Novo catalisador pode transformar o fedorento sulfeto de hidrogênio em uma vaca leiteira

Oct 05, 2023

HOUSTON – (31 de outubro de 2022) – Engenheiros e cientistas da Rice University criaram uma maneira agradável para as refinarias petroquímicas transformarem um subproduto fedorento em dinheiro.

O gás sulfeto de hidrogênio tem o aroma inconfundível de ovo podre. Muitas vezes emana de esgotos, pátios de estocagem e aterros sanitários, mas é particularmente problemático para refinarias, plantas petroquímicas e outras indústrias, que produzem milhares de toneladas deste gás nocivo todos os anos como subproduto de processos que removem enxofre do petróleo, gás natural, carvão e outros produtos.

Em um estudo publicado na revista de alto impacto ACS Energy Letters da American Chemical Society, a engenheira, física e química Naomi Halas e colaboradores descrevem um método que usa nanopartículas de ouro para converter sulfeto de hidrogênio em gás hidrogênio e enxofre de alta demanda em uma única etapa. . Melhor ainda, o processo de uma etapa obtém toda a sua energia da luz. Os co-autores do estudo incluem Peter Nordlander, da Rice, Emily Carter, da Universidade de Princeton, e Hossein Robatjazi, da Syzygy Plasmonics.

“As emissões de sulfeto de hidrogênio podem resultar em multas pesadas para a indústria, mas a remediação também é muito cara”, disse Halas, um pioneiro da nanofotônica cujo laboratório passou anos desenvolvendo nanocatalisadores ativados por luz comercialmente viáveis. “A frase 'virar o jogo' é usada em demasia, mas neste caso aplica-se. A implementação da fotocatálise plasmônica deve ser muito menos dispendiosa do que a remediação tradicional e tem o potencial adicional de transformar um fardo caro em uma mercadoria cada vez mais valiosa.”

Cada molécula de gás sulfeto de hidrogênio (H2S) contém um par de átomos de hidrogênio e um átomo de enxofre. Cada molécula de gás hidrogénio de combustão limpa (H2) – o produto básico da economia do hidrogénio – contém um par de átomos de hidrogénio. No novo estudo, a equipe de Halas pontilhou a superfície dos grãos de pó de dióxido de silício com pequenas ilhas de ouro. Cada ilha era uma nanopartícula de ouro com cerca de 10 bilionésimos de metro de diâmetro que interagiria fortemente com um comprimento de onda específico da luz visível. Essas reações plasmônicas criam “transportadores quentes”, elétrons de alta energia e vida curta que podem conduzir a catálise.

No estudo, Halas e co-autores usaram uma configuração de laboratório e mostraram que um banco de luzes LED poderia produzir fotocatálise de transportadores quentes e converter eficientemente H2S diretamente em gás H2 e enxofre. Isso representa um forte contraste com a tecnologia catalítica estabelecida que as refinarias usam para decompor o sulfeto de hidrogênio. Conhecido como processo Claus, produz enxofre, mas não hidrogênio, que é convertido em água. O processo Claus também requer múltiplas etapas, incluindo algumas que requerem câmaras de combustão aquecidas a cerca de 1.500 graus Fahrenheit.

A tecnologia de remediação de sulfeto de hidrogênio plasmônico foi licenciada pela Syzygy Plasmonics, uma empresa iniciante sediada em Houston com mais de 60 funcionários, cujos cofundadores incluem Halas e Nordlander.

Halas disse que o processo de remediação pode acabar tendo custos de implementação suficientemente baixos e eficiência alta o suficiente para se tornar econômico na limpeza de sulfeto de hidrogênio não industrial de fontes como gás de esgoto e dejetos animais.

“Dado que requer apenas luz visível e nenhum aquecimento externo, o processo deve ser relativamente simples de ser ampliado usando energia solar renovável ou iluminação LED de estado sólido altamente eficiente”, disse ela.

No dia 3 de outubro, Halas e Nordlander receberam o prestigioso Prêmio Eni de Transição Energética 2022 em reconhecimento aos seus esforços para desenvolver catalisadores eficientes movidos a luz para a produção de hidrogênio em escala industrial.

Halas é professor Stanley C. Moore de Engenharia Elétrica e de Computação da Rice e professor de química, bioengenharia, física e astronomia, e ciência de materiais e nanoengenharia. Nordlander é presidente Wiess da Rice e professor de física e astronomia, e professor de engenharia elétrica e da computação, e ciência de materiais e nanoengenharia. Carter é professor Gerhard R. Andlinger de Energia e Meio Ambiente de Princeton no Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente, consultor estratégico sênior para ciência da sustentabilidade no Laboratório de Física de Plasma de Princeton e professor de engenharia mecânica e aeroespacial e de matemática aplicada e computacional. Robatjazi é cientista-chefe da Syzygy Plasmonics e professor adjunto de química na Rice.