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Combustíveis criados a partir de sol e ar podem resolver a crise energética

Solar mini-refinery on the roof of ETH Zurich university building.
Nos últimos dois anos, pesquisadores da ETH Zurich vêm operando uma plataforma de demonstração de uma mini refinaria solar em um telhado universitário no centro da cidade. ETH / Alessandro Della Bella

Uma refinaria que produz combustíveis a partir da luz solar e do ar pode parecer uma ideia de ficção científica. Mas não é. Cientistas suíços afirmam ter feito exatamente isso e desenvolvido uma forma potencialmente escalável de produzir combustíveis sustentáveis. Agora, uma empresa suíça está trabalhando para comercializar a tecnologia.

Pendurada em um telhado no centro de Zurique, a instalação branca parece uma antena parabólica de um filme de James Bond apontando para o céu. Mas, ainda que pareça, o equipamento não está rastreando comunicações secretas. O dispositivo exclusivo é uma mini refinaria solar que foi construída por cientistas do instituto federal de tecnologia ETH Zurich para mostrar que é possível produzir combustíveis neutros em carbono apenas a partir da luz solar e do ar.

Após um estudo de viabilidade de dois anos, os pesquisadores dizem que sua plataforma de demonstração confirmou a operação “estável e confiável” para produção de combustível solar. Os resultados foram publicados recentemente na revista NatureLink externo.

“Foi uma odisseia incrível com fracassos e sucessos ao longo do caminho”, disse à swissinfo.ch Aldo Steinfeld, o professor da ETH que comanda a equipe. Mais de 20 teses de doutorado fizeram parte do projeto que durou uma década.

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Suas descobertas podem abrir caminho para a produção de quantidades industriais de “combustíveis drop-in” – alternativas sintéticas aos combustíveis fósseis tradicionais, como querosene, gasolina ou diesel – que podem ter um grande impacto na transição verde e ajudar na aviação de longo curso e no setor de transporte mais sustentável. A pesquisa se destaca porque esses setores de transporte são responsáveis ​​por 8% das emissões globais de gases de efeito estufa. Mas ainda é necessário muito trabalho para expandir o projeto e colocá-lo no mercado.

Processo termoquímico de múltiplos estágios

A mini refinaria produz combustíveis líquidos como querosene ou metanol a partir da luz solar e do ar por meio de um processo termoquímico de vários estágios. Primeiro, uma unidade de captura direta de ar extrai dióxido de carbono e água do ar ambiente. Então, o prato parabólico e o refletor concentram a luz do sol por um fator de 3.000, gerando uma temperatura de 1.500 graus Celsius em um pequeno reator solar. No interior, o óxido de cério é reduzido e o oxigênio é liberado. Em uma segunda etapa, CO2 e água são adicionados para produzir o chamado gás de síntese (monóxido de carbono e hidrogênio). No terceiro e último estágio, uma unidade gás-líquido converte o gás de síntese em hidrocarbonetos líquidos ou metanol.

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A mini refinaria solar atualmente produz cerca de meio decilitro de metanol puro a partir de 100 litros de gás de síntese em uma operação de sete horas. Esse valor é muito pequeno para abastecer qualquer veículo, mas é uma demonstração clara da viabilidade do processo e um “marco importante”, dizem os pesquisadores.

A antena da mini refinaria continuará na ETH Zurique e será instalada também uma torre solar nos arredores de Madrid. Paralelamente, duas spin-offs suíças —  empresas criadas para explorar produtos inovadores, concebidas a partir de um grupo de pesquisa — a Climeworks e Synhelion, fundadas por ex-alunos de doutorado de Steinfeld, estão trabalhando para trazer as tecnologias para o mercado. Enquanto a Climeworks comercializa a tecnologia para capturar CO2 do ar, a Synhelion vai vender a tecnologia para a produção de combustíveis solares a partir de CO2.

“Uma combinação perfeita feita na Suíça”, declara Steinfeld.

Aumentando a escala

A Synhelion, sediada em Zurique, que atualmente emprega 20 pessoas, anunciou Link externono mês passado que arrecadou CHF16 milhões (US$17 milhões) de investidores para acelerar a comercialização da tecnologia de combustível solar.

Parte do dinheiro será para a construção e operação da primeira planta industrial de produção de combustíveis solares do mundo, localizada no Centro Aeroespacial Alemão em Jülich, no oeste da Alemanha.

solar tower of the German Aerospace Center (DLR) in Jülich, Germany,
A instalação de testes solares do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) em Jülich, Alemanha. DLR

O centro oferece ampla infraestrutura para os empresários suíços. A Synhelion também tem apoio financeiro do Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia (BMWi), que recentemente doou € 3,92 milhões para o projeto.

“Estamos finalizando o último trabalho de instalação e começaremos no início de 2022 com os testes do sistema. Em seguida, construiremos nossa primeira planta em escala industrial, o que inclui um campo de espelhos, torre, receptor, reator e sistema de armazenamento de energia térmica. Ao lado da torre, um sistema de síntese de combustível Fischer-Tropsch será instalado para converter o gás de síntese em combustíveis líquidos”, explica o CEO e cofundador da Synhelion, Philipp Furler.

Devido à falta de luz solar confiável, a Alemanha e a Suíça não são lugares ideais para a produção de combustível solar, ele admite. Mas Jülich é um local perfeito para a instalação, diz Furler.

“É a maneira mais rápida, simples e fácil de demonstrar a tecnologia de A a Z em escala industrial”, comenta.

solar tower of the German Aerospace Center (DLR) in Jülich, Germany
A instalação solar de 80.000 m2 em Jülich, Alemanha, tem mais de 2.000 espelhos que concentram a luz solar em duas torres solares. Synhelion

O próximo passo será construir uma planta comercial um pouco maior na ensolarada Espanha, que pode operar continuamente para produzir grandes quantidades de combustível e reduzir os custos de produção.

Synhelion tem planos ambiciosos. A partir de 2023, a planta de Jülich deve começar a produzir 10.000 litros de combustível solar por ano. Quando a instalação espanhola estiver operacional a partir de 2025, isso deve aumentar para 1,6 milhão de litros por ano. A empresa de Furler já está planejando uma meta de produção de 875 milhões de litros por ano para 2030.

Quotas de combustível solar

Synhelion e Climeworks estão atraindo muito interesse. No mês passado, a ministra suíça do Meio Ambiente, Simonetta Sommaruga, visitou as duas empresasLink externo em Zurique para saber mais sobre seu trabalho. As discussões também abordaram as próximas etapas de produção e o apoio governamental.

Embora a tecnologia esteja bem avançada, várias mudanças são necessárias para melhorar a eficiência. Os principais desafios, diz Furler, envolvem a integração dos componentes-chave em um sistema inteiro.

Os especialistas dizem que a próxima etapa mais difícil da implementação será superar a barreira do alto preço inicial. O combustível solar da Synhelion será inicialmente mais caro do que o preço do combustível fóssil e do querosene. A Synhelion estima que a produção de 700.000 toneladas de combustível solar por ano, até 2030, o que poderia cobrir cerca de metade do consumo de combustível de aviação da Suíça, custará várias centenas de milhões de francos suíços. Os impostos sobre o carbono provavelmente não serão suficientes para reduzir os custos.

O ministro suíço disse que os formuladores de políticas devem ajudar a criar condições estruturais claras para ajudar as empresas a planejar com antecedência.

“Podemos, por exemplo, introduzir uma cota de mistura de combustíveis sintéticos na aviação para ajudar a criar um novo mercado”, declarou.

Aldo Steinfeld também acredita que as cotas podem ajudar a acompanhar a tecnologia e o futuro desenvolvimento dos combustíveis sustentáveis.

“As companhias aéreas e os aeroportos poderiam ser obrigados a ter uma participação mínima de querosene solar no volume total de combustível de aviação que colocam em suas aeronaves”, observa ele.

Começando com pouco — apenas 1% do combustível de um avião poderia ser querosene solar, por exemplo — para manter os custos totais do combustível baixos, uma cota levaria a investimentos em usinas de combustível solar e, por sua vez, a custos decrescentes semelhantes aos da eletricidade eólica e solar.

“Quando a cota chegar a 10-15%, poderemos então ver os custos do querosene solar próximos aos do querosene fóssil. É uma estratégia de fácil implantação”, afirma o professor da ETH.

Hoje, os combustíveis sustentáveis ​​para a aviação (SAFs) são caros e estão sendo usados ​​apenas em quantidades limitadas por algumas companhias aéreas, misturados com o combustível normal. Mas a International Air Transport Association (IATA), a organização guarda-chuva do setor, quer aumentar maciçamente o uso de combustíveis menos danosos ao ambiente. A entidade introduziu um compromissoLink externo não vinculativo para reduzir as emissões de CO2 até 2050, no qual a quantidade de SAFs usados ​​pela indústria deve aumentar de 2% em 2025 para 65% em 2050.

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Adaptação: Clarissa Levy

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