Estudo e Desenvolvimento de DPMIECs de BSCF e La-BSCF:CeO2 com Aalta Estabilidade Termoquímica e Termomecânica para Captura de CO2 Pós-Combustão
Perovskita, CCUS, separação gasosa, cerâmicas densas, freeze-casting, membrana, MIEC
O dióxido de carbono (CO2) é considerado como um dos principais atores nas mudanças climáticas de origem antropogênica, logo, diversos tratados internacionais visam a emissão zero de CO2 num futuro próximo para os países signatários. No entanto, o CO2 também tem chamado a atenção como matéria-prima. Diversas tecnologias têm sido desenvolvidas para otimizar a captura e separação de CO2 em altas temperaturas, especialmente em aplicações de CCUS (carbon capture, utilization and storage). Membranas permeáveis a oxigênio podem operar como um reator redox para separar CO2 em altas temperaturas; geralmente, materiais cerâmicos como perovskitas são empregados como condutores mistos iônico-eletrônicos (MIECs). A Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2 (BSCF) é considerado o melhor material MIEC até o momento em termos de condutividade, embora sua alta reatividade dificulte sua estabilidade termoquímica, o que atualmente impede aplicações. A presente pesquisa teve como objetivo estabilizar termoquimicamente a BSCF usando substituição de La no sítio A (BSLCF) e a fabricação de compósitos de CeO2:BSCF e CeO2:BSLCF para mitigar a oxidação sob ambientes ricos em CO2 em altas temperaturas (700-900 °C). Observou-se que tanto a modificação com La quanto a composição com CeO2 reduziram a oxidação sob essas condições, preservando a maior parte da estrutura, especificamente quando 30wt.% de La foi substituído nos sítios de Ba. Foram observadas fases ortorrômbicas de BSCF em algumas amostras modificadas com baixa concentração, e mapas de densidade eletrônica corroboraram com análises de XPS e TGA, mostrando aumento no estado de vacância de oxigênio através da avaliação dos estados de oxidação Co3+ e Co2+ e perda de massa de 100 °C até a temperatura de ativação termoquímica, que foi catalisada de 700 °C para 450-500 °C, o que representa uma redução no consumo de energia durante o processo de separação. Por fim, amostras perovskita em pó foram moldadas em tubos por freeze-casting para futura incorporação de carbonato, visando a fabricação de MIEC de fase dupla (DPMIEC) para avaliar a separação CO2:N2. Assim, neste trabalho, um BSLCF modificado potencialmente mais estável termoquimicamente foi produzido com sucesso.