O novo relatório da IDTechEx, "Estruturas Metalorgânicas (MOFs) 2024-2034: Mercado, Tecnologia e Principais Empresas", avalia o papel das MOFs na aceleração da descarbonização industrial e os desafios associados à sua adoção na indústria.

5 tecnologias-chave baseadas em MOFs que podem ajudar a abordar a descarbonização industrial. Fonte: IDTechEx

1. Sorbentes MOF para soluções de captura de carbono em fontes pontuais, direcionadas para indústrias de difícil redução

A implementação de tecnologias de captura de carbono é fundamental para lidar com as emissões de indústrias de difícil descarbonização (como o cimento, o aço, etc.), apoiando a produção de hidrogénio de baixo carbono e removendo CO2 da atmosfera. Os MOF podem funcionar como filtros altamente seletivos, capazes de adsorver CO2 na presença de outros gases, como o N2 e o vapor de água, com uma cinética rápida. A principal vantagem é que os filtros saturados podem ser regenerados em poucos minutos utilizando calor industrial de baixa qualidade ou processos consolidados de oscilação de pressão, oferecendo vias de regeneração com menor consumo de energia em comparação com os métodos atuais. Embora estas tecnologias operem a uma escala substancialmente mais pequena do que a lavagem com aminas, existe potencial para uma rápida expansão destas tecnologias modulares a médio prazo.

2.º Os MOF podem reduzir a pegada de carbono associada à produção química

Os processos de separação e purificação química estão entre os maiores contribuintes para o consumo de energia na indústria química. Existe uma oportunidade significativa para o desenvolvimento de tecnologias de separação alternativas que utilizem materiais inovadores (por exemplo, MOFs) para substituir ou complementar os sistemas existentes e, assim, reduzir o consumo de energia. Por exemplo, o propileno, uma matéria-prima química essencial, pode ser separado do propano para produzir propileno de grau polimérico, utilizando tecnologia de membrana baseada em MOFs. A startup suíça UniSieve informou a IDTechEx que a sua tecnologia de membrana de peneira molecular pode reduzir o consumo de energia associado à separação de propileno/propano até 90% em comparação com os processos de destilação convencionais.

3. Tecnologias de extração direta de lítio baseadas em MOF para enfrentar os desafios previstos de oferta e procura

As tecnologias de energia limpa, como as baterias para veículos elétricos, requerem grandes quantidades de minerais essenciais. Atualmente, 60% da procura total de lítio provém de energia limpa, sendo que este valor deverá aproximar-se dos 90% até 2030, segundo o cenário de emissões líquidas zero (NZE) da AIE (Agência Internacional de Energia). A procura de lítio deverá ultrapassar as 700.000 toneladas até 2030 no cenário NZE da AIE, enquanto a oferta projectada cobrirá apenas cerca de 70% da procura. Além disso, o relatório da IDTechEx "Materiais para Células e Conjuntos de Baterias de Veículos Elétricos 2023-2033" prevê uma escassez de oferta a partir de 2026 (ou antes). Por conseguinte, a rápida expansão e diversificação de cadeias de fornecimento de minerais robustas e sustentáveis ​​são essenciais para o crescimento contínuo.

A capacidade de adaptar MOFs para separar seletivamente substâncias químicas pode ser aproveitada para tecnologias de extração direta de lítio (DLE), uma alternativa aos métodos convencionais de isolamento de lítio. A empresa americana EnergyX desenvolveu a sua própria tecnologia modular de transporte e separação de iões de lítio (LiTAS™), que utiliza membranas baseadas em MOFs. Atualmente, a empresa está a realizar demonstrações piloto da sua tecnologia na América do Norte e do Sul. A EnergyX recebeu também investimento da General Motors (GM) para desenvolver a sua tecnologia de DLE e refinação, bem como para apoiar a sua comercialização. O acordo permite também à GM o acesso a fontes de lítio competitivas para utilização exclusiva na produção de veículos elétricos e apoia projetos de produção de lítio na América do Norte e do Sul, num esforço para diversificar as oportunidades da cadeia de abastecimento.

4. Os MOF podem alargar a gama de refrigerantes recuperáveis

Outra área de foco é a recuperação de refrigerantes. Os refrigerantes fluorocarbonados têm um potencial de aquecimento global (GWP) centenas a milhares de vezes superior ao do CO2 (GWP do CO2 = 1). Em resultado da Emenda de Kigali ao Protocolo de Montreal, a produção de refrigerantes hidrofluorocarbonados deverá ser significativamente reduzida até 2036. Por conseguinte, a Daikin, fabricante de refrigerantes e equipamentos de aquecimento, ventilação e ar condicionado, está a promover ativamente a recuperação de refrigerantes. As tecnologias de separação baseadas em MOFs (estruturas metalorgânicas) atualmente em desenvolvimento permitem a separação de refrigerantes fluorocarbonados com pequenas diferenças nos pontos de ebulição, o que geralmente não é possível com os métodos de separação convencionais, como a destilação.

5. Sistemas AVAC baseados em MOF para solucionar o elevado consumo de energia associado ao arrefecimento dos ambientes

De acordo com a atualização do Roteiro Net Zero 2023 da AIE (Agência Internacional de Energia), o consumo de energia associado ao arrefecimento dos ambientes mais do que duplicará até 2050, impulsionado pela crescente procura de ar condicionado nos mercados emergentes e nas economias em desenvolvimento. Para gerir a pressão sobre a geração de electricidade e as infra-estruturas, são necessários sistemas de ar condicionado mais eficientes em termos energéticos. Por exemplo, a Montana Technologies está a comercializar o AirJoule®, que utiliza contactores de alumínio revestidos com MOF (metal-óxido de ferro) para integração em sistemas de climatização (AVAC) e de captação de água atmosférica, eliminando a necessidade de refrigerantes. A empresa afirma que a sua tecnologia pode reduzir o consumo de eletricidade em aproximadamente 75%. Em março de 2024, a Montana Technologies anunciou que tinha garantido todo o financiamento necessário para comercializar a sua tecnologia com parceiros como a BASF, GE Vernova, CATL e Carrier.

Perspetivas da IDTechEx

Os MOF podem viabilizar o surgimento de tecnologias disruptivas de próxima geração, essenciais para a descarbonização industrial. No entanto, o fabrico economicamente viável de MOFs para aplicações industriais e o desenvolvimento de tecnologias robustas e escaláveis ​​que integrem estes materiais apresentam diversos desafios. Embora os testes iniciais e os dados dos projetos-piloto apresentem resultados promissores, as tecnologias ainda não foram demonstradas à escala industrial. As parcerias entre fabricantes de MOFs e desenvolvedores de tecnologia são essenciais para o avanço destas tecnologias e para a concretização do potencial destes materiais, sendo os investimentos estratégicos dos parceiros industriais fundamentais para levar estas tecnologias ao mercado.

O novo relatório da IDTechEx, "Estruturas Metalorgânicas (MOFs) 2024-2034: Mercado, Tecnologia e Principais Empresas", oferece uma análise independente destas tendências e considera aplicações de MOFs para diversas outras tecnologias em fase inicial, incluindo armazenamento de hidrogénio, armazenamento de energia, sensores e muito mais. Com base em dados de investigação primária, o relatório analisa os principais participantes do setor e fornece previsões de mercado em termos de procura anual e valor de mercado segmentado por aplicação.

Autora: Dra. Shababa Selim, Analista de Tecnologia da IDTechEx