Conversão Eficiente de CO₂ em Ácido Fórmico com Cu e Ni: Potencial para Aplicações em Biocombustíveis

Resumo

A sociedade mundial enfrenta diariamente os efeitos do aquecimento global. Em contrapartida, cientistas ao redor do mundo buscam alternativas para reduzir os efeitos dos gases causadores do efeito estufa. O CO2 (dióxido de carbono), um dos principais responsáveis pelo efeito estufa, pode ser convertido cataliticamente em novos combustíveis, oferecendo uma alternativa viável e ecológica aos combustíveis fósseis tradicionais. Este trabalho teve como objetivo avaliar a reação de hidrogenação de um dos produtos de captura do CO2, o bicarbonato de sódio, visando a produção de ácido fórmico, um intermediário crucial na síntese de biocombustíveis de grande importância, como metanol e etanol. O metanol pode ser sintetizado a partir do ácido fórmico através de reações de hidrogenação subsequentes. Já o etanol pode ser produzido por rotas químicas alternativas que utilizam ácido fórmico como uma fonte de carbono, por exemplo, através de reações de acoplamento. Quatro catalisadores sintetizados via coprecipitação foram avaliados: Ni/SiO2, Ni-Zn/SiO2, Cu/SiO2, e Co/SiO2. Os catalisadores foram caracterizados quanto à estabilidade térmica por análise termogravimétrica, cristalinidade por difratometria de Raios-X, e características texturais por fisissorção de nitrogênio, que permitiu estimar suas áreas superficiais, diâmetro e volume de poros. Os experimentos foram conduzidos em um reator de alta pressão, operando a 230°C e 80 bar. Todos os catalisadores demonstraram elevada seletividade (~100%) na produção de ácido fórmico. Os catalisadores baseados em cobre e níquel mostraram maior atividade, atingindo conversões de bicarbonato de sódio de 91% e 97%, respectivamente. Estes metais são bem descritos na literatura em reações de hidrogenação, mas raramente foram estudados na reação específica abordada neste trabalho. O catalisador baseado em cobalto, por outro lado, apresentou uma eficiência insatisfatória, com conversão de apenas 35%. A dopagem do melhor catalisador, Ni/SiO2, com zinco resultou em uma diminuição da eficiência reacional, alcançando uma conversão de 79%. Esse efeito foi atribuído à redução da quantidade de níquel ativo no catalisador e à deposição de zinco na superfície do níquel, o que impediu a ligação eficaz do bicarbonato ao sítio ativo. Portanto, entre os catalisadores sintetizados, os baseados em cobre e níquel apresentaram atividades promissoras, com rendimentos de hidrogenação do bicarbonato de sódio para ácido fórmico de 91% e 97%, respectivamente. Esses resultados destacam o potencial desses catalisadores na cadeia de produção de biocombustíveis, representando um avanço significativo na mitigação dos efeitos do aquecimento global.