Estudo da implementação de eletrólitos à base de líquidos iônicos no processo da redução eletroquímica de CO2 em plantas industriais

Abstract

O consumo de combustíveis fósseis nas últimas décadas gerou um aumento do efeito estufa oriundo dos crescentes níveis de gás carbônico na atmosfera. Isso está gerando impactos ambientais negativos, como o aquecimento global e as mudanças climáticas. Uma opção para diminuir o impacto dessas emissões é a redução eletroquímica de CO2 à ácido fórmico. O presente trabalho propõe a utilização de eletrólitos a base de líquidos iônicos como uma tecnologia economicamente viável. Para tanto, é necessário desmistificar a crença de que grandes quantidades de líquido iônico inviabilizam os processos em escala industrial, pois estes compostos tem um elevado custo quando comparados com eletrólitos a base de sais inorgânicos comuns. Utilizando dados de artigos do estado da arte, foi realizada uma análise tecno-econômica comparando a utilização do líquido iônico tetrafluoroborato de 1-etil-3-metilimidazólio com eletrólitos convencionais a base de bicarbonato aquoso na redução eletroquímica de CO2. A utilização de eletrólitos a base de bicarbonato é inviável, pois é necessário acidificar o meio para conseguir destilar ácido fórmico. Nesta etapa, há decomposição do eletrólito e se torna necessário repor o HCO3- nos sistemas convencionais. Por outro lado, foi possível prever que a utilização de líquidos iônicos é viável economicamente. Porém, é necessário que a eletrólise seja realizada com altas densidades de corrente e que o líquido iônico seja trocado no máximo uma vez por ano para que o tempo de retorno do investimento seja atrativo.

The consumption of fossil fuels in the last decades has improved the greenhouse effect due to an increase in carbon dioxide levels in the atmosphere. It generates negative environmental impact, as the global warming and the climate changes. An alternative to decrease the impact of these emissions is the electrochemical reduction of CO2 to formic acid. This work proposes the use of ionic liquid based electrolytes as an economically viable technology. Therefore, one needs to demystify the belief that large amounts of ionic liquids make industrial scale processes unfeasible, due to the high costs of these compounds when compared to electrolytes composed of ordinary salts. Using data extracted from state of the art articles, a techno economic analysis was made comparing the use of the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate with aqueous bicarbonate electrolytes in the CO2 reduction to formic acid. The use of bicarbonate electrolytes is not viable, as it requires the acidification the electrolyte to distillate formic acid. It would decompose the electrolyte and require the replenishment of HCO3-. On the other hand, it was possible to predict that the use of ionic liquids is profitable. However, a high electrolysis current density is necessary and replacing the ionic liquid at most once a year so that the payback time is attractive.