Pesquisadores em EPFL desenvolveram um modelo que demonstra como um novo materials de membrana à base de grafeno tem o potencial de reduzir o consumo de energia e as despesas associadas à captura de CO2 provenientes de geração de energia e instalações industriais. Este estudo é publicado em Sustentabilidade da Natureza.
A captura de carbono está a tornar-se cada vez mais very important para as indústrias que continuam a depender de combustíveis fósseis, como os setores do cimento e do aço. Usinas de gás pure, instalações de carvão e fábricas de cimento emitem quantidades significativas de CO2e a mitigação destas emissões revela-se um desafio sem sistemas de captura especializados. Atualmente, a maioria das plantas utiliza sistemas à base de solventes que absorvem CO2; no entanto, estes sistemas exigem calor substancial, necessitam de infra-estruturas extensas e podem incorrer em custos operacionais elevados.
Uma alternativa menor e movida a eletricidade é chamada na indústria de sistema de “membrana”. Esta membrana funciona de forma semelhante a um filtro ultrafino, permitindo que certos gases passem mais facilmente do que outros, isolando assim o CO2 dos restantes gases de combustão. O desafio reside no fato de que muitas membranas experimentam um declínio na eficiência quando o CO2 as concentrações são baixas, situação frequentemente encontrada em usinas de gás pure, o que restringe sua aplicabilidade.
O recente estudo conduzido na EPFL examinou a escalabilidade potencial de um novo materials de membrana conhecido como grafeno piridínico. Este materials consiste em uma folha de grafeno de camada única com poros minúsculos que permitem preferencialmente CO2 passar em comparação com outros gases. Os pesquisadores integraram dados de desempenho experimental com ferramentas de modelagem que reproduzem as condições operacionais reais, incluindo consumo de energia e fluxo de gás. Eles investigaram vários cenários de custos para avaliar o desempenho do materials quando implementado em instalações comerciais.
A pesquisa foi conduzida sob a liderança de Marina Micari e Kumar Varoon Agrawal, que ocupam a Cátedra Gaznat em Separações Avançadas na EPFL. O estudo expande o trabalho anterior do grupo na criação de membranas de grafeno escaláveis.
À medida que expandimos a tecnologia, é importante compreender as implicações na redução do uso de energia e no custo da captura de carbono no diversificado sector da captura de carbono. Este trabalho aborda isso.
Kumar Varoon Agrawal, Separações Avançadas, EPFL
A modelagem mostra onde a membrana tem melhor desempenho
A equipe conduziu testes em várias membranas à base de grafeno, incluindo a membrana piridínica-grafeno, em várias configurações de fábrica para avaliar seu desempenho em condições do mundo actual.
Para usinas de gás pure, um processo de três etapas que começa com o enriquecimento do CO2 O fluxo demonstrou custos promissores, aproximadamente 80-100 dólares por tonelada, com casos ideais atingindo valores tão baixos quanto 60-80 dólares. Isto é significativo porque as membranas normalmente enfrentam desafios com esse gás de combustão diluído.
Em usinas termelétricas a carvão, onde o CO2 as concentrações são elevadas, o excelente CO da membrana2/N2 a seletividade reduz o consumo de energia e reduz os custos para a faixa de 25 a 50 dólares por tonelada. As instalações de fabricação de cimento apresentam níveis mais elevados de oxigênio nos gases de combustão, complicando a seletividade; no entanto, a membrana ainda atinge faixas de custos comparáveis e mantém a estabilidade nos vários cenários avaliados. Em todos os três setores, a alta permeabilidade da membrana minimiza a área superficial necessária, contribuindo assim para uma pegada reduzida para um sistema de captura completo.
A pesquisa indica que o grafeno piridínico pode fornecer uma alternativa compacta e potencialmente econômica aos métodos de captura à base de solvente, uma vez ampliado. Também destaca áreas para potencial melhoria, particularmente no que diz respeito à sua capacidade de diferenciar CO2 do oxigênio no gás de combustão do cimento.
Referência do periódico:
Micari, M., e outros. (2025) CO eficiente em termos energéticos e de custos2 captura de emissões diluídas por membranas de grafeno piridínico. Sustentabilidade da Natureza. DOI:10.1038/s41893-025-01696-5. https://www.nature.com/articles/s41893-025-01696-5