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N₂O – um potente gás de efeito estufa

Em um ambiente político carbocêntrico, o monóxido de dinitrogênio (N₂O) é quase o gás de efeito estufa esquecido. Volumes enormes são liberados na atmosfera naturalmente a partir dos solos e dos oceanos. Sendo responsável por cerca de dois terços da concentração atmosférica – agricultura, combustão e a indústria química, entre eles respondem pelo outro terço. Especificamente, a produção em grande escala de ácido adípico e vários outros produtos químicos finos é responsável por um volume significativo do fluxo total de N₂O.

O N₂O tem uma vida útil atmosférica de cerca de 114 anos e um potencial de aquecimento global (GWP) de 298 (dado um horizonte de tempo de um século). O GWP para CO₂ é apenas 1, o que torna o N₂O um potente gás de efeito estufa. Os  níveis de N₂O estão bem acima de 319 partes por bilhão em volume, em comparação com os níveis pré-industriais de 285 ppbv (aumento de 9–10%). O N₂O não é o principal contribuinte para o aquecimento global; no entanto, é um dos seis gases, incluindo CO₂, hexafluoreto de metano e enxofre, hidrofluorocarbonos e perfluorocarbonos, que o Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima reservou para reduções substanciais na tentativa de evitar os piores efeitos sobre o aquecimento global e as mudanças climáticas. 

Prevenindo a liberação de N₂O

Das fontes antropogênicas, talvez as duas soluções mais diretas para o problema seriam evitar a liberação do gás da urina do gado e extraí-lo das saídas gasosas das fábricas de produtos químicos. Testes preliminares foram realizados usando madeira verde, biochar, adicionada a pastagens para adsorver N₂O da urina de gado, e para separar o N₂O do gás residual industrial, que também contém dióxido de carbono, está sendo difícil.

A DuPont adotou os líquidos iônicos à temperatura ambiente (RTILs) como um solvente verde para a extração de N₂O de gases residuais. O processo é particularmente adequado para o fluxo de resíduos da produção de ácido adípico, uma vez que o N₂O pode ser reciclado de volta na matéria-prima para aumentar o rendimento geral e, ao mesmo tempo, evitar a necessidade de liberar esse gás para a atmosfera. O N₂O também é usado como agente oxidante para converter benzeno em fenol, portanto, também pode ser usado dessa forma. 

Filtrando o N₂O do CO₂

Mark Shiflett e colegas do departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Central da empresa em Wilmington, Delaware, EUA, explicam como modelaram a mistura de N₂O/CO₂ tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio ([bmim] [BF₄]) com a separação em mente. [bmim] [BF₄] é bem conhecido como um RTIL arquetípico, uma substância iônica em que a energia de cristalização é muito alta para ser um sólido à temperatura ambiente. Como tal, é um líquido e pode atuar como solvente para uma ampla gama de substâncias para as quais não estão disponíveis solventes orgânicos voláteis potentes (VOCs). Os RTILs também têm várias vantagens importantes sobre os VOCs, pois têm volatilidade limitada, são amplamente não tóxicos, não queimam e podem ser liberados de seus solutos muito mais rapidamente do que os VOCs.

O modelo da equipe para equilíbrio do sistema de separação mostra que ele é válido em uma faixa de temperatura de 296 a 315 K e os testes iniciais mostram que, para grandes e pequenas proporção de N₂O / CO₂, os dois podem ser separados de forma bastante eficaz . A concentração real de RTIL parece fazer pouca diferença na seletividade final da separação, mas, sem ela, não há maneira prática de separar os dois gases. Os pesquisadores apontam que esses estudos preliminares podem abrir caminho para uma separação industrial eficaz desses dois gases importantes, embora ainda não tenham identificado o RTIL específico que seria mais eficaz em um processo em escala industrial.

“Shiflett é um dos líderes mundiais no estudo de solubilidades de gases em líquidos iônicos”, disse Ken Seddon, Diretor do Centro de Pesquisa QUILL na Irlanda do Norte à ChemViews, “Este estudo estende seu trabalho ao N₂O e embora a instabilidade hidrolítica do ânion tetrafluoroborato impedirá sua aplicação em escala industrial, está claro agora o que precisa ser feito para criar um sistema prático. “

• Separation of N₂O and CO₂ using Room-Temperature Ionic Liquid [bmim] [BF₄]
  MB Shiflett, AMS Niehaus, A. Yokozeki,
  J. Phys. Chem. B 2011.
  DOI: 10.1021 / jp107879s

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘The Forgotten Greenhouse Gas‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.

• DOI: 10.1002/chemv.201000067
• Autor: David Bradley
• Data de publicação: 31 Março 2011
• Fonte/ Editora: Journal of Physical Chemistry B/ACS Publications
• Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Remoção de CO₂ de misturas de gases é importante para a captura de carbono para reduzir o impacto ambiental dos processos de combustão. O grafeno de camada única tem tamanhos de poros definidos na faixa nanométrica e foi sugerido como um material para separação de gases. No entanto, seus poros são geralmente muito grandes (cerca de 10 Å) para remover com eficiência gases comuns, cujas moléculas têm diâmetros cinéticos entre 2,5 e 4,0 Å.

Sheng Dai, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, Oak Ridge, e Universidade de Tennessee, Knoxville, ambos TN, EUA, De-en Jiang, Universidade da Califórnia, Riverside, CA, EUA, e colegas propõem uma membrana de grafeno porosa, revestida com um líquido iônico, que pode separar seletivamente gases como CO₂ e CH₄. A equipe usou simulações de dinâmica molecular (MD) para estudar um sistema composto de grafeno poroso e o líquido iônico [emim] [BF₄] (tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazólio). Eles simularam duas câmaras separadas pela membrana revestida ou um grafeno de referência não revestido e compararam a permeação de gás resultante para CO₂, N₂ e CH₄.

A equipe descobriu que todos os três gases passam pelo grafeno não revestido em quantidades aproximadamente iguais. A membrana revestida com líquido iônico, em contraste, era altamente seletiva para permeação de CO₂ e dificultava a passagem de CH₄, resultando em uma razão de seletividade CO₂/CH₄ de aproximadamente 42. O efeito é atribuído ao tamanho de poro reduzido causado pela camada de líquido iônico e a maior afinidade de adsorção de CO₂ no líquido iônico em comparação com outros gases. De acordo com os pesquisadores, materiais híbridos de grafeno/líquido iônico com tamanhos de poros ajustáveis ​​podem ser promissores para a separação seletiva de gases.

• Ion-Gated Gas Separation through Porous Graphene,
  Ziqi Tian, Shannon M. Mahurin, Sheng Dai, De-en Jiang,
  Nano Lett. 2017.
  DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b05121

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘Separating Gases with Graphene‘ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.

• Autor: ChemistryViews.org
• Publicado: 02 março 2017
• Direito autoral: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
• Fonte/Editor: Nano Letters/ACS Publications

Dica:

Um Nobel pelo grafeno

Uma nova pesquisa publicada online em julho de 2011 sugere que as mudanças climáticas causadas pelo homem estão diminuindo a capacidade do oceano de ‘retirar’ CO2 da atmosfera.

Plantas, árvores e o solo absorvem carbono da atmosfera, mas o oceano é o maior ‘sumidouro de carbono’ do mundo e, desde a revolução industrial, o oceano provavelmente absorveu entre um terço e metade de todas as emissões de CO2 causadas pelo homem.

A remoção do CO2, produzido pelos homens, da atmosfera pela água do mar é claramente um processo importante. No entanto, os pesquisadores agora sugerem que a capacidade do oceano de absorver o CO2 atmosférico pode estar diminuindo. É uma combinação dos níveis de CO2 atmosférico e da química da água do mar que determina quanto CO2 a água do mar pode reter, e a água mais quente não pode reter tanto CO2 dissolvido quanto a água fria.

Os pesquisadores analisaram os dados existentes de CO2 e temperatura para o Oceano Atlântico Norte nas últimas três décadas. Seus resultados mostraram que, para uma grande seção do Atlântico Norte, menos CO2 foi capaz de se dissolver conforme a temperatura da superfície da água do mar aumentou. Isso está de acordo com pesquisas anteriores conduzidas em outros oceanos, como o Oceano Antártico e o Mar do Japão, que também estão absorvendo menos CO2 como resultado das mudanças climáticas causadas pelo homem.

Ao considerar a mesma questão, estudos anteriores no Atlântico Norte chegaram a conclusões conflitantes. Os autores deste novo estudo sugerem que isso se deve a um alto grau de variabilidade natural que pode mascarar tendências de longo prazo.

O professor McKinley, autor do estudo, diz:

“Como o oceano é muito variável, precisamos de pelo menos 25 anos de dados para realmente ver o efeito do acúmulo de carbono na atmosfera. Este é um grande problema em muitos ramos da ciência do clima – o que é variabilidade natural e o que é mudança climática? ”

Este novo estudo considera quase trinta anos de dados, o que a equipe acredita ser o suficiente para determinar uma tendência real. Suas descobertas têm grandes implicações sobre a quantidade de CO2 que será absorvido pelos oceanos no futuro, devido ao aumento de temperatura projetado associado às emissões de gases de efeito estufa causadas pelo homem. McKinley diz:

“… Esta é uma das primeiras evidências de que o clima está prejudicando a capacidade do oceano de retirar carbono da atmosfera.”

McKinley enfatiza a necessidade desse tipo de análise em outros oceanos para que as tendências de captação de CO2 dos oceanos possam continuar a ser refinadas. Mas os resultados do estudo demonstram que, em um planeta em aquecimento, os sumidouros naturais de carbono não podem ser considerados óbvios.

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ([email protected]) – Universidade Federal do Pampa (Bagé) – Curso Química Licenciatura.

Texto original em: New study suggests oceans are losing the ability to absorb carbon dioxide

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para filmar o metano – um poderoso gás de efeito estufa – conforme ele é liberado na atmosfera. A abordagem usa imagens infravermelhas, transformando algo que geralmente está além da capacidade do olho humano em clipes de vídeo onde o metano é facilmente visualizado.

Autor: Robert Mcsweeney

A nova abordagem pode ajudar a superar alguns dos desafios das formas tradicionais de monitoramento das emissões de metano, dizem os pesquisadores.

Você pode ver a técnica em ação no clipe (ligeiramente granulado) abaixo. As cores roxa e verde mostram metano escapando de uma abertura na lateral de um celeiro. O celeiro em questão está abrigando 18 produtores individuais prolíficos de metano – também conhecido como um pequeno rebanho de vacas.

Visualização das emissões de metano (mostradas em roxo e verde) da ventilação no celeiro das vacas. Fonte: Gålfalk et al. (2015)

Com cerca de 25 vezes o poder de aprisionamento de calor do dióxido de carbono, o metano é um gás de efeito estufa que tem uma grande força. É produzido e emitido para a atmosfera por uma série de fontes naturais, como pântanos, bem como por atividades humanas, incluindo a queima de combustíveis fósseis, aterros sanitários, arrozais e criação de gado.

Os métodos de medição das emissões de metano vão desde a pequena escala – usando câmaras de metano – até os satélites. Ambos têm suas desvantagens. As câmaras de metano são pequenas caixas colocadas no solo para medir quanto metano está sendo liberado. Mas eles cobrem apenas uma pequena área (até um metro quadrado, por exemplo), então os cientistas precisam fazer muitas medições para analisar uma paisagem inteira. As medições de satélite podem cobrir grandes áreas, mas não podem identificar pontos específicos de onde o metano está vindo.

Os cientistas também começaram a usar drones para medir as emissões de metano, como você pode assistir neste clipe da BBC News que mostra um aterro sanitário.

A técnica de imagem, descrita em um artigo na Nature Climate Change, abre uma nova oportunidade para superar algumas dessas limitações. O autor principal, Dr. Magnus Gålfalk, professor sênior da Linköping University na Suécia, disse ao Carbon Brief:

• É uma maneira eficiente de localizar fontes de emissão de metano, já que uma região inteira é fotografada ao mesmo tempo, com alta resolução espacial.

As medições podem ser feitas do solo ou de várias centenas de metros no ar usando um helicóptero, diz o artigo científico.

Entender exatamente como o metano sai de onde é produzido para a atmosfera é crucial para ser capaz de modelá-lo com precisão em simulações de computador, diz o Dr. Vincent Gauci, professor sênior em sistemas terrestres e ciência de ecossistemas na Open University. Ele disse ao Carbon Brief:

• É vital que entendamos as fontes de metano e como essas fontes respondem às mudanças.

Gauci não estava envolvido no estudo, mas como ele lidera a Methane Network em nome do Conselho de Recursos Ambientais Naturais, ele está muito animado com as possibilidades oferecidas pelo registro do metano em imagens.

• Criticamente, mais do que apenas ver, eles são capazes de quantificar, o que é muito legal.

O vídeo abaixo mostra outra visualização das emissões de metano – desta vez simplesmente de uma liberação controlada de gás na frente do laboratório dos pesquisadores.

Visualização da liberação controlada de metano (mostrado em roxo) no gramado fora do laboratório. Fonte: Gålfalk et al. (2015)

Gålfalk, M. et al. (2015) Tornando o metano visível, Nature Climate Change, doi: 10.1038 / nclimate2877

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle – Universidade Federal do Pampa (Bagé) – Curso Química Licenciatura.

Texto original em: Video: Visualising methane emissions as they happen

A reação eletrocatalítica de redução de dióxido de carbono (CO₂RR) pode ser usada para transformar o gás de efeito estufa CO₂ em (C₂₊) combustíveis multicarbono úteis e matérias-primas químicas, por exemplo, etileno ou etanol. No entanto, é um desafio a produção seletiva desses produtos desejados em altos níveis de corrente. Eletrocatalisadores baseados em cobre ou suas ligas geralmente fornecem seletividade moderada, mas têm problemas com sua estabilidade a longo prazo, especialmente em eletrólitos altamente alcalinos.

Hongjie Dai, Universidade de Stanford, CA, EUA, e colegas desenvolveram um eletrocatalisador simples de  cobre (Cu) eletrodepositado em uma camada de difusão de gás porosa hidrofóbica (GDL), que pode ser usado para a redução estável e seletiva de dióxido de carbono para produtos C₂₊ em eletrólitos quase neutros. A equipe usou um GDL que consiste em uma camada de fibra de carbono e uma camada microporosa hidrofóbica. A camada de fibra de carbono foi temporariamente coberta e o cobre eletrodepositado na lateral da camada microporosa hidrofóbica.O gás CO₂ pode ser transportado com eficiência através das camadas de carbono em direção à camada de cobre cataliticamente ativa. A equipe construiu uma célula de fluxo de dois eletrodos usando um cátodo Cu/GDL em um católito KCl e um ânodo à base de hidróxidos de níquel-ferro em um anólito KOH. Eles descobriram que o sistema fornece excelente seletividade para a formação de produtos C₂₊, bem como operação estável em altas densidades de corrente.

• Selective and High Current CO₂ Electro-Reduction to Multicarbon Products in Near-Neutral KCl Electrolytes,
  Xiao Zhang, Jiachen Li, Yuan-Yao Li, Yunha Jung, Yun Kuang, Guanzhou Zhu, Yongye Liang, Hongjie Dai,
  J. Am. Chem. Soc. 2021.
  https://doi.org/10.1021/jacs.0c13427

exto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( [email protected] ). A tradução do original ‘Improved Catalyst for CO₂ Electro-Reduction’ foi gentilmente autorizada pelos detentores dos direitos (Wiley-VCH GmbH – ChemistryViews.org).

Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.

• Autor: ChemistryViews.org
• Publicado: 28 fevereiro 2021
• Direito autoral: Wiley-VCH GmbH
• Sociedades associadas: American Chemical Society (ACS), USA

Dica:

Dióxido de carbono – reação e aquecimento global

Os oceanos do mundo podem estar se acidificando 10 vezes mais rápido do que em qualquer momento durante os últimos 300 milhões de anos, de acordo com novas pesquisas. E se a história geológica serve de referência, isso é uma má notícia para as espécies marinhas.

Os oceanos podem absorver o excesso de dióxido de carbono da atmosfera. Um efeito colateral é que a água do mar, que é naturalmente ligeiramente alcalina, torna-se menos alcalina e mais ácida – um processo chamado acidificação do oceano.

Os cientistas estão preocupados até mesmo com pequenas mudanças na acidez do oceano, pois isso pode afetar a forma como as criaturas marinhas desenvolvem suas conchas, o que pode ser crucial para sua sobrevivência.

Neste novo estudo, publicado na revista Science, os pesquisadores procuraram evidências de acidificação dos oceanos no passado, investigando através de centenas de estudos existentes sobre oceanos ao longo da história geológica.

Eles descobriram que nos últimos 300 milhões de anos a acidificação dos oceanos nunca aconteceu tão rápido como está acontecendo agora.

O único período que se aproxima das atuais taxas de acidificação é o Máximo Térmico Paleo-Eoceno (PETM), um período turbulento da história do clima há cerca de 56 milhões de anos, quando grandes quantidades de carbono foram naturalmente liberadas na atmosfera ao longo de algumas dezenas de milhares de anos. Na época, as mudanças no clima e no oceano foram acompanhadas pela extinção de muitas espécies marinhas.

Ao longo do século passado, os níveis de dióxido de carbono na atmosfera aumentaram quase um terço. Os oceanos atualmente absorvem cerca de um quarto do dióxido de carbono atualmente liberado pela atividade humana.

Isso fez com que o pH da água do mar (uma medida de acidez – pH mais baixo significa mais ácido) diminuísse em 0,1. Isso é cerca de 10 vezes mais rápido do que a acidificação durante o PETM.

Os cientistas também sugerem que estamos liberando carbono muito mais rápido do que o carbono foi liberado durante o PETM. O coautor do estudo, Professor Andy Ridgwell, da Universidade de Bristol, diz:

“O registro geológico sugere que a acidificação atual é potencialmente sem paralelo em pelo menos 300 milhões de anos de história da Terra e levanta a possibilidade de estarmos entrando em um território desconhecido de mudança do ecossistema marinho. ”

Uma vez que as projeções dos modelos climáticos sugerem que a acidificação dos oceanos pode se tornar mais severa no final do século, é improvável que qualquer mudança passada na acidificação possa corresponder ao que veremos no futuro. Ridgewell diz:

“Embora existam semelhanças, nada nos últimos 300 milhões de anos se compara às taxas de projeções futuras em termos de interrupção da química do carbonato do oceano – uma consequência da rapidez sem precedentes da liberação de CO2 que ocorre atualmente.”

Essa taxa de mudança sem precedentes na química da água do mar pode afetar algumas espécies marinhas importantes. O professor Bärbel Hönisch, paleoceanógrafo do Observatório Terrestre Lamont-Doherty da Universidade de Columbia e principal autor do estudo explica:

“O que estamos fazendo hoje realmente se destaca. Sabemos que a vida durante os eventos anteriores de acidificação dos oceanos não foi eliminada – novas espécies evoluíram para substituir aquelas que morreram. Mas se as emissões industriais de carbono continuarem no ritmo atual, podemos perder organismos com os quais nos preocupamos – recifes de coral, ostras, salmão. ”

As conclusões alcançadas nesta pesquisa ecoam as descobertas de um estudo recente combinando observações com modelagem de computador que também rotulou as mudanças de acidez oceânicas causadas pelo homem como ‘sem precedentes’.

O vídeo abaixo mostra como a acidez do oceano mudou desde a revolução industrial e como se projeta que ela mudará no futuro:

A animação (vídeo acima) mostra como a saturação de aragonita (uma medida da acidez do oceano) na superfície do oceano deve diminuir no final do século 21, à medida que o acúmulo de dióxido de carbono produzido pelo homem na atmosfera continua a aumentar. Fonte: Tobias Friedrich, SOEST Hawaii.

Texto traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle – Universidade Federal do Pampa (Bagé) – Curso Química Licenciatura.

Texto original em: New scientific study suggests ocean acidification rate unparalleled over last 300m years (CarbonBrief.Org)