Melhoria da captura de CO2 em processo pós-combustão usando carvão ativado modificado por aminoácidos

Limpeza do ar após a queima do combustível

O dióxido de carbono proveniente de usinas termelétricas é um dos principais impulsionadores do aquecimento global, e ainda assim grande parte da nossa eletricidade vem da queima de combustíveis fósseis. Uma forma prática de reduzir essas emissões é capturar o CO2 dos gases quentes de exaustão antes que escapem para a atmosfera. Este estudo investiga como tornar um material comum e relativamente barato — o carvão ativado — mais eficiente em capturar CO2 ao revestir suavemente sua superfície com blocos de construção simples das proteínas, chamados aminoácidos.

Transformando um carvão comum em uma esponja melhor

O carvão ativado já é usado em filtros de água e purificadores de ar porque é repleto de poros minúsculos que funcionam como uma esponja para moléculas. Para captura pós-combustão em usinas, um material ideal deve reter muito CO2 mesmo quando ele está em baixas concentrações e em temperaturas elevadas, além de permanecer estável e fácil de reutilizar. Os pesquisadores partiram de carvões ativados comerciais e compararam sua habilidade natural de adsorver CO2 — “adsorver” aqui significa que as moléculas se prendem à superfície em vez de reagirem quimicamente. Eles confirmaram que, em temperatura ambiente, o material pode reter vários milimoles de CO2 por grama, mas essa capacidade cai acentuadamente à medida que o gás esquenta, uma assinatura típica de ligação física em vez de uma ligação química forte.

Adicionando pontos de contato suaves para o dióxido de carbono

Para melhorar o desempenho, a equipe modificou a superfície do carvão usando três aminoácidos: glicina, serina e lisina. São moléculas orgânicas pequenas, ricas em nitrogênio, um tipo de átomo conhecido por interagir mais fortemente com o CO2. O carvão ativado foi imerso em soluções contendo cada aminoácido, às vezes junto com sais alcalinos simples, depois lavado e seco. Quando as amostras tratadas foram testadas, as revestidas com glicina e serina, em geral, capturaram mais CO2 do que o material original, enquanto a lisina frequentemente piorou o desempenho, especialmente quando combinada com sais adicionados. A glicina se destacou: apesar de ser a menor das três, aumentou a captura de CO2 em até cerca de 25% sem sacrificar a capacidade do material de reter nitrogênio, um gás de fundo chave nas correntes de exaustão.

Encontrando o ponto ideal nas condições de tratamento

Como sobrecarregar o carvão com modificadores pode entupir seus poros, os pesquisadores variaram cuidadosamente a temperatura de tratamento, o tempo e a concentração de glicina, e analisaram os resultados usando uma abordagem de planejamento estatístico. Eles descobriram que uma receita intermediária — temperatura moderada, algumas horas de tratamento e nível médio de glicina — proporcionou a melhor captura de CO2. Microscopia e medidas de adsorção de gases mostraram que o carvão modificado manteve quase a mesma área superficial e distribuição de tamanho de poros do original, indicando que a glicina decorou principalmente as paredes internas em vez de bloquear as passagens. Testes por infravermelho e raios X confirmaram que novos grupos contendo nitrogênio e oxigênio apareceram na superfície, enquanto a estrutura carbonácea subjacente permaneceu largamente inalterada.

Como o material melhorado se comporta

Ao medir como CO2 e nitrogênio se adsorvem no material em várias temperaturas, a equipe estimou o calor liberado quando cada gás é adsorvido. Esses valores ficaram na faixa típica de interações físicas, não de reações químicas permanentes, mas foram notavelmente mais fortes para o carvão tratado com glicina do que para a amostra crua. Isso significa que o CO2 é retido mais firmemente, o que explica a maior capacidade, mas ainda deve ser possível liberar o gás novamente por aquecimento moderado ou mudanças de pressão. O carvão modificado também mostrou boa estabilidade térmica até temperaturas bem acima daquelas normalmente encontradas em sistemas de captura pós-combustão, sugerindo que poderia suportar muitos ciclos de captura–liberação.

O que isso pode significar para as emissões das usinas

Em termos práticos, o trabalho mostra que decorar levemente o carvão ativado com um aminoácido simples pode transformar um material de filtro pronto para uso em um “ímã” mais seletivo e mais forte para CO2. A glicina oferece o melhor equilíbrio: seu pequeno tamanho permite que ela reveste as paredes dos poros com pontos de aderência extras sem entupi‑los, de modo que mais moléculas de CO2 podem ser capturadas e liberadas repetidamente. Embora o material ainda funcione melhor em temperaturas mais baixas, estratégias inteligentes de troca de calor em usinas reais poderiam ajudar a resfriar os gases de exaustão o suficiente para aproveitar essa esponja aprimorada. Em conjunto, essas descobertas apontam para sorventes baratos e ajustáveis que poderiam ser adaptados a instalações existentes para ajudar a reduzir as emissões de gases de efeito estufa sem reformular todo o sistema energético.

Citação: Houshmand, D., Rashidi, F., Amjad-Iranagh, S. et al. Enhancement of CO₂ capture in post combustion process using actived carbon modified by amino acids. Sci Rep 16, 10569 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44400-z

Palavras-chave: captura de carbono, carvão ativado, aminoácidos, pós-combustão, adsorção de CO2