Breves entrevistas com cientistas: Joan Ramón Morante Lleonart (Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha, Espanha).



Prof. Joan Ramón Morante Lleonart
Prof. Joan Ramón Morante Lleonart

Vilão no aquecimento global e na acidificação oceânica, o excesso de dióxido de carbono gerado pelas atividades humanas pode ser usado para produzir compostos muito úteis.

Um exemplo é a produção de combustíveis a partir de dióxido de carbono, água e luz solar por meio de processos semelhantes à fotossíntese, nos quais os materiais catalíticos podem desempenhar um papel fundamental ao aumentar significativamente a eficiência das reações.

Nesse contexto, pesquisadores de vários países estão trabalhando em uma série de desafios científicos e tecnológicos relacionados à “reciclagem” de dióxido de carbono. O objetivo final desses esforços é tornar real a chamada “economia circular de carbono” – um sistema baseado no uso de dióxido de carbono, energia renovável e materiais ecologicamente corretos, e no princípio de minimizar o desperdício e maximizar a reutilização.

Um desses cientistas é Joan Ramón Morante Lleonart, diretor do Instituto de Pesquisa em Energia da Catalunha (IREC) e professor da Faculdade de Física da Universidade de Barcelona. Morante, que obteve seu diploma de doutorado em Física pela Universidade de Barcelona, é também o editor-chefe do Journal of Physics D: Applied Physics (IOP Publishing). De acordo com o Google Scholar, sua produção científica tem mais de 24.000 citações e seu índice h é 82.

Este cientista espanhol estará em setembro no XVII Encontro da SBPMat, onde oferecerá uma palestra plenária intitulada “Materiais catalisadores para refinarias solares, combustíveis sintéticos e procedimentos para uma economia circular do CO2”.

Veja nossa breve entrevista com o professor Morante.

Boletim da SBPMat: – Quais materiais podem desempenhar um papel importante na economia circular do CO2?

Joan Ramón Morante Lleonart: – A economia circular de CO2 abrange diferentes materiais. Primeiro, o próprio CO2 que deve ser capturado e purificado. Esses processos não são diretos e exigem o aprimoramento dessas etapas, principalmente o desenvolvimento de materiais para membranas que ajudam a separar adequadamente o CO2 de outros componentes que, embora menores, como o enxofre, podem degradar os materiais catalíticos.

Isso é necessário tanto para a captura de CO2 do carbono de origem fóssil, quanto para o CO2 contido nos processos de fermentação e putrefação que produzem biogás.

No entanto, além do processo de “caking”, o ponto mais crítico que requer a contribuição de um profundo conhecimento dos materiais é o passo da transformação catalítica do CO2 para alcançar sua redução direta a produtos como CO, metanol, ácido fórmico, etc. Ou a sua transformação, utilizando outras matérias-primas, em metano (metano sintético) ou outros produtos, por exemplo, por hidrogenação de CO2 (metanização de acordo com a reação denominada reação de Paul Sabatier).

Esses processos exigem não apenas o desenvolvimento de catalisadores eficientes, mas também materiais para novos reatores que combinem resistência ao uso, sendo capazes de resistir a condições corrosivas, junto com capacidade de dissipação térmica em alguns casos, ou condutividade elétrica em outros casos, ou condições de iluminação para os casos em que a solução passa pela direta transformação de CO2 usando os fótons do sol.

O desenvolvimento desses materiais oferece uma oportunidade magnífica para aplicar nanomateriais, sendo necessário ter grandes superfícies ativas por grama de material e características controladas no nível nanométrico, evitando fenômenos de degradação.

Todas essas características constituem uma grande oportunidade para o desenvolvimento de ciência e tecnologia, promovendo, ao mesmo tempo, a transferência da ciência para um conhecimento maior, bem como novas oportunidades de negócios, respondendo a um verdadeiro problema de nossa sociedade, pois é o consumo de fontes de energia fóssil que gera mudanças climáticas.

Boletim da SBPMat: – Queremos saber um pouco mais sobre seu trabalho. Escolha sua contribuição científica favorita e descreva-a brevemente, além de compartilhar a referência.

Joan Ramón Morante Lleonart: – Há alguns anos, eu estava trabalhando na compatibilidade de diferentes materiais com os processos de microeletrônica, procurando apenas a integração de diferentes funcionalidades (sensores e atuadores) com as unidades de processamento. De certa forma, é uma atividade biomimética porque a comunidade científica tenta fazer algo semelhante aos seres vivos, isto é, colocar os sentidos (sensores) para ter um sinal como informação e conectá-lo a um cérebro (processadores) para processá-lo.

Nestas atividades foi necessário gerar sinais elétricos e controlá-los. A partir disso, passei a gerar sinais elétricos em diferentes ambientes, só que considerados não como sinais de informação, e sim como fontes de energia.

Também neste caso, os melhores resultados foram obtidos controlando esses fenômenos em escala nanométrica, e é por isso que agora minhas atividades estão focadas em “nano energia” para produzir GWh.

Atualmente, estou focado nos mecanismos de transferência de energia em interfaces sólidas envolvendo elétrons, fótons e fônons, bem como compostos químicos. Da mesma forma, sou especializado no desenvolvimento de dispositivos e sistemas de energia renovável para aplicações no campo da energia e meio ambiente baseados em nanoestruturas e sua funcionalização. Por isso, prestei atenção em materiais e estruturas avançadas para fotossíntese artificial, incluindo a produção de hidrogênio e combustíveis em refinarias solares. Um dos meus principais objetivos é armazenar a energia elétrica além do bombeamento hidráulico ou a capacidade limitada usando baterias. O armazenamento químico usando hidrogênio ou metano ou biometano sintético constitui meu principal objetivo, embora eu também esteja trabalhando em baterias eletroquímicas.

Então, se eu verificar meus últimos artigos publicados, por um lado, eu poderia destacar “Recent developments in organic redox flow batteries: A critical review ” publicado no Journal of Power Sources, que vai além das abordagens de íons de lítio para baterias. Por outro lado, eu gostaria de destacar “Enhanced photoelectrochemical water splitting of hematite multilayer nanowire photoanodes by tuning the surface state via bottom-up interfacial engineering” ou “A prototype reactor for highly selective solar-driven CO2 reduction to synthesis gas using nanosized earth-abundant catalysts and silicon photovoltaics”, ambos publicados no periódico Energy and Environmental Science. Especialmente o último é muito representativo das questões discutidas acima.

Boletim da SBPMat: – Escolha também uma contribuição tecnológica da qual você participou, um caso de transferência para a indústria ou uma patente, por exemplo, e faça uma breve descrição.

Joan Ramón Morante Lleonart: – Nosso instituto promove e incentiva a transferência de tecnologia e a geração de patentes apenas ligadas à sua exploração industrial.

Durante estes últimos anos, patenteamos alguns aspectos da tecnologia para produzir combustíveis solares ou sintéticos industriais. Assim, com um de nossos colaboradores industriais, algumas patentes foram realizadas como “fotoeletrônica de filtro-prensa, oxidação de água e célula de redução de CO2” ou “fotoeletrodos iluminados por interface eletrodo-substrato e suas células fotoeletroquímicas”.

No entanto, gostaria de indicar outra das patentes feitas em colaboração com outros grupos que abrem uma nova perspectiva para os materiais catalíticos para a conversão catalítica de CO2. Seu título é “procedimento para a redução de dióxido de carbono a metano por catalisador ativado por plasma DBD” e lida com o desenvolvimento de novos conceitos de materiais catalíticos que são submetidos à ação de um plasma que altera todas as condições das reações químicas que ocorrem na superfície do catalisador ao mesmo tempo que o próprio plasma contribui com uma energia complementar para ter um comportamento catalítico diferente. Isso permite desenvolver outros comportamentos e conceitos. Assim, foi conseguido em condições adiabáticas ter uma taxa de conversão de CO2 à temperatura ambiente comparável à de um processo de conversão termoquímica isotérmica padrão a 300-400 °C. Isso abre novas rotas para implementar reatores mais econômicos e de alto desempenho.

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Para mais informações sobre este palestrante e a palestra plenária que ele proferirá no XVII Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting, clique na foto do palestrante e no título da palestra: https://www.sbpmat.org.br/17encontro/home/


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