A tecnologia de captura de carbono está pronta para ser expandida ao uso industrial

Dez anos após o Acordo de Paris para limitar o aquecimento global a 1,5℃, o mundo ainda luta para cumprir as metas de redução de emissões. Projeta-se que as emissões de gases de efeito estufa (GEE) aumentem 1,1% em 2025, atingindo um nível recorde e impactando ainda mais as perturbações climáticas. Alcançar emissões líquidas zero até 2050 é mais urgente do que nunca, e isso exigirá uma estratégia abrangente — transição para fontes de energia renováveis, melhoria da eficiência energética, promoção de práticas sustentáveis de uso da terra e captura de dióxido de carbono (CO₂).

Capturar emissões de CO₂ é uma tática fundamental para indústrias que dependem de combustíveis fósseis. Setores como a fabricação de cimento e aço exigem temperaturas de processo extremamente altas e, embora existam alternativas livres de emissões, como o hidrogênio verde, essas tecnologias ainda estão em fase de escala e não conseguem atender aos requisitos de energia industrial.  

A captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) está surgindo como uma ferramenta vital para mitigar as emissões da infraestrutura existente, e a captura direta de ar (DAC) pode reduzir os níveis atuais de CO₂ atmosférico. As tecnologias de captura de carbono são um componente importante da mitigação global de emissões e, como constatamos em uma análise recente da CAS Content Collection^TM, o maior repositório de informações científicas curado por humanos, elas estão agora mais próximas da comercialização em larga escala.

Últimas tendências de publicação em captura de carbono

Os métodos de captura de carbono existem há décadas e, como exploramos em um artigo anterior do CAS Insights, existem inúmeras abordagens para capturar carbono, incluindo métodos biológicos, químicos e geológicos. Um desenvolvimento significativo desde nossa publicação anterior é o crescimento dramático no número de patentes relacionadas à captura de CO₂, o que sinaliza um alto interesse comercial nos últimos anos (veja a Figura 1).
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Figura 1: Número de patentes e publicações em periódicos relacionadas à captura de CO₂ para o período de 2009-2025. Dados de 2025 coletados até maio. Fonte: CAS Content Collection.

Mapeamos as publicações relacionadas à captura de carbono usando dados de indexação do CAS, que atribuem publicações a seções com base em sua área de conteúdo. Esse mapeamento revela quais tópicos estão recebendo mais atenção de pesquisa e maior atividade de patentes (veja a Figura 2). No geral, as abordagens de engenharia e conversão química estão liderando os esforços de comercialização neste campo.
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Figura 2: Mapa de publicações relacionadas à captura de CO₂ com base nas seções do CAS, juntamente com o número de publicações em cada ramo. Vários nós do mapa são codificados por cores com base na porcentagem de patentes nos ramos. Fonte: CAS Content Collection.

A seção "Poluição do Ar e Higiene Industrial" tem o maior número de publicações, com mais de 13.000. Apesar desse volume, no entanto, sua porcentagem moderada de patentes (17%) sugere que muitos estudos ainda estão na fase de pesquisa fundamental.  

Por outro lado, as seções "Operações e Processos Unitários" e "Catalisadores, Cinética de Reação e Mecanismos de Reação Inorgânica" têm volumes de publicação menores do que "Poluição do Ar e Higiene Industrial", mas exibem altas porcentagens de atividade de patentes. "Operações e Processos Unitários" possui 62% das patentes, indicando um forte foco comercial em tópicos como colunas de absorção, separações por membrana e sistemas de adsorção por oscilação de pressão. "Catalisadores, Cinética de Reação e Mecanismos de Reação Inorgânica" (37% das patentes) provavelmente cobre novos catalisadores para converter CO₂ em produtos químicos e combustíveis, nos quais as empresas têm interesse significativo.

Nossa análise constatou que a seção "Tecnologia de Energia Eletroquímica, Radiacional e Térmica" possui 24% das patentes, abrangendo tecnologias como redução eletroquímica de CO₂ e células de eletrólise de óxido sólido.  

Curiosamente, as três seções relacionadas a plantas e sequestro de carbono de base biológica — “Fertilizantes, Solos e Nutrição de Plantas” (5%); “Bioquímica de Plantas” (3%); e “Bioquímica Microbiana, de Algas e Fúngica” (11%) — apresentaram porcentagens de patentes consideravelmente baixas (indicadas entre parênteses). Isso parece ser uma oportunidade comercial perdida, dado o potencial de fixação de carbono de base biológica por meio da fotossíntese e de microrganismos projetados.

Novos impulsionadores da comercialização da captura de carbono

Por que a atividade de patentes está aumentando? A comercialização de tecnologias de captura de carbono está sendo impulsionada por múltiplos fatores, que variam desde preocupações climáticas crescentes até incentivos de mercado e avanços tecnológicos:

• Regulamentações ambientais rigorosas: Governos em todo o mundo estão implementando regulamentações e políticas mais rigorosas destinadas a reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Isso inclui impostos sobre carbono, sistemas de comércio de emissões e mandatos para a adoção de soluções de captura de carbono.

• Compromissos corporativos com a sustentabilidade: As empresas enfrentam uma pressão crescente de partes interessadas, investidores e consumidores para reduzir seu impacto ambiental e alcançar a neutralidade de carbono. Muitas empresas estão estabelecendo metas ambiciosas e investindo em CCUS para se alinhar a iniciativas ambientais, sociais e de governança.

• Incentivos econômicos: Governos e organizações internacionais estão fornecendo financiamento substancial, subsídios, créditos fiscais e incentivos para apoiar a pesquisa, o desenvolvimento e a implementação de tecnologias de CCUS.

• Aplicações de recuperação avançada de petróleo (EOR): O uso de CO₂ capturado em EOR está proporcionando um importante impulsionador econômico e de mercado para o CCUS. A injeção de CO₂ em poços de petróleo ajuda a extrair mais óleo, gerando uma fonte de receita que pode compensar alguns dos custos associados à captura e ao armazenamento.

• Avanços tecnológicos: A pesquisa e o desenvolvimento contínuos estão levando a métodos de captura mais eficientes, econômicos e escaláveis. Isso inclui avanços em novos materiais (ou seja, solventes, adsorventes, membranas), otimização de processos e integração da captura de carbono com outras tecnologias de energia limpa.

• Demanda de mercado por produtos de baixo carbono: A crescente demanda por produtos e processos sustentáveis e ecologicamente corretos em vários setores está estimulando a adoção de tecnologias de captura de CO₂.

O custo para capturar uma tonelada de CO₂ é crucial para determinar a adoção e a viabilidade comercial das tecnologias de captura de carbono. As estimativas de custo atuais variam dependendo da fonte, da tecnologia e da escala da operação. Para processos industriais com altas concentrações de CO₂, como a produção de etanol ou o processamento de gás natural, o custo pode variar de US$ 15 a US$ 25 por tonelada de CO₂. No entanto, para fluxos de gás diluído, como os encontrados na produção de cimento e na geração de energia, os custos podem ser mais altos, variando de US$ 40 a US$ 120 por tonelada de CO₂. A DAC custa atualmente entre US$ 600 e US$ 1.000 por tonelada, mas especialistas acreditam que esses custos podem cair para menos de US$ 200 por tonelada até 2050, com investimentos suficientes em P&D e desenvolvimento de infraestrutura.

Os créditos de carbono são outro fator na viabilidade econômica da captura de CO₂. Créditos de carbono são licenças ou certificados rastreáveis que representam a redução ou remoção de uma tonelada de equivalente de dióxido de carbono (tCO₂e) da atmosfera. Os preços desses créditos também variam dependendo do setor, do tipo de projeto e da qualidade do projeto. Apesar das recentes quedas nos preços médios (para US$ 4,8/tonelada em 2024), há uma forte demanda por créditos verificados de alta qualidade, o que leva a preços premium para projetos com maior durabilidade e impactos positivos.

Se esses preços subirem, a viabilidade econômica de capturar e armazenar CO₂ torna-se mais atraente em comparação com a emissão. Alcançar a implementação generalizada da captura de carbono exigirá investimentos significativos, avanços tecnológicos e regulamentações. Há indicações de um futuro promissor para essas tecnologias críticas nos próximos anos, à medida que o mundo se esforça para cumprir metas climáticas ambiciosas e mitigar os impactos severos das mudanças climáticas.

Conceitos de patentes com maior crescimento

Para entender melhor como a comercialização da captura de carbono está se desenvolvendo, analisamos as seis seções do CAS com alto número de patentes vistas na Figura 2 e identificamos os conceitos de pesquisa mais comuns dentro delas (veja a Figura 3).
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Figura 3: Conceitos indexados nas seções do CAS com alta porcentagem de patentes. Fonte: CAS Content Collection.

Em "Poluição do Ar e Higiene Industrial", a adsorção e a absorção predominam, com o tratamento de gases de combustão sendo o foco central. Os pesquisadores estão trabalhando na otimização de adsorventes com alta porosidade e área superficial para capturar CO₂ de emissões industriais. A presença da economia como conceito reitera que as considerações de custo são cruciais para a comercialização.

A seção "Combustíveis Fósseis, Derivados e Produtos Relacionados" mostra uma combinação interessante de abordagens de captura e utilização. Embora a adsorção continue sendo importante, a recuperação avançada de petróleo aparece com destaque, sugerindo que estudos estão em andamento para usar o CO₂ capturado para extrair mais petróleo. Isso cria um incentivo econômico para a captura e uma necessidade crescente de sequestro adicional.

"Tecnologia de Energia Eletroquímica, Radiacional e Térmica" revela uma mudança em direção a soluções sustentáveis, já que biomassa e energia renovável são os principais conceitos. A presença da eletrólise sugere pesquisas sobre redução eletroquímica de CO₂. A produção de gás de síntese indica estudos envolvendo a conversão de CO₂ em produtos químicos úteis.

A seção "Operações e Processos Unitários", que apresenta a maior porcentagem de patentes, concentra-se em aspectos de engenharia como fluxo, separação e otimização de transferência de calor. A presença de trocadores de calor indica a importância da recuperação de energia para tornar os processos economicamente viáveis.

"Tratamento e Disposição de Resíduos" combina biomassa/carvão com tratamento de águas residuais, sugerindo abordagens integradas. A seção "Catálise, Cinética e Mecanismos de Reação Inorgânica" contém estruturas metal-orgânicas e reações de cicloadição para converter CO₂ em carbonatos cíclicos e produtos químicos valiosos. Essa descoberta é consistente com nossa análise anterior (veja a Figura 2), que observa uma ênfase crescente na conversão química.

Ao analisarmos as substâncias presentes na literatura sobre captura de carbono, o CO₂ é, compreensivelmente, a mais citada, sendo tanto o alvo da captura quanto uma potencial matéria-prima para utilização (veja a Figura 4).
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Figura 4: (A) 15 substâncias mais prevalentes em publicações relacionadas à captura de CO₂; (B) O número de publicações contendo as substâncias selecionadas e os papéis desempenhados por essas substâncias nas três seções do CAS com altas porcentagens de patentes e alto número de publicações. Fonte: CAS Content Collection.

Outras substâncias importantes incluem materiais de carbono — o carvão ativado, por exemplo, é um adsorvente favorecido devido à sua alta área superficial e capacidade de ser modificado. Outras substâncias comumente citadas incluem o nitrogênio, usado como gás inerte durante a síntese e regeneração de adsorventes. O hidrogênio é amplamente mencionado, pois é gerado juntamente com o CO₂ durante a reforma a vapor do metano. O próprio metano é um reagente na reforma a vapor, que gera quantidades consideráveis de CO₂, e é o produto da redução de CO₂ por meio da reação de Sabatier. Também é crucial separar o CO₂ do gás natural, que é composto principalmente por metano, para certas aplicações.

A Figura 4B revela os papéis das principais substâncias na pesquisa de captura de CO₂ em três seções do CAS com altas porcentagens de patentes e altos volumes de publicações.

Na seção "Poluição do Ar e Higiene Industrial", a etanolamina serve como o principal material de engenharia para sistemas de absorção de CO₂ pós-combustão, enquanto compostos à base de cálcio (carbonato e óxido) permitem processos de carbonatação mineral para o armazenamento permanente de CO₂. O metano aparece predominantemente como um poluente em fluxos de gases de combustão, exigindo separação do CO₂ capturado.

A seção "Tecnologia de Energia Eletroquímica, Radiacional e Térmica" enfatiza a conversão de CO₂ em produtos valiosos, com o hidrogênio e o monóxido de carbono sendo reagentes-chave na produção de combustível sintético por meio de redução eletroquímica. Essa abordagem transforma o CO₂ capturado em metano por meio de tecnologias power-to-gas, criando soluções de armazenamento de energia renovável. Esta seção também apresenta metano, hidrogênio e monóxido de carbono como reagentes, focando em processos como a conversão eletroquímica.

Metano, hidrogênio e monóxido de carbono são investigados principalmente em "Combustíveis Fósseis, Derivados e Produtos Relacionados" para vias de utilização de CO₂, incluindo seu papel como reagentes na conversão de CO₂ capturado em combustíveis ou outros produtos químicos. O metano desempenha um papel duplo nesta seção — como material de processo na reforma a vapor do metano para produção de hidrogênio e como alvo de separação. A menor presença de etanolamina nesta seção sugere que métodos alternativos de captura, como a adsorção por oscilação de pressão, são preferidos para fluxos de gás de alta pressão.

A sílica aparece consistentemente como um material de engenharia em todas as seções, provavelmente representando o desenvolvimento de sorventes sólidos para adsorção de CO₂. Os papéis variados das substâncias destacam como as estratégias de captura de carbono se adaptam a diferentes contextos industriais — desde o tratamento de emissões atmosféricas até a conversão de CO₂ em produtos químicos valiosos e o gerenciamento de fluxos de processamento de combustíveis fósseis.

Aplicações reais da tecnologia de captura de carbono

Podemos ver como conceitos relacionados e códigos IPC ganham forma em usos industriais atuais por meio de cessionários de patentes (veja a Figura 5):
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Figura 5: (A) Cessionários de patentes com o maior número de patentes; (B) Os grupos de Classificação Internacional de Patentes (IPC) mais prevalentes e conceitos indexados pelo CAS nas publicações de patentes dos principais cessionários. As colunas apresentam os grupos IPC e os quadrados representam os conceitos, onde o tamanho dos quadrados é proporcional ao número de publicações. Fonte: CAS Content Collection.

• A L'Air Liquide, uma empresa global de gases industriais, concentra-se fortemente em tecnologias de separação e purificação de gases baseadas em sistemas de adsorção. Suas patentes relacionadas a gás de síntese sugerem integração com instalações de produção de hidrogênio.

• A China Petrochemical Corporation e a China Huaneng demonstram uma forte ênfase no tratamento de gases de combustão, refletindo a necessidade urgente da China de descarbonizar usinas termelétricas a carvão e outras indústrias. Seu foco em compostos orgânicos oxigenados indica o desenvolvimento de vias de utilização de CO₂ para produção química, transformando o CO₂ residual em matérias-primas valiosas usando microalgas.

• A ARAMCO e a Schlumberger são empresas de serviços de petróleo com patentes que combinam equipamentos de perfuração terrestre com tecnologias de captura de carbono. Isso sugere o desenvolvimento de sistemas de EOR (recuperação avançada de petróleo), onde o CO₂ capturado é injetado em campos de petróleo esgotados, armazenando carbono simultaneamente e extraindo recursos petrolíferos adicionais.

A prevalência de sorventes sólidos e tecnologias de adsorção em todas as empresas indica uma mudança em direção a materiais de captura de próxima geração que oferecem menores penalidades energéticas em comparação com os sistemas tradicionais de amina líquida. As inovações em trocadores de calor sugerem um foco na integração térmica e recuperação de energia, que são fundamentais para reduzir os custos operacionais. Essa distribuição de patentes demonstra como diferentes setores industriais estão adaptando as tecnologias de captura de carbono aos seus contextos operacionais e modelos de negócios específicos.

Próximos passos para a tecnologia de captura de carbono

Como mostra nossa análise do CAS Content Collection, a tecnologia de captura de carbono está se diversificando e amadurecendo, e esperamos uma adoção contínua nos próximos anos. A necessidade de limitar as emissões de GEE, incluindo as emissões de CO₂, torna-se mais urgente a cada ano, e essas tecnologias críticas serão importantes para esses esforços, particularmente para setores industriais de difícil descarbonização.

Como o Secretário-Geral da ONU observou, o mundo precisa adotar uma abordagem de "tudo, em todos os lugares, ao mesmo tempo" para mitigar os efeitos das mudanças climáticas. A comercialização de tecnologias de captura de CO₂ é outra estratégia importante para alcançar esse objetivo.

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