Os veículos movidos a diesel geram emissões substanciais de carbono que são difíceis de descarbonizar. Em 2022, o uso de diesel representou cerca de um quarto do complete de emissões de dióxido de carbono dos transportes nos EUA e cerca de um décimo do complete de emissões de dióxido de carbono relacionadas à energia, de acordo com a Administração de Informações de Energia dos EUA.
Joshua Yuan, professor Lucy & Stanley Lopata e presidente do Departamento de Energia, Engenharia Ambiental e Química da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, e Susie Dai, professora MizzouForward de Engenharia Química e Biomédica da Universidade do Missouri, e seus colaboradores da Texas A&M College, usaram a eletrocatálise de dióxido de carbono para criar um eletrobiodiesel que é 45 vezes mais eficiente e usa 45 vezes menos terra do que a produção de biodiesel à base de soja. Os resultados do seu trabalho são publicados on-line em Joule 31 de outubro.
“Esta nova ideia pode ser aplicada à economia round para fabricar combustíveis, produtos químicos, materiais e ingredientes alimentares com emissões negativas com uma eficiência muito maior do que a fotossíntese e com menos emissões de carbono do que os produtos petroquímicos”, disse Yuan, que iniciou o trabalho com Dai na Universidade A&M do Texas. “Abordamos sistematicamente os desafios da eletrobiofabricação, identificando os limites metabólicos e bioquímicos do uso de carbono diatômico e superamos esses limites.”
A equipe usou a eletrocatálise, um tipo de reação química iniciada por transferências de elétrons de e para reagentes nas superfícies dos catalisadores, para converter o dióxido de carbono em intermediários biocompatíveis, como acetato e etanol. Os intermediários foram então convertidos por micróbios em lipídios, ou ácidos graxos, e finalmente se tornaram matéria-prima de biodiesel, disse Yuan, também diretor do Centro de Pesquisa de Engenharia (ERC) financiado pela Nationwide Science Basis, Carbon Utilization Redesign for Biomanufacturing-Empowered Decarbonization (CURB).
O novo processo microbiano e catalisador desenvolvido por Yuan, Dai e suas equipes permitiu que seu eletro-biodiesel atingisse 4,5% de eficiência photo voltaic em molécula para converter dióxido de carbono em lipídios, o que é consideravelmente mais eficiente que o biodiesel (BM1). A fotossíntese pure em plantas terrestres é normalmente inferior a 1%, onde menos de 1% da energia photo voltaic é convertida em biomassa vegetal através da conversão de CO2 a diversas moléculas para o crescimento das plantas, explicou Yuan.
“A quantidade de energia desviada para o precursor do biodiesel, o lipídeo, é ainda menor porque o lipídeo tem alta intensidade energética”, disse. “Pelo contrário, o processo eletro-biodiesel pode converter 4,5% da energia photo voltaic em lipídios quando um painel photo voltaic é usado para produzir eletricidade para conduzir a eletrocatálise, o que é muito superior ao processo fotossintético pure”.
Para iniciar a eletrocatálise, a equipe projetou um novo catalisador à base de zinco e cobre que produz intermediários de carbono diatômico que poderiam ser convertidos em lipídios com uma cepa projetada do Rhodococcus jostiii (RHA1), conhecida por produzir alto teor lipídico. Esta cepa também aumentou o potencial metabólico do etanol, o que poderia ajudar a acelerar a conversão do acetato, um intermediário, em ácido graxo.
Depois de desenvolver o novo processo, a equipe analisou o impacto do processo nas mudanças climáticas e encontrou resultados encorajadores. Ao utilizar recursos renováveis para a eletrocatálise, o processo de eletrobiodiesel poderia reduzir 1,57 gramas de dióxido de carbono por grama de eletrobiodiesel produzido com subprodutos de biomassa, etileno e outros, dando-lhe potencial para emissões negativas. Em contraste, a produção convencional de diesel a partir do petróleo produz 0,52 gramas de dióxido de carbono por grama, e os métodos de produção de biodiesel produzem 2,5 gramas a 9,9 gramas de dióxido de carbono por grama de lipídios produzidos.
“Esta pesquisa comprova o conceito de uma ampla plataforma para a conversão altamente eficiente de energia renovável em produtos químicos, combustíveis e materiais para abordar os limites fundamentais da civilização humana”, disse Yuan. “Este processo poderia aliviar a escassez de matéria-prima de biodiesel e transformar a produção ampla e renovável de combustíveis, produtos químicos e materiais, alcançando a independência dos combustíveis fósseis nos setores que dependem de combustíveis fósseis, como veículos pesados de longo alcance e aeronaves”.
