Cientistas da Universidade de Tohoku, no Japão, desenvolveram uma nova classe de membranas que rompem uma barreira de desempenho considerada intransponível desde a revisão de 2008 na separação de dióxido de carbono (CO2). O avanço, baseado em estruturas orgânicas covalentes (COFs) engenheiradas com heteroátomos, permite capturar CO2 com velocidade e seletividade simultaneamente superiores, algo que os materiais convencionais jamais haviam conseguido.
A pesquisa, publicada no Journal of the American Chemical Society, ataca diretamente o chamado ‘limite de Robeson’, um teto técnico que há quase duas décadas define o equilíbrio impossível entre permeabilidade e seletividade em membranas de separação de gases. A equipe liderada pelo Dr. Saikat Das, professor associado júnior do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar para Materiais Avançados da Universidade de Tohoku, conseguiu projetar dois novos materiais porosos — TUS-621 e TUS-622 — com arquiteturas praticamente idênticas, mas com átomos de oxigênio e enxofre respectivamente em suas superfícies internas.
Segundo reportagem do portal Phys.org, a chave do sucesso está na química de poros meticulosamente controlada que os pesquisadores implantaram. A versão rica em oxigênio, TUS-621, demonstrou uma afinidade eletrônica muito mais forte com as moléculas de CO2, criando caminhos que simultaneamente atraem o gás e o transportam com rapidez excepcional através da matriz polimérica.
O Dr. Das explicou que o grande desafio histórico sempre foi isolar o papel da química de superfície sem alterar a geometria dos poros, já que mudanças na estrutura física distorcem qualquer comparação. Ao criar dois materiais isostruturais — ou seja, com a mesma arquitetura de poros, mas com assinaturas químicas diferentes —, a equipe conseguiu correlacionar diretamente a engenharia de heteroátomos em nível molecular com o desempenho macroscópico de separação de gases.
Os testes de permeação com misturas gasosas revelaram números que superam com folga o limite de Robeson para o par CO2/metano (CH4), crucial para a purificação de gás natural. A membrana otimizada TUS-621/Pebax-10% manteve desempenho excepcional em amplas faixas de pressão e temperatura durante operação contínua por 30 dias, um indicador de estabilidade que a torna candidata viável para aplicações industriais.
Simulações computacionais complementares revelaram que o acoplamento eletrônico mais intenso entre o CO2 e os ambientes ricos em oxigênio nos poros é o mecanismo central por trás da adsorção seletiva e do transporte rápido. Esse insight molecular permite projetar futuras gerações de COFs com precisão atômica, em vez de depender de tentativa e erro empírico.
O professor Yuichi Negishi, também do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar para Materiais Avançados, afirmou que o estudo demonstra como a engenharia de precisão com heteroátomos pode remodelar fundamentalmente o comportamento de transporte em membranas. A estratégia abre um novo caminho rumo a tecnologias de captura de carbono e separação de gases energeticamente eficientes, superando os gargalos que mantinham as membranas convencionais confinadas abaixo do limite de Robeson.
A captura de CO2 é um processo central em indústrias como purificação de gás natural, produção de hidrogênio e gestão de emissões de carbono, setores que atualmente dependem de tecnologias intensivas em energia, como a lavagem com aminas e a separação criogênica. As novas membranas podem revolucionar esses processos, tornando-os mais eficientes e sustentáveis.
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