Transformar resíduos alimentares em captadores de carbono

Para estabilizar o aquecimento global em menos de 1,5 °C a longo prazo, é necessária não só uma redução drástica das emissões de gases com efeito de estufa, mas também tecnologias para remover e armazenar centenas de milhares de milhões de toneladas de dióxido de carbono (CO₂) da atmosfera. Esta é também a base subjacente aos cenários apresentados no mais recente Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas (IPCC). 

Há anos que grupos de investigação e startups têm, por isso, vindo a trabalhar em formas de remover CO₂ diretamente do ar – um processo conhecido como «captura direta do ar». A empresa Climeworks, fundada em 2009 como uma spin-off da ETH, é um dos primeiros fornecedores comerciais de DAC do mundo. Até hoje, no entanto, a remoção direta de CO₂ do ar continua a ser um processo dispendioso e que consome muita energia. 

Esferas de proteína porosas ligam o dióxido de carbono 

Num estudo recentemente publicado na revista PNAS, os investigadores apresentam uma nova abordagem promissora para a DAC. Um grupo liderado pelo cientista de materiais Raffaele Mezzenga, professor no Departamento de Ciências da Saúde e Tecnologia da ETH Zurich, utiliza soro de leite e subprodutos da produção de tofu para a absorção de CO₂. 

A produção de laticínios e de tofu gera grandes quantidades de soluções contendo proteínas, das quais apenas uma pequena parte é reprocessada na produção alimentar – o restante vai para o lixo. A partir desses resíduos, os investigadores isolam proteínas que utilizam para formar cadeias longas e filiformes conhecidas como fibrilas amilóides. Em seguida, carregam estas fibrilas com hidróxido de potássio e transformam-nas em esferas com um diâmetro entre meio e um centímetro. «O material resultante é como uma esponja que pode absorver grandes quantidades de CO₂ através do hidróxido de potássio», explica Mezzenga.

Quando as esferas porosas são expostas ao ar ambiente, o hidróxido de potássio reage com_{o CO₂} para formar hidrogenocarbonato, um sal do ácido carbónico. Este processo remove o CO₂ do ar. «Nos nossos testes com ar ambiente, conseguimos extrair 97 miligramas de CO₂ com um grama de material», explica Zhou Dong, um pós-doutorado do grupo de Mezzenga e autor principal do estudo. Esta é uma taxa muito elevada, afirma ele, e 10 a 50 por cento superior à capacidade dos métodos DAC convencionais. Dong pressupõe que, com um quilograma de esferas de proteína, seria teoricamente possível ligar e isolar 100 gramas de CO₂ por ciclo do processo.  

Técnica para uma economia circular 

Os métodos DAC convencionais utilizam geralmente calor e pressão negativa para libertar novamente o dióxido de carbono do material de absorção. Isto é necessário para, posteriormente, armazenar o CO₂ ou convertê-lo noutros materiais, removendo-o assim da atmosfera a longo prazo. No entanto, este processo requer uma grande quantidade de energia, razão pela qual a DAC geralmente só faz sentido hoje em dia — tanto em termos energéticos como económicos — onde estão disponíveis grandes quantidades de energia renovável. 

Esta é outra área em que os investigadores da equipa de Mezzenga estão a adotar uma abordagem diferente: para libertar novamente o dióxido de carbono das esferas de proteína, estas são pulverizadas alternadamente com um ácido suave e uma base durante cerca de 10 minutos à temperatura ambiente. Isto quebra as ligações químicas, permitindo que o CO₂ seja isolado.  

O ácido, a base e as esferas podem então ser reutilizados. «Os materiais sintéticos que são usados hoje para capturar CO₂ decompõem-se rapidamente», diz Dong. «Em contrapartida, as nossas esferas de proteína permanecem estáveis durante muito tempo.» No laboratório, os investigadores testaram 30 ciclos de adsorção e libertação de CO₂ sem observar perdas significativas de eficiência. 

Mezzenga parte do princípio de que o material teria, no entanto, de ser substituído após alguns milhares de ciclos devido a uma diminuição da capacidade de adsorção. No entanto, as esferas de proteína poderiam então ser utilizadas como fertilizante na agricultura ou convertidas em biocombustível, explica o investigador. As esferas são compostas inteiramente por material orgânico, diz ele, e são facilmente degradáveis – o que significa que o sistema poderia, portanto, tornar-se parte de uma economia circular.

«Os materiais que utilizamos para este processo são não tóxicos e de qualidade alimentar», salienta Mezzenga. Numa análise do ciclo de vida, os investigadores demonstram que o seu método gera menos poluição ambiental ao longo de todo o ciclo de vida do que outros métodos de DAC.  

Prevê-se que seja mais barato do que outros métodos de captura 

São necessários mais testes para revelar se a tecnologia é escalável para uso prático e se a elevada capacidade de absorção de CO₂ se manterá intacta em maior escala. Para o estudo recentemente publicado, os investigadores testaram o método num ambiente laboratorial controlado com alguns gramas de esferas de proteína, ligando e isolando cerca de 50 gramas de CO₂.  

Mezzenga está otimista. Trabalha com fibrilas amilóides há quase 20 anos e conhece bem o material. No passado, utilizou-o para desenvolver alternativas biodegradáveis aos plásticos, bem como técnicas para a purificação da água. «Estamos confiantes de que a tecnologia é escalável», afirma. Segundo Mezzenga, o sistema de pulverização utilizado para separar o CO₂ das esferas de proteína está orientado para técnicas existentes que já são utilizadas na indústria. O pós-doutorado Zhou Dong irá agora aprofundar a questão da escalabilidade.  

Embora os investigadores ainda não tenham feito um cálculo exato dos custos por tonelada de CO₂ capturada, Mezzenga espera que estes sejam significativamente mais baixos do que com a DAC convencional. «A nossa tecnologia é mais barata e mais sustentável porque requer pouca energia e baseia-se num produto residual amplamente disponível», afirma. «Isso poderá ser um ponto de viragem para o futuro da remoção de CO₂ do ar.»