Equipe NETL converte CO2 em acetato: projeto pode reduzir gases de efeito estufa e ao mesmo tempo fornecer matéria-prima comercial útil

Jul 07, 2023

27 de agosto - PITTSBURGH - À medida que as preocupações com gases de efeito estufa e aquecimento global continuam em todo o mundo, uma equipe de três pesquisadores do Laboratório Nacional de Tecnologia Energética encontrou um meio de transformar o dióxido de carbono em um produto comercial útil - o acetato - e está trabalhando para aumentar sua descoberta em escala comercial.

Djuna Gulliver, investigadora principal federal; Sam Flett, pesquisador associado do Instituto Oak Ridge de Ciência e Educação; e o engenheiro de pesquisa Dan Ross, da equipe de suporte à pesquisa Lidos da NETL, explicaram seu trabalho e fizeram um tour pelo laboratório em Pittsburgh.

O acetato é um líquido semissintético com amplos usos: pode ser fiado em fibras para tecidos ou moldado em formas para armações de óculos ou joias ou usado para produtos de limpeza ou coisas como removedor de esmalte (acetona).

A descoberta de transformar o gás CO2 em acetato líquido foi um feliz acaso, disseram os três cientistas. Envolve a intervenção de microrganismos que atuam como biocatalisadores.

Um catalisador é uma substância que aumenta a taxa de uma reação química sem sofrer qualquer alteração química permanente. Um biocatalisador é uma substância natural que utiliza enzimas de fontes biológicas para atingir o mesmo propósito nas reações bioquímicas. NETL entrou com pedido de patente para a tecnologia.

Ross estava trabalhando em um projeto diferente para converter carvão em metano usando microbiologia e tinha acesso a poços de metano em jazidas de carvão. A ideia de converter CO2 em produtos de valor acrescentado utilizando eletricidade não é novidade, por isso decidiram tentar enriquecer estas amostras de metano em laboratório para conversão em acetato.

“Achamos que seria uma boa fonte desses microrganismos e tínhamos uma capacidade única de obter essas amostras porque trabalhamos muito nesses sistemas”, disse Gulliver.

Nem toda criaturinha é adequada, é claro. Eles começaram com uma comunidade altamente diversificada e através de uma série de experimentos enriquecidos para uma comunidade que possui a maior abundância de quatro a cinco microrganismos que catalisaram a conversão de dióxido de carbono em acetato.

E eles não precisam voltar ao poço para colher mais organismos, disseram. Eles continuam a se propagar a partir da amostra original - um leigo pode compará-la aproximadamente com o fermento inicial.

A próxima fase do projeto, disseram eles, é descobrir como produzir mais. No momento, eles podem produzir cerca de 8 gramas por litro de solução – um grama equivale a cerca de 0,28 onças ou 1,9 colheres de chá – em tubos de ensaio. Eles querem aumentar esse título – o título é uma medida de concentração – para 40 gramas por litro e passar da produção de litros de produto para galões. “Nosso objetivo é sempre aumentar essa concentração”.

“Acho que a expansão será mais um problema em termos de custos de material para garantir que seremos capazes de ter a logística disso”, disse Gulliver. Eles deveriam, em teoria, ser capazes de transformar os microrganismos em uma biomassa grande o suficiente para quantidades significativas de conversão.

Eles começaram a trabalhar neste projeto em 2017-18, disseram, mas a COVID interrompeu, então, no final de 2020 e em 2021, eles começaram a expandir o processo de testes, disse Ross. "Nos últimos anos, temos otimizado e agora que reduzimos os limites, queremos trabalhar mais no lado do biorreator - projetando isso para maximizar nossos produtos."

Um biorreator não é algum tipo de máquina monstruosa que produz coisas com todos os tipos de ruídos e efeitos assustadores. Seus biorreatores são tubos de 1 litro. Eles combinam o líquido de propagação com a cultura no tubo, gaseiam com CO2 e deixam trabalhar para produzir o acetato.

Neste momento, quando atingem o título desejado, têm que parar e retirar o material. Isso é chamado de reator em lote.

Então, eles estão trabalhando para desenvolver um reator de fluxo contínuo, onde uma corrente de fluido entra e atinge o biocatalisador e, à medida que funciona, o acetato sai por uma saída diferente. Isso significa que eles poderiam aumentar o tempo de residência – a quantidade de tempo no reator – e dobrar ou triplicar a concentração, e retirar constantemente o produto, em vez de interromper constantemente o processo.