Novo material poroso em «gaiola de gaiolas» pode capturar CO₂ e SF₆

Os cientistas descrevem-no como uma «gaiola de gaiolas»: um novo tipo de material poroso, com uma estrutura molecular singular, que poderá servir para reter 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 reações unem blocos de construção em forma de prisma triangular para criar gaiolas tetraédricas maiores e mais simétricas - uma estrutura molecular inédita, segundo a equipa.

Material poroso para capturar CO₂ e SF₆

A elevada presença de moléculas polares no material resultante permite-lhe atrair e reter, com forte afinidade, gases com efeito de estufa como o dióxido de carbono (CO₂). Também demonstrou excelente estabilidade em água, uma característica essencial para a captura de carbono em contextos industriais, incluindo correntes de gás húmidas ou molhadas.

«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 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 as 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 as concentrações atmosféricas de SF₆ serem muito inferiores, a sua vida extremamente longa confere-lhe um potencial de aquecimento global cerca de 23.500 vezes superior ao do CO₂ numa comparação ao longo de 100 anos.

A urgência de reduzir os gases com efeito de estufa

Retirar grandes quantidades de SF₆ e CO₂ da atmosfera - ou impedir, desde logo, que cheguem até ela - é uma medida urgente para travar as alterações climáticas.

Os investigadores calculam que seria necessário extrair cerca de 20 mil milhões de toneladas de CO2 por ano 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 anuais, mas a maior parte desse trabalho é realizada por árvores e solos. Apenas cerca de 0,1 por cento da remoção de carbono, aproximadamente 2,3 milhões de toneladas por ano, resulta de tecnologias recentes, como a captura direta do ar, que recorre a materiais porosos para absorver CO₂ presente no ar.

Os investigadores estão a desenvolver novos materiais que tornem a captura direta do ar mais eficiente e menos exigente em termos energéticos, e este material poderá representar mais uma alternativa. Contudo, para evitar os piores efeitos das alterações climáticas, será necessário reduzir as emissões de gases com efeito de estufa mais depressa do que estas tecnologias ainda emergentes atualmente permitem.

Ainda assim, é preciso mobilizar todos os recursos possíveis contra este problema global. Criar um material com um nível de complexidade estrutural tão elevado não foi simples, apesar de as moléculas precursoras se organizarem tecnicamente por si próprias.

Auto-organização supramolecular das gaiolas moleculares

Esta abordagem é conhecida como auto-organização supramolecular. Permite criar estruturas quimicamente entrelaçadas a partir de blocos mais simples, mas requer um ajuste rigoroso, pois «as melhores condições de reação muitas vezes não são intuitivamente óbvias», explicam Little e os seus colegas no artigo publicado.

Quanto mais complexa for a molécula final, maior será a dificuldade da sua síntese e maior poderá ser a «mistura» molecular durante as reações.

Para compreender essas interações moleculares, que de outro modo seriam invisíveis, os investigadores recorreram a simulações para prever como 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.

Para além da sua capacidade potencial de absorver gases com efeito de estufa, os investigadores sugerem que o novo material também poderá remover do ar outros vapores tóxicos, como compostos orgânicos voláteis. Estas substâncias transformam-se facilmente em vapores ou gases a partir de superfícies, incluindo as do interior de automóveis novos.

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

O estudo foi publicado na Nature Synthesis.