O dióxido de carbono (CO₂) é frequentemente protagonista de notícias preocupantes, pois é um dos gases responsáveis pelo aquecimento global, subproduto inevitável da queima de combustíveis fósseis e um dos fatores centrais das mudanças climáticas. Para pesquisadores do Grupo de Peneiras Moleculares, Micro e Mesoporosas do Instituto de Química (IQ) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), no entanto, essa mesma molécula representa uma oportunidade. A equipe desenvolveu uma tecnologia de hidrogenação catalítica do CO₂ capaz de converter o gás em metanol, metano e outros combustíveis sintéticos, a partir de um catalisador baseado em um mineral de sílica chamado magadiita.

A tecnologia, protegida com estratégia da Agência de Inovação Inova Unicamp, foi desenvolvida no âmbito de um projeto de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (PD&I) financiado pela ExxonMobil. O grupo da Unicamp foi o primeiro no Brasil a receber investimento da empresa por meio da Lei de Royalties no país – antes mesmo do início da exploração do pré-sal. A parceria durou cerca de cinco anos, com reuniões entre equipes brasileiras e norte-americanas, e resultou em pedido de patente em cotitularidade com a empresa.

Quando a água atrapalha

A hidrogenação catalítica do CO₂ é uma reação química em que dióxido de carbono e hidrogênio são combinados sob condições controladas de temperatura e pressão para produzir compostos de maior valor. O produto de interesse é o metanol, mas o processo também pode gerar subprodutos indesejados, como monóxido de carbono e metano, cujo controle é parte central do desafio científico. “O objetivo é ter um catalisador seletivo, que direcione a reação prioritariamente para o metanol”, explica Ricardo José Passini, aluno de pós-graduação do IQ da Unicamp e um dos inventores da tecnologia.

O principal obstáculo dos catalisadores convencionais é a água produzida como subproduto. Sua acumulação provoca um fenômeno chamado sinterização, ou seja, quando os átomos de cobre, que é um elemento ativo do catalisador, se aglomeram em grandes agregados, perdendo progressivamente a eficiência. A solução foi conferir ao suporte uma propriedade hidrofóbica, de repulsão à água, para expulsar a umidade gerada e preservar a integridade das espécies ativas.

Essa abordagem já havia sido testada com carbono e polímeros como suporte. Porém, ambos apresentavam limitações, pois o carbono se decompõe a temperaturas acima de 600 °C, e os polímeros perdem a hidrofobicidade sob as condições rigorosas da reação. A busca por um material mais robusto, então, levou os pesquisadores à magadiita.

De impureza indesejada a aliada da catálise
A magadiita é um silicato de sódio, isto é, um composto químico formado por silício e oxigênio, e pode ser encontrada na natureza. Descrita pela primeira vez em 1967 por um pesquisador alemão, ela foi identificada em um pequeno depósito no Lago Magadi, no Quênia, que deu origem ao nome. Embora sua estrutura em camadas fosse conhecida desde então, a composição exata das ligações atômicas em escala microscópica permaneceu um mistério. Apenas em 2021, mais de cinquenta anos após a descoberta, essa estrutura foi completamente elucidada em artigo científico coordenado por Heloise de Oliveira Pastore Jensen, professora no IQ, em colaboração com cientistas da Alemanha, da República Tcheca e de grupos brasileiros de Minas Gerais e de Campinas.

A relação do grupo com a magadiita remonta a 1996, quando o mineral apareceu como impureza em outro experimento. “Decidi estudar como ela se formava para eliminá-la. No fim, o material era muito mais interessante do que aquele que eu queria preparar originalmente”, conta a professora, também inventora da tecnologia.
Para o aperfeiçoamento da tecnologia de hidrogenação, o grupo utilizou o conhecimento agregado ao longo dos anos pela professora sobre o silicato. Neste caso, a magadiita foi modificada quimicamente, com substituição do sódio pelo hidrogênio, para ampliar sua hidrofobicidade. Sendo um mineral, ela reúne o que os suportes anteriores não possuíam, uma vez que é densa e mantém suas propriedades inalteradas mesmo sob condições extremas de temperatura e pressão.

Além de superar a sinterização, a magadiita proporcionou melhor dispersão das espécies ativas de cobre e zinco. Os pesquisadores também reduziram as condições operacionais de forma expressiva. A indústria opera tipicamente a 270 °C e 50 bar, enquanto o novo catalisador funcionou entre 180 °C e 200 °C, com pressões de 20 a 30 bar. Em ensaio contínuo de 50 h, a atividade se manteve estável. Um resultado inesperado foi a eliminação da necessidade da camada de alumina, material comumente usado como suporte em catalisadores. “O melhor catalisador de todos não precisava dessa camada. Foram muitos experimentos até chegar a essa conclusão”, relembra a inventora.

Caminhos para o mercado

Com o metanol como produto central, a tecnologia abre caminho para aplicações em diferentes setores. Ao contrário de absorventes convencionais, que apenas transferem o CO₂ de um ambiente a outro, a solução da Unicamp converte o gás em uma molécula de valor agregado e ainda o transforma em líquido, facilitando o transporte e armazenamento.

Uma das aplicações mais imediatas é a purificação do biogás, amplamente produzido no Brasil. Composto por metano e CO₂, o biogás precisa ter o dióxido de carbono removido para que o metano seja aproveitado como combustível. A tecnologia não apenas extrai esse CO₂, como o converte em metanol, gerando valor onde antes havia resíduo. Em plantas industriais que queimam combustíveis fósseis, um sistema acoplado poderia capturar o CO₂ emitido e convertê-lo in loco, fechando um ciclo mais sustentável. O metanol produzido é ainda uma molécula-plataforma e, a partir dele, obtém-se dimetilcarbonato, por exemplo, um aditivo de combustível e solvente para indústria química, de tintas e cosméticos. “Retiramos uma molécula abundante, estável e barata, que é o dióxido de carbono, e a transformamos em algo útil”, sintetiza Jensen.

Para chegar ao mercado, a tecnologia precisa ser licenciada por empresas ou instituições interessadas em processos industriais mais eficientes e ambientalmente responsáveis. A Agência de Inovação Inova Unicamp viabiliza essa conexão entre a pesquisa acadêmica e o setor produtivo, operacionalizando o processo de transferência de tecnologia por meio do formulário de conexão com empresas. Outras tecnologias desenvolvidas na Unicamp também estão disponíveis para licenciamento no Portfólio de Tecnologias da Universidade.

(Texto: Isabele Scavassa – Inova Unicamp | Foto: Igor Alisson – Inova Unicamp)