Murilo Leite Alcantara

Como armazenar energia renovável de forma mais sustentável, evitando materiais críticos e reduzindo a dependência de membranas dispendiosas? Esta foi a questão central do MeBattery, Mediated Biphasic Battery, um projecto EIC Pathfinder financiado pelo programa Horizon Europe e dedicado ao desenvolvimento de uma nova geração de baterias de fluxo redox.

Finalizado em 2025, o MeBattery partiu de uma ideia ambiciosa: substituir a separação física tradicional entre electrólitos por uma separação guiada pela própria termodinâmica. Em vez de depender de uma membrana iono-selectiva, o conceito explorou sistemas aquosos bifásicos, conhecidos como ABS, aqueous biphasic systems, capazes de manter espécies redox em fases líquidas distintas e reduzir a contaminação cruzada.

Na Universidade de Aveiro, o trabalho foi desenvolvido pelo grupo PATH, coordenado pelo Prof. João A. P. Coutinho, com foco na modelação termodinâmica, selecção e caracterização de sistemas líquidos complexos. A nossa contribuição centrou-se no uso de COSMO-RS para prever quais combinações de sais, líquidos iónicos e aditivos poderiam originar ABS mais adequados para baterias de fluxo. Esta abordagem permitiu fazer uma triagem racional dos sistemas antes da validação experimental, reduzindo tentativa e erro e acelerando a identificação de electrólitos promissores.

Para além da modelação, foram preparados e caracterizados experimentalmente diferentes ABS. O trabalho incluiu a avaliação da partição de espécies redox entre as fases, viscosidade, densidade, estabilidade e composição dos electrólitos. Estes dados foram essenciais para compreender o compromisso entre selectividade, baixa contaminação cruzada e propriedades físico-químicas compatíveis com operação em fluxo.

O projecto evoluiu de estudos de componentes e interfaces para a validação de um demonstrador laboratorial operado em condições de fluxo. A avaliação final da Comissão Europeia destacou que o MeBattery teve um desempenho excepcional, validou os princípios centrais da tecnologia a TRL 4 e gerou uma base científica sólida para desenvolvimento futuro. Entre os principais resultados estão a identificação de sistemas bifásicos selectivos, a compreensão de processos interfaciais, a validação de combinações mediador redox, material sólido activo e electrólito bifásico, além de quatro pedidos de patente.

O MeBattery mostra como a combinação entre termodinâmica molecular, electroquímica e engenharia de sistemas líquidos pode abrir novas rotas para tecnologias de armazenamento de energia mais sustentáveis. O projecto terminou, mas deixa uma plataforma científica e tecnológica pronta para avançar para novas etapas de optimização, escala e exploração.

O metanol é uma das moléculas-chave da transição energética. Pode funcionar como combustível renovável, vector de armazenamento químico de energia e matéria-prima para a indústria química. No entanto, a sua produção sustentável a partir de CO₂ continua limitada por um problema clássico de engenharia química: a própria termodinâmica da reacção.

É neste desafio que se insere o ILIMITED, First-ever Ionic Liquid sorbent Methanol synthesis In order To Enable over 80% yielD, um projecto Horizon Europe Research and Innovation Action, financiado no âmbito da chamada HORIZON-CL5-2024-D2-01, com o acordo de subvenção n.º 101192964. O projecto decorre entre 2025 e 2027 e é coordenado pelo National Institute of Chemistry, Eslovénia, reunindo parceiros académicos e industriais de diferentes países europeus.

A ideia central do ILIMITED é simples de formular, mas difícil de realizar: remover selectivamente os produtos da reacção, em especial metanol e água, usando líquidos iónicos como sorventes, de forma a deslocar o equilíbrio da síntese de metanol a partir de CO₂ e H₂. O objectivo é ultrapassar o rendimento de referência actual, próximo de 60%, e atingir rendimentos superiores a 80%, integrando três avanços tecnológicos: sorção selectiva com líquidos iónicos, encapsulamento de catalisadores para prevenir desactivação e contacto directo indesejado com o líquido, e reactores impressos em 3D para melhorar transferência de massa e calor.

A ambição é particularmente relevante para fontes descentralizadas de CO₂, como estações de tratamento de águas residuais. Neste cenário, o CO₂ proveniente de biogás pode deixar de ser apenas uma emissão residual e passar a ser uma matéria-prima para produção local de e-metanol. O projecto explora este conceito como uma rota para armazenamento de energia de longa duração, produção de combustível renovável e valorização de infraestruturas ambientais como potenciais biorrefinarias.

Na Universidade de Aveiro, o trabalho é desenvolvido pelo grupo PATH, coordenado pelo Prof. João A. P. Coutinho, com foco na selecção de líquidos iónicos, modelação termodinâmica e avaliação da sustentabilidade da cadeia de valor. A nossa contribuição centra-se no uso de COSMO-RS, COSMO-SAC e abordagens assistidas por AI para prever quais líquidos iónicos apresentam o melhor compromisso entre selectividade de sorção, estabilidade térmica, baixa volatilidade, viscosidade adequada e desempenho esperado na separação de metanol e água em condições relevantes de operação.

Na prática, isto significa transformar um espaço químico enorme, com milhares de combinações possíveis de catiões e aniões, numa lista racional de candidatos prioritários para síntese, caracterização e teste. A modelação permite reduzir tentativa e erro, orientar a preparação experimental de novos líquidos iónicos e apoiar a escolha de sorventes capazes de melhorar a eficiência da síntese de metanol. Esta ligação entre termodinâmica molecular, dados experimentais e aprendizagem estatística é uma das bases do contributo da equipa de Aveiro para o projecto.

O trabalho já começou a produzir resultados. O projecto reporta publicamente a síntese laboratorial de líquidos iónicos desenhados com grupos funcionais hidrofílicos, mantendo como critérios a estabilidade e a viscosidade adequadas para estudos de sorção e desenvolvimento de processo. Amostras seleccionadas foram já preparadas e enviadas para parceiros do consórcio para testes em condições relevantes. Além disso, a página de resultados do ILIMITED lista contribuições da Universidade de Aveiro em comunicações sobre screening de solventes de alta temperatura para separação de metanol, COSMO + AI para selecção de solventes aplicada à síntese de metanol, e líquidos iónicos para separação de metanol e água a alta temperatura.

O ILIMITED está ainda em execução, mas já representa uma direcção clara: usar modelação molecular e líquidos iónicos para atacar um dos limites fundamentais da conversão de CO₂ em combustíveis renováveis. Ao ligar química computacional, caracterização experimental, catálise, engenharia de reactores e sustentabilidade, o projecto procura aproximar a síntese descentralizada de e-metanol de uma tecnologia viável para armazenamento de energia e valorização de carbono.