Novo material poroso em gaiola captura CO₂ e SF₆

Um novo tipo de material poroso, cuja estrutura molecular é única, foi descrito pelos cientistas como uma «gaiola de gaiolas». Poderá ser utilizado para aprisionar dióxido de carbono e outro gás com efeito de estufa ainda mais potente.

Produzido em laboratório por investigadores do Reino Unido e da China, o material é obtido em duas etapas. As reacções unem blocos de construção em forma de prisma triangular para formarem gaiolas tetraédricas maiores e mais simétricas - criando, segundo a equipa, a primeira estrutura molecular deste género.

Material poroso para capturar CO₂ e SF₆

Devido à elevada quantidade de moléculas polares, o material final atrai e retém com forte afinidade gases com efeito de estufa, como o dióxido de carbono (CO₂). Demonstrou também uma excelente estabilidade na água, uma característica essencial para captar carbono em contextos industriais, incluindo fluxos de gás húmidos ou com vapor de água.

«Esta é uma descoberta entusiasmante», afirma Marc Little, cientista de materiais da Universidade Heriot-Watt, em Edimburgo, e autor sénior do estudo, «porque precisamos de novos materiais porosos para ajudar a resolver os maiores desafios da sociedade, como a captura e o armazenamento de gases com efeito de estufa.»

Embora ainda não tenha sido testado à escala, o novo material semelhante a uma gaiola revelou, em experiências laboratoriais, uma elevada capacidade de absorção de hexafluoreto de enxofre (SF₆). De acordo com o Painel Intergovernamental sobre Alterações Climáticas, este é o gás com efeito de estufa mais potente.

Enquanto o CO₂ permanece na atmosfera durante 5–200 anos, o SF₆ pode persistir entre 800 e 3,200 anos. Assim, apesar de os níveis atmosféricos de SF₆ serem muito inferiores, a sua duração extremamente longa confere-lhe um potencial de aquecimento global de cerca de 23,500 vezes o do CO₂ numa comparação ao longo de 100 anos.

O desafio de remover gases com efeito de estufa

É urgente remover grandes quantidades de SF₆ e CO₂ da atmosfera, ou impedir desde logo que estes gases nela entrem, para travar as alterações climáticas.

Os investigadores calculam que seria necessário extrair cerca de 20 mil milhões de toneladas de CO2 todos os anos para compensar as emissões de carbono, que continuam a aumentar.

Até agora, as estratégias de remoção de carbono retiram aproximadamente 2 mil milhões de toneladas por ano, mas esse resultado deve-se sobretudo à acção das árvores e dos solos. Apenas cerca de 0.1 por cento da remoção de carbono - aproximadamente 2.3 milhões de toneladas anuais - provém de tecnologias novas, como a captura directa do ar, que recorre a materiais porosos para absorver CO₂ presente na atmosfera.

Os cientistas estão a desenvolver novos materiais para tornar a captura directa do ar mais eficiente e menos intensiva em energia, e este material poderá constituir mais uma alternativa. Porém, para evitar os piores efeitos das alterações climáticas, é necessário reduzir as emissões de gases com efeito de estufa mais depressa do que estas tecnologias ainda incipientes actualmente permitem.

Ainda assim, é preciso recorrer a todos os meios disponíveis para enfrentar este problema global. Criar um material com um nível tão elevado de complexidade estrutural não foi simples, mesmo que, tecnicamente, as moléculas precursoras se montem por si próprias.

Esta abordagem chama-se auto-organização supramolecular. Pode gerar estruturas quimicamente entrelaçadas a partir de blocos mais simples, mas exige ajustamentos precisos, pois «as melhores condições de reacção muitas vezes não são intuitivamente óbvias», explicam Little e os seus colegas no artigo publicado.

Quanto mais complexa for a molécula final, maior é a dificuldade de a sintetizar e maior pode ser a «mistura» molecular produzida durante essas reacções.

Auto-organização e aplicações para gases tóxicos

Para compreender estas interacções moleculares, que de outro modo seriam invisíveis, os investigadores recorreram a simulações para prever de que modo as moléculas iniciais se organizariam neste novo material poroso. Avaliaram a geometria das possíveis moléculas precursoras, bem como a estabilidade química e a rigidez do produto final.

Além do seu potencial para absorver gases com efeito de estufa, os investigadores consideram que o novo material poderá também remover do ar outros vapores tóxicos, como os compostos orgânicos voláteis. Estes transformam-se facilmente em vapores ou gases a partir de superfícies, incluindo o interior de automóveis novos.

«Consideramos este estudo um passo importante para viabilizar essas aplicações no futuro», afirma Little.

O estudo foi publicado na Nature Synthesis.