Produção de metanol por conversão de gases de efeito estufa em um reator de eletrólito polimérico - tipo célula a combustível com eletrocatalisadores de PdxNiy e Ni suportados

Abstract

As emissões dos principais gases de efeito estufa, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), desempenham um papel significativo nas mudanças climáticas globais. Nesse contexto, o uso de reatores de eletrólito polimérico do tipo célula a combustível (PER-FC) tem se destacado como uma abordagem promissora para a conversão desses gases em produtos de valor agregado. Esses sistemas possibilitam a conversão direta de CO2 e CH4 em compostos como metanol (CH3OH), por meio de processos eletroquímicos. Neste estudo, foram desenvolvidos eletrocatalisadores de PdNi suportados em óxido de titânio (TiO2) e nitreto de titânio (TiN), além de catalisadores de Ni suportados em carbono (C). O sistema PdxNiy/TiO2 apresentou elevada eficiência na oxidação do CH4 a CH3OH, promovendo a ativação da água em baixos sobrepotenciais e gerando espécies reativas de oxigênio essenciais para a reação, enquanto o Pd atuou como sítio de adsorção do CH4, favorecendo sua conversão. A sinergia entre PdNi e TiO2 torna o material Pd80Ni20/TiO2 uma alternativa promissora para essa transformação. Por outro lado, o eletrocatalisador PdNi/TiN apresentou bom desempenho na geração de energia a partir da oxidação do CH4, sendo que o suporte TiN contribui para maior condutividade eletrônica e redução da queda ôhmica, destacando o Pd50Ni50/TiN como opção interessante para geração elétrica. Esses resultados evidenciam o potencial desses materiais tanto na conversão eficiente de CH4 em CH3OH quanto na produção sustentável de energia. Em relação à conversão de CO2 em CH3OH, o catalisador Ni/C demonstrou maior atividade na redução eletroquímica do CO2 (CO2RR), superando os suportes à base de titânio; ainda assim, a conversão de CO2 em CH4 nesses suportes também se mostra relevante, pois evita problemas de solidificação quando o produto é introduzido em meio alcalino para posterior conversão em metanol.