Com energia solar, reator limpa água e transforma CO₂ em etanol

O Instituto de Química da Unicamp desenvolveu dois reatores fotoeletroquímicos inovadores que aliam energia solar, sustentabilidade ambiental e tecnologia de ponta. Os dispositivos são capazes de descontaminar efluentes líquidos e, ao mesmo tempo, converter gás carbônico (CO₂) em etanol, um biocombustível amplamente utilizado no Brasil. A inovação oferece soluções limpas e eficazes tanto para o tratamento de água quanto para a redução das emissões industriais de gases de efeito estufa.

Por que tratar a água com reatores sustentáveis?

A descontaminação da água é essencial para o consumo humano, mas também para o descarte responsável após processos industriais. Efluentes podem conter microrganismos, metais pesados, compostos químicos e sedimentos, exigindo diferentes métodos de tratamento, entre os mais comuns estão: filtragem, cloração, ozonização, radiação ultravioleta e filtração por carvão ativado.

Contudo, esses métodos tradicionais muitas vezes envolvem altos custos, uso de reagentes químicos e consumo de energia elétrica não renovável.

Fotocatálise e eletroquímica com energia solar

Como alternativa mais limpa e eficiente, surgem tecnologias de descontaminação de água baseadas em:

• Fotocatalisadores, materiais que aceleram reações químicas ao serem expostos à luz solar
• Processos eletroquímicos, que usam eletrodos condutores ativados por uma fonte de energia elétrica

Essas abordagens foram integradas pelos pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp em um sistema de reatores alimentados por energia solar, com foco total em sustentabilidade ambiental e energética.

“O primeiro dos reatores foi desenvolvido com um fotocatalisador no ânodo em um sistema conectado a uma célula solar. Sob iluminação, o reator foi capaz de remover resíduos de fármacos, detergentes e corantes na água”, explica a professora Claudia Longo, líder do projeto.

Evolução do reator: do tratamento da água à conversão de CO₂ em etanol

Após os primeiros testes bem-sucedidos de descontaminação com energia solar, a equipe da Unicamp avançou para uma segunda geração do dispositivo. O novo modelo incorporou um catodo mais sofisticado, ampliando significativamente a eficiência das reações químicas e permitindo uma aplicação inovadora: a transformação de gás carbônico em etanol.

“O segundo reator foi uma evolução do primeiro, com a adição, como catodo, de um eletrodo semicondutor de difusão de gás, um fotocatalisador que gera água oxigenada, um agente muito eficiente para remover contaminantes. Utilizando como fotocatalisador selecionado do grupo de óxidos complexos, o segundo reator também é capaz de produzir etanol quando alimentado com gás carbônico”, explica a pesquisadora.

Essa inovação posiciona o reator como uma solução dupla e versátil para desafios ambientais:

• Tratamento de águas residuais contaminadas com compostos orgânicos complexos;
• Captura e conversão de CO₂ em um combustível renovável de alto valor agregado.
• Aplicações industriais e benefícios ambientais do reator solar da Unicamp

A tecnologia criada pelo Instituto de Química da Unicamp tem potencial de aplicação direta em indústrias, estações de tratamento de água e projetos de descarbonização. Os reatores podem ser integrados a diferentes sistemas para reduzir a poluição hídrica e a emissão de gases de efeito estufa, promovendo sustentabilidade e economia circular.

“Os reatores podem ser usados tanto em sistemas para tratamento direto de efluentes industriais e residenciais, evitando assim o despejo de poluentes em corpos d’água, quanto por indústrias que emitem CO₂, que podem instalar o dispositivo junto a chaminés por onde o gás é emitido”, comenta a professora Claudia Longo.

Dupla função com impacto positivo

A aplicação dos reatores oferece dois grandes benefícios ambientais:

• Redução da emissão de CO₂ – o gás, ao invés de ser lançado na atmosfera, é reaproveitado na produção de etanol;
• Geração de biocombustível limpo – o etanol obtido pode ser armazenado e utilizado em diversas aplicações energéticas, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

“Isso atenua a pegada de carbono, algo que ela aponta ser bastante desejado pela indústria, ao mesmo tempo que agrega a capacidade de gerar etanol, um componente muito consumido no país, que pode ser coletado e armazenado.”

Essa solução integra-se perfeitamente a metas de ESG (Environmental, Social and Governance) buscadas por empresas que desejam tornar seus processos mais verdes.

Energia solar: o diferencial do reator

Um dos pontos mais inovadores da tecnologia desenvolvida na Unicamp é o uso da energia solar como fonte primária para ativar o reator. Diferente de outros sistemas de tratamento de água que dependem de eletricidade convencional, este reator é projetado para funcionar de forma autônoma e limpa, aproveitando a luz do sol.

“No início das nossas pesquisas, a novidade foi associar uma célula solar para fornecer energia ao reator eletroquímico, o que não era comum. Assim, criamos um reator no qual a energia solar mantém o fluxo de corrente entre os eletrodos, ativando as reações eletroquímicas na água e promovendo um ciclo ambientalmente sustentável”, observa a pesquisadora.

Essa abordagem elimina a necessidade de fontes poluentes ou de alto custo energético, como geradores ou redes elétricas convencionais. Isso torna a solução especialmente viável para regiões com alta incidência solar ou onde o acesso à eletricidade é limitado.

Por que essa tecnologia se destaca?

• Dispensa o uso de reagentes químicos tóxicos, como cloro e outros oxidantes artificiais;
• Evita geração de subprodutos nocivos ou resíduos de difícil descarte;
• Opera com energia solar, reduzindo o custo e o impacto ambiental do processo;
• Integra múltiplas aplicações em um único sistema: purificação de água e produção de etanol;
• Facilidade de adaptação a contextos industriais variados, especialmente os que envolvem emissão de CO₂.

“Os procedimentos eletroquímicos para a redução de poluentes na água também oferecem diversas vantagens sobre outros métodos. Eles dispensam, por exemplo, o uso de reagentes químicos (que podem ser caros, difíceis de armazenar e geram resíduos químicos pós-tratamento), sobretudo os produtos à base de cloro.”

Por Christian Marra – Inova Unicamp | Leia a matéria completa aqui.