ambiciosa e clara tornou o Projeto Hajar um dos 15 vencedores de um prêmio de US$ 1 milhão anunciado pela competição XPrize Carbon Removal no final de abril. Financiado por Elon Musk, este XPrize tem a maior bolsa até agora, US$ 100 milhões, para métodos para extrair CO 2 do ar e bloqueá-lo . As 15 equipes, selecionadas entre mais de 1.100, tiveram que demonstrar uma abordagem viável juntamente com planos de expansão e estimativas de custo.

“Exigimos o desenvolvimento de um portfólio de soluções enquanto fazemos muitos chutes a gol.” —Gaurav Sant, UCLA

A remoção de carbono não deve ser confundida com a captura de carbono nas chaminés. Puxar CO 2 do ar, onde está presente em uma concentração muito baixa, é muito mais complexo e caro. No entanto, em um relatório de abril, o Painel Intergovernamental da ONU sobre Mudanças Climáticas diz que a remoção de carbono será “inevitável” para impedir que o planeta cruze o limite de aquecimento de 1,5°C, que interrompe a vida. O método de descarbonização está ganhando popularidade, com investidores de alto nível, incluindo Musk, Bill Gates e a Alphabet, empresa controladora do Google, despejando milhões em soluções promissoras. A Administração Biden também anunciou recentemente um programa de US$ 3,5 bilhões para remoção de carbono em larga escala.

As 15 abordagens premiadas incluem captura direta de ar (DAC) usando produtos químicos, transformando resíduos agrícolas em carvão e enterrando-o, cultivo de algas ou algas e ajuste do pH do oceano para aumentar sua capacidade natural de absorver CO 2 . O grande prêmio de US$ 50 milhões, a ser concedido em 2025, está disponível para qualquer equipe que possa provar que sua técnica funcionará em uma escala de pelo menos 1.000 toneladas/ano.

Essa imensa escala, assim como o que acontece com o CO 2 , decidirá se uma abordagem pode afetar as quase 36 bilhões de toneladas de emissões anuais de carbono do mundo, diz Gaurav Sant , diretor do Institute for Carbon Management da UCLA, que tem dois entradas na competição (SeaChange e BeyonDAC), nenhum dos quais estava entre os 15 premiados. Qualquer abordagem significativa precisa converter o gás em algo estável e não apenas enterrá-lo no solo de onde pode vazar.

“Os prêmios são importantes porque provocam otimismo”, diz Sant. “Exigimos o desenvolvimento de um portfólio de soluções enquanto fazemos muitos chutes a gol. Ao mesmo tempo, precisamos ser robustos e atenciosos, tanto sobre o desenvolvimento da tecnologia, mas também sobre o destino final do CO 2 ”.

Nem todos os 15 vencedores fazem o corte com esses dois critérios. Cinco projetos, por exemplo, contam com técnicas terrestres, como geração de energia baseada em biomassa, cultivo de algas, plantio de árvores ou correção do solo com carvão de resíduos, o que os limita, diz Christopher Jones , engenheiro químico e biomolecular que estuda a captura de carbono no Instituto de Tecnologia da Geórgia. Essas abordagens são de baixo custo e custam menos de US$ 100 por tonelada de CO 2 capturado , “mas não há muita mudança de terra que você poderia fazer para capturar uma quantidade significativa”, diz ele. “Precisamos capturar 10 gigatoneladas por ano para emissões negativas até 2060. A terra e a biomassa aproximam-se apenas de alguns gigatoneladas.”

Das técnicas conhecidas de remoção de carbono, duas são as mais promissoras, diz ele, citando um relatório recente da National Academies . Um é DAC e o outro é a mineralização de carbono. “Nada nos impede de escalá-los até a escala de 10 gigatoneladas por ano necessária, além de compromisso, coordenação e cooperação.”

“Pensamos que as duas coisas mais importantes para realmente fazer a diferença são custo e escala. Não é a eficiência do processo.”

—Raghubir Gupta, Sustaera

A captura direta de ar já decolou, com cerca de 20 projetos já em andamento em todo o mundo. A maioria depende de grandes ventiladores para sugar o CO 2 do ar usando materiais líquidos ou sólidos, que não são baratos, e então aquecem a mistura queimando gás natural para remover o CO 2 e regenerar o material adsorvente. A desvantagem do DAC é o alto uso e custo de energia de combustível fóssil.

Sustaera em Cary, Carolina do Norte, um dos seis vencedores de marcos que buscam o DAC, encontrou uma maneira de lidar com isso. O diretor de tecnologia Raghubir Gupta trabalhou por duas décadas na captura de carbono em usinas de energia e plantas industriais. “Uma grande coisa que temos e que muitos outros não têm é a experiência prática de ampliar a tecnologia para 1.000 toneladas/dia de captura de dióxido de carbono”, diz ele. “Com esse histórico, quando analisamos a remoção de CO 2 do ar, pensamos que as duas coisas mais importantes para realmente fazer a diferença são custo e escala. Não é a eficiência do processo.”

Sustaera usa carbonato de sódio barato para adsorver CO 2 . Ele reveste o material em um andaime cerâmico de alta superfície usado em conversores catalíticos. A alta área de superfície aumenta o acesso ao sorvente e aumenta significativamente a taxa de adsorção de CO 2 , diz Gupta.

A vantagem energética vem do uso de eletricidade em vez de calor para separar o CO 2 e regenerar o sorvente. Mais especificamente, Sustaera usa aquecimento Joule , no qual a passagem de uma corrente elétrica através de um condutor produz calor. Junto com o carbonato de sódio, o suporte cerâmico contém um material condutor como os nanotubos de carbono. A eletricidade, que pode ser renovável, aquece localmente o sorvente e desencadeia a liberação de CO 2 . Em escala real, o sistema da Sustaera deve ser capaz de capturar mais de 3.000 t/dia de CO 2 a menos de US$ 100/t. Por enquanto, diz Gupta, uma instalação de 1 tonelada/dia que está sendo construída no local de P&D da empresa em Research Triangle Park, Carolina do Norte, deve estar pronta até o final deste ano.

Enquanto a Sustaera se concentra em tornar o DAC barato , a promessa do Projeto Hajar está em casar o DAC com o armazenamento permanente de carbono via mineralização. Primeiro, o parceiro do projeto Mission Zero Technologies usa solventes para capturar CO 2 do ar soprado através de uma torre. Em seguida, uma célula eletroquímica separa o CO 2 ; o processo consome um terço da energia da separação térmica convencional. “Ele funciona totalmente com materiais e produtos químicos existentes e equipamentos de prateleira”, diz o cofundador da Mission Zero, Shiladitya Ghosh. Tanto a torre de resfriamento quanto as tecnologias de células eletroquímicas são onipresentes em todo o mundo, “portanto, os sistemas de fabricação estão estabelecidos e disponíveis”.

Em seguida, a inicialização 44.01 mistura o CO 2 com água e o injeta através de furos de engenharia nas rochas peridotíticas para formar minerais de carbonato. “Aceleramos a reação criando características físicas e químicas para catalizá-la, como equilíbrio de pressão, temperatura e alcalinidade no subsolo”, diz o cofundador da empresa, Karan Khimji.

Assim como seu parceiro, o 44.01 também utiliza equipamentos de prateleira do setor de óleo e gás. “Eu encontro beleza nisso”, diz Khimji. “Estamos redirecionando os mesmos recursos do setor de petróleo e gás para reverter o problema para o qual eles contribuíram.” A eletricidade renovável no local alimentará a remoção de carbono e a mineralização nas instalações de demonstração de Omã. Outra vantagem competitiva é a permanência. “O CO 2 é eliminado da existência, não permanece na forma gasosa no subsolo.”

A Carbin Minerals , com sede no Canadá, está analisando os resíduos da mina para bloquear o CO 2 . Rochas pulverizadas ricas em magnésio, ou rejeitos, de minas de níquel e diamante em todo o mundo já absorvem dezenas de milhares de toneladas de CO 2 por ano, transformando-o em carbonato de magnésio, diz o CTO e cofundador Peter Scheuermann. Ao agitá-los para aumentar a área de superfície e ajustar as condições físicas e químicas nas instalações de armazenamento de rejeitos, a empresa pode tornar esse processo natural cinco vezes mais rápido. Usar robôs do tamanho de carros para mover-se pela lama de rocha e aplicar um tratamento mineral que a equipe está desenvolvendo pode dobrar ainda mais. “Nosso objetivo é pegar carona nas instalações industriais existentes”, diz ele. “A tecnologia de manipulação é uma espécie de drop-in.”

À medida que a mineração de níquel aumenta para atender às necessidades de eletrificação de baterias, ele acrescenta, prevê-se que esses tipos de rejeitos de minas atinjam 1,4 gigatoneladas. “Se aplicado adequadamente, isso pode fornecer centenas de milhares a milhões de toneladas por ano de remoção de carbono”, diz ele, dando níquel negativo em carbono para baterias EV, um “soco duplo” na luta climática.

Não está claro para Jones, da Georgia Tech, se é melhor injetar CO 2 em rochas, como o Projeto Hajar está fazendo, ou usar rejeitos de minas como a Carbin Minerals está fazendo. O primeiro requer energia para captura e injeção, enquanto o segundo tem um custo ambiental. Há também questões científicas fundamentais sobre o quanto a taxa de mineralização de carbono pode ser acelerada, diz ele. E mesmo que existam tipos suficientes de rochas ao redor do mundo para reter bilhões de toneladas de CO 2 , não está claro quanto é acessível.

Para escala , nada poderia superar os oceanos como sumidouro de carbono, diz Sant, da UCLA. Três dos vencedores do marco XPrize têm plataformas de remoção de carbono baseadas no oceano. Mas a ressalva para o impacto em larga escala é estabilizar o CO 2 na água do oceano, não em uma formação geológica, diz ele. A maneira de fazer isso é aumentar a absorção natural de CO 2 do oceano .

Aqui, a Planetary Technologies da Nova Escócia, Canadá, pode ter a abordagem mais interessante. O aumento dos níveis de carbono está tornando os oceanos do mundo ácidos. A empresa purifica os resíduos da mina para fazer um antiácido suave para restaurar o pH da água do oceano, o que deve ajudá-la a extrair mais CO 2 do ar e reduzir os danos causados ​​pela acidificação. Ele diz que sua técnica de purificação de resíduos de minas também produz hidrogênio para energia e metais para baterias. Dessa forma, ele aborda várias questões diferentes ao mesmo tempo: remoção de carbono, produção de hidrogênio verde, limpeza de resíduos de minas e restauração oceânica.

O grande vencedor do XPrize Carbon Removal será anunciado no Dia da Terra de 2025. Mas é claro que não há uma solução vencedora, diz Jones. Todas as tecnologias de remoção de carbono têm méritos e deméritos e correm o risco de consequências não intencionais. “Mas temos que fazer alguma coisa”, diz ele. “Como não há uma resposta definitiva, isso nos permite arrastar os pés e não fazer nada. O problema é grande o suficiente para que você precise de uma dúzia de tecnologias diferentes para contribuir um pouco.”

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