Valorização Eletroquímica do CO2/Biogás para a produção de metano sintético

Pretendemos desenvolver um novo conceito na produção de metano sintético a partir da reciclagem sustentável de CO2 ou biogás. Num passo inovador, iremos basear-nos no conhecimento de materiais adquirido no projeto anterior Hybrid-CO2Fuel – Conversão direta de CO2 em combustíveis sintéticos através de células eletrolisadoras híbridas, FCT, PTDC/QUI-ELT/3681/2020, com o objetivo de construir, testar e validar o conceito de um dispositivo eletroquímico disruptivo para a hidrogenação do CO2, a fim de converter seletivamente os gases CO2 ou biogás diretamente em metano sintético, Fig.1. Este objetivo corresponde a um aumento do TRL deste conceito do seu estatuto atual de TRL2, (conceito formulado e potenciais materiais selecionados) para o estatuto de TRL4 (tecnologia validada em laboratório) dentro do prazo do projeto, reforçando assim a aplicação da sua propriedade intelectual. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1) Desenvolver/construir um novo conjunto elétrodo-membrana (MEA – membrane electrode assembly) híbrida quimicamente estável contendo uma membrana iónica cerâmica e um católito de carbonato fundido. 2) Permitir a funcionalidade da membrana eletroquímica no intervalo de temperatura (400-600 °C), onde é termodinamicamente previsto formar metano, mas também carbono. 3) Avaliação do potencial de hidrogenação de espécies de carbono reduzido para metano nessas condições, com uma eficiência Faradaica >40%. 4) Avaliar o impacto da oxoacidez do carbonato fundido, a sua composição e temperatura de trabalho na formação de metano. 5) Avaliar o impacto da remoção de iões de oxigénio do católito na formação de metano. 6) Expandir a conversão de CO2 em metano para o uso direto de uma matéria-prima de biogás (CO2+CH4), permitindo assim o enriquecimento do biogás em metano. 7) Construir um protótipo de demonstração para prova de conceito e validar numa instalação piloto com atmosfera de biogás. 8) Aumentar o TRL do conceito de TRL2 para TRL4 dentro do prazo do projeto. OBJECTIVOS GERAIS: i) Espera-se que várias áreas com potencial impacto comercial surjam a partir dos resultados do presente projeto, destacando-se principalmente a própria tecnologia e a sua construção, que serão protegidas por meio de duas patentes para a salvaguarda dos Direitos de Propriedade Intelectual. Este processo será apoiado e promovido pelo gabinete dedicado à transferência de conhecimento, UACOOPERA (Unidade Transversal para a Cooperação com a Sociedade), disponível na UAVR. ii) O trabalho da Atividade 4, voltado para a prova do conceito, permitirá validar o conceito numa instalação piloto em atmosfera de biogás. Desta forma, cria-se uma transição suave entre a prova de conceito da presente proposta e o mercado de energia verdes, seja por meio da venda potencial da tecnologia ou como uma via para possibilitar o licenciamento da tecnologia, aos potenciais interessados e.g. PRF ou produtores finais, e.g. Indústria Química. iii) Serão lançadas duas propostas para o Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis da UA no âmbito das Atividades 2 e 4, relacionadas com o estudo do fabrico da MEA, com a análise do seu desempenho eletrocalítico, e com a prova de conceito. A conclusão destas teses está prevista como entregáveis do projeto. O trabalho integrará a tese de doutoramento de Lara Paiva, contribuindo com a sua participação na síntese de materiais de eletrólito na Atividade 2.