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O aumento do consumo de combustíveis fósseis aliado à emissão de gases de efeito estufa tem levado a uma crise energética e ao aquecimento global. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC - https://www.ipcc.ch/) já alertou que são necessárias ações urgentes para uma transição energética visando a mitigação das alterações climáticas. Para intensificar uma ação climática global, o Parlamento Europeu aprovou recentemente a Lei Europeia do Clima (Regulamento (UE) 2018/1999) que estabelece uma meta juridicamente vinculativa de zero emissões líquidas de gases de efeito estufa até 2050 para os países da UE. O projeto CO2-to-CH4 está alinhado com essa política, contribuindo para fechar o ciclo de carbono antropogénico, pela conversão de CO2, o principal poluente do ar, em metano (CH4) renovável, por meio de uma tecnologia inovadora ambientalmente correta baseada em membranas foto-termocatalíticas movida a luz solar (Figura 1). Este projeto pretende demonstrar a viabilidade da tecnologia, abrangendo desde princípios básicos até a prova de conceito experimental, que corresponde a um nível de prontidão de tecnologia (TRL) de 3. A nova tecnologia pretende ser verde, robusta, versátil, escalável, e potencialmente capaz de promover rendimentos de metanação próximos de 100%.
Para cumprir o objetivo geral do projeto, quatro objetivos parciais serão abordados: (i) desenvolvimento de novos foto-termocatalisadores hierarquicamente estruturados baseados em nanopartículas metálicas plasmónicas, apresentando alta seletividade, atividade e resposta à luz UV-Vis IR; (ii) desenvolvimento de um sistema disruptivo de fluxo contínuo composto por um fotoreator de membrana tubular acoplado a um coletor solar concentrador, apresentando baixas limitações de transferência de massa e elevada capacidade para aproveitar todo o espectro solar (desde a radiação UV à IR); (iii) desenvolvimento de membranas fotocatalíticas nano-reforçadas com elevada permeabilidade para os gases CO2  |
Resumo
O aumento do consumo de combustíveis fósseis aliado à emissão de gases de efeito estufa tem levado a uma crise energética e ao aquecimento global. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC - https://www.ipcc.ch/) já alertou que são necessárias ações urgentes para uma transição energética visando a mitigação das alterações climáticas. Para intensificar uma ação climática global, o Parlamento Europeu aprovou recentemente a Lei Europeia do Clima (Regulamento (UE) 2018/1999) que estabelece uma meta juridicamente vinculativa de zero emissões líquidas de gases de efeito estufa até 2050 para os países da UE. O projeto CO2-to-CH4 está alinhado com essa política, contribuindo para fechar o ciclo de carbono antropogénico, pela conversão de CO2, o principal poluente do ar, em metano (CH4) renovável, por meio de uma tecnologia inovadora ambientalmente correta baseada em membranas foto-termocatalíticas movida a luz solar (Figura 1). Este projeto pretende demonstrar a viabilidade da tecnologia, abrangendo desde princípios básicos até a prova de conceito experimental, que corresponde a um nível de prontidão de tecnologia (TRL) de 3. A nova tecnologia pretende ser verde, robusta, versátil, escalável, e potencialmente capaz de promover rendimentos de metanação próximos de 100%.
Para cumprir o objetivo geral do projeto, quatro objetivos parciais serão abordados: (i) desenvolvimento de novos foto-termocatalisadores hierarquicamente estruturados baseados em nanopartículas metálicas plasmónicas, apresentando alta seletividade, atividade e resposta à luz UV-Vis IR; (ii) desenvolvimento de um sistema disruptivo de fluxo contínuo composto por um fotoreator de membrana tubular acoplado a um coletor solar concentrador, apresentando baixas limitações de transferência de massa e elevada capacidade para aproveitar todo o espectro solar (desde a radiação UV à IR); (iii) desenvolvimento de membranas fotocatalíticas nano-reforçadas com elevada permeabilidade para os gases CO2 e hidrogénio (H2); e (iv) aplicação da tecnologia de membrana foto-termocatalítica movida a energia solar para a hidrogenação seletiva de CO2 em CH4, visando altas eficiências de conversão de energia solar em combustível sob condições amenas iniciais.
O projeto começará com a síntese, teste e caracterização de catalisadores fototérmicos (Tarefa 1), compostos por nanopartículas metálicas plasmónicas suportadas em semicondutores metálicos de banda larga e/ou materiais porosos com alta afinidade para CO2. A atividade fotocatalítica e a seletividade para CH4 serão otimizadas num fotoreator descontínuo em fase gasosa (Figura 2) sob luz solar simulada, em função da composição do catalisador e das condições de operação. Além disso, os materiais serão caracterizados em termos de propriedades morfológicas, estruturais e óticas. Simultaneamente, o fotoreator de membrana tubular de fluxo contínuo (Figura 3) também será desenvolvido (Tarefa 2). O reator compreenderá uma membrana de microfiltração inserida num tubo de vidro externo, colocados acima de um coletor solar para concentrar a luz em todo o comprimento/profundidade da zona anelar do reator. Finalmente, o catalisador será depositado na superfície externa da membrana, e o desempenho da tecnologia de membrana foto termocatalítica, aplicada à valorização de CO2 em CH4, será avaliado sob irradiação solar simulada e natural (Tarefa 3).
O projeto CO2-to-CH4 reunirá pesquisadores líderes da academia com competências complementares e um histórico consistente de resultados de alto nível. O PI tem experiência em sistemas foto-catalíticos e dispositivos de captação de energia solar; o co-PI, V. Vilar e F. Moreira desenvolveram ou estão a desenvolver reatores fotocatalíticos de ponta, incluindo de membrana, para tratamento de água/ar e valorização de recursos endógenos; A. Ferreira possui forte know-how em processos/materiais para captura de CO2; e L. Paulista é uma estudante de doutoramento da FCT dedicada à redução fotocatalítica de CO2 em produtos químicos de elevado valor. Adicionalmente, será contratado um bolseiro de investigação de pós-doutoramento e serão estabelecidas duas colaborações internacionais, com o Dr. Suresh Pillai, da Irlanda, e a Dra. Maja Đolic, da Sérvia, para apoiar a preparação e caracterização dos catalisadores fototérmicos (cartas de suporte em anexo).
Este projeto contará ainda com o apoio da EFACEC Engenharia e Sistemas S.A., como parte interessada industrial (carta de suporte em anexo). De realçar ainda que foi atribuído à PI um contrato de Investigador Júnior da FCT (CEECIND/01386/2017) para a execução de um plano de trabalhos com objetivos semelhantes aos do projeto CO2-to-CH4, que ao ser recomendado para financiamento proporcionaria uma parte do apoio financeiro necessário à sua realização. V. Vilar e F. Moreira também têm contratos FCT (Investigador Principal-CECIND/01317/2017 e Investigador Júnior- CEECIND/02196/2017, respetivamente) para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras. |