Dez anos após o Acordo de Paris para limitar o aquecimento global a 1,5°C, o mundo ainda luta para cumprir as metas de redução de emissões. As emissões de gases de efeito estufa (GEE) estão projetadas para aumentar 1,1% em 2025, atingindo um nível recorde e agravando ainda mais as disrupções relacionadas ao clima. Alcançar a neutralidade de carbono até 2050 é mais urgente do que nunca e exigirá uma estratégia abrangente, com a transição para fontes de energia renováveis, o aumento da eficiência energética, a promoção de práticas sustentáveis de uso da terra e a captura de dióxido de carbono (CO2).
A captura de emissões de CO2 é uma tática crucial para setores que dependem de combustíveis fósseis. Setores como a fabricação de cimento e aço exigem temperaturas de processo extremamente altas e, embora existam alternativas sem emissões como o hidrogênio verde, essas tecnologias ainda estão em expansão e ainda não podem atender aos requisitos industriais de energia.
A captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS) estão surgindo como ferramentas vitais para mitigar as emissões da infraestrutura existente, e a captura direta do ar (DAC) pode reduzir os níveis atuais de CO 2 atmosférico. As tecnologias de captura de carbono são um componente importante da mitigação global de emissões e, como descobrimos em uma análise recente da Coleção de Conteúdo do CASTM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana, elas estão agora mais próximas da comercialização em larga escala.
Últimas tendências de publicação em captura de carbono
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 indica alto interesse comercial nos últimos anos (veja a Figura 1).
Figura 1: Número de publicações em patentes e periódicos relacionadas à captura de CO2 para o período de 2009 a 2025. Dados de 2025 coletados até maio. Fonte: CAS coleção de conteúdo.
Mapeamos 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 a maior atividade de patentes (consulte a Figura 2). Em geral, abordagens de engenharia e de conversão química estão liderando os esforços de comercialização nesse campo.
Figura 2: Mapa das publicações relacionadas à captura de CO2 com base nas seções do CAS junto com o número de publicações em cada ramo. Vários nós do mapa são codificados por cores com base na porcentagem de patentes nas ramificações. Fonte: Coleção de Conteúdo CAS.
A seção “Poluição do ar e higiene industrial " tem o maior número de publicações, com mais de 13.000. Apesar desse volume, porém, sua porcentagem moderada de patentes (17%) sugere que muitos estudos ainda estão na fase de pesquisa fundamental.
Por outro lado, as seções “Operações Unitárias e Processos” e “Catalisadores, Cinética de Reações e Mecanismos de Reações Inorgânicas” apresentam volumes de publicação menores do que “Poluição do Ar e Higiene Industrial”, porém apresentam elevados percentuais de atividade em patentes. A categoria "Operações e Processos Unitários" detém 62% das patentes, o que indica um forte foco comercial em tópicos como colunas de absorção, separações por membrana e sistemas de adsorção por oscilação de pressão. A categoria “Catalisadores, Cinética de Reação e Mecanismos de Reação Inorgânica” (37% das patentes) provavelmente abrange catalisadores inovadores para a conversão de CO2 em produtos químicos e combustíveis, áreas de grande interesse para as empresas.
Nossa análise constatou que a "Electrochemical, Radiational, and Thermal Energy Tecnologia" tem 24% de 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 vegetal” (3%) e “Bioquímica Microbiana, de Algas e de Fungos” (11%), mostraram porcentagens consideravelmente baixas de patentes (observadas entre parênteses). Isso parece ser uma oportunidade comercial perdida por causa do potencial de fixação de carbono de base biológica por meio de fotossíntese e 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 vários fatores, que vão desde preocupações climáticas crescentes até incentivos de mercado e avanços tecnológicos:
- Regulamentações ambientais rigorosas: Governos no mundo todo estão implementando regulamentações e políticas mais rigorosas com o objetivo de reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Essas incluem impostos sobre carbono, esquemas de comércio de emissões e mandatos para 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 definindo metas ambiciosas e investindo em CCUS (Captura, Utilização e Armazenamento de Carbono) para se alinharem com iniciativas ambientais, sociais e de governança.
- Incentivos econômicos: Governos e organizações internacionais estão fornecendo financiamento substancial, subsídios, créditos fiscais e subsídios para apoiar a pesquisa, desenvolvimento e implantação de tecnologias CCUS.
- Aplicações de recuperação aprimorada de petróleo (EOR): O uso de CO2 capturado no EOR está fornecendo um importante impulsionador de mercado e econômico para a CCUS. A injeção de CO2 em poços de petróleo está ajudando a extrair mais petróleo, proporcionando uma fonte de receita que pode compensar alguns 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, absorventes, 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 ecológicos 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 custos atuais variam dependendo da fonte, da tecnologia e da escala de operação. Para processos industriais com altas concentrações deCO2 , como a produção de etanol ou o processamento de gás natural, o custo pode variar de US$ 15 a US$ 25 por tonelada deCO2. No entanto, para fluxos de gás diluídos como os encontrados na produção de cimento e geração de energia, os custos podem ser mais altos, variando de US$ 40 a US$ 120 por tonelada de CO2. Atualmente, o DAC custa 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 permissões 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 da recente queda nos preços médios (para US$ 4,8/ton em 2024), há uma forte demanda por créditos verificados e de alta qualidade, o que resulta em 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 à sua emissão. Para alcançar a implementação em larga escala da captura de carbono exigirá investimento significativo, 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 impactos graves das mudanças climáticas.
Conceitos de patentes que apresentam o maior crescimento
Para entender melhor como a comercialização da captura de carbono está se desenvolvendo, analisamos as seis seções de CAS de alta patente vistas na Figura 2 e identificamos os conceitos de pesquisa mais comuns nelas (Ver a Figura 3).
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 principal. Pesquisadores estão trabalhando na otimização de adsorventes com alta porosidade e área de superfície para capturar CO2 das 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" apresenta uma interessante combinação de abordagens de captura e utilização. Embora a adsorção continue sendo importante, a recuperação aprimorada de petróleo está ganhando destaque, o que sugere que estudos estão em andamento para usar o CO2 capturado na extração de mais petróleo. Isso cria um incentivo econômico para a captura e uma necessidade aumentada de sequestro adicional.
"Tecnologia de Energia Eletroquímica, Radiativa e Térmica" revela uma mudança em direção a soluções sustentáveis, uma vez que a biomassa e a energia renovável são conceitos fundamentais. A presença de eletrólise sugere pesquisa de redução eletroquímica de CO2. A produção de gás de síntese indica estudos envolvendo a conversão de CO2 em produtos químicos úteis.
A Seção "Operações Unitárias e Processos", que tem a maior porcentagem de patentes, foca em aspectos de engenharia, como otimização de fluxo, separação e transferência de calor. A presença de trocadores de calor indica a importância da recuperação de energia para tornar os processos economicamente viáveis.
O projeto "Tratamento e Disposição de Resíduos" está combinando biomassa/carvão com tratamento de águas residuais, sugerindo abordagens integradas. A seção "Catálise, Cinética e Mecanismos de Reação Inorgânica" contém estruturas metalorgânicas e reações de cicloadição para a conversão de CO2 em carbonatos cíclicos e produtos químicos valiosos. Esse achado é consistente com nossa análise anterior (consulte a Figura 2), observando uma ênfase crescente na conversão química.
Quando analisamos as substâncias presentes na literatura sobre captura de carbono, o CO2 é compreensivelmente o mais citado, sendo tanto o alvo para captura quanto uma matéria-prima potencial para utilização (veja a Figura 4).
Figura 4: (A) 15 substâncias mais prevalentes em publicações relacionadas à captura de CO2 ; (B) Número de publicações contendo as substâncias selecionadas e os papéis desempenhados por essas substâncias nas três seções da CAS com altas porcentagens de patentes e alto número de publicações. Fonte: Coleção de Conteúdo da CAS.
Outras substâncias importantes incluem materiais de carbono o carvão ativado, por exemplo, é um adsorvente preferido devido à sua elevada área superficial e capacidade de ser modificado. Outras substâncias comumente citadas incluem o nitrogênio, que é usado como gás inerte durante a síntese e regeneração de adsorventes. O hidrogênio é amplamente mencionado, pois é gerado junto com CO2 durante a reforma a vapor do metano. O metano em si 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 determinadas 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 publicação.
Na seção "Poluição do Ar e Higiene Industrial", a etanolamina serve como o principal material projetado para sistemas de absorção de CO2 pós-combustão, enquanto compostos à base de cálcio (carbonato e óxido) possibilitam processos de carbonatação mineral para armazenamento permanente de CO2. O metano aparece predominantemente como um poluente nos 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 de valor, com o hidrogênio e o monóxido de carbono atuando como reagentes-chave na produção de combustíveis sintéticos por meio da 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, com foco em processos como a conversão eletroquímica.
Metano, hidrogênio e monóxido de carbono são investigados principalmente em “Combustíveis Fósseis, Derivados e Produtos Relacionados” no contexto de rotas de utilização de CO2, incluindo seu papel como reagentes na conversão do CO2 capturado em combustíveis ou outros produtos químicos. Nesta seção, o metano desempenha um papel duplo: como matéria-prima no processo de reforma a vapor do metano para a produção de hidrogênio e como alvo para separação. A menor presença de etanolamina nesta seção sugere que métodos alternativos de captura, como a adsorção por oscilação de pressão, são preferidos para correntes gasosas de alta pressão.
A sílica aparece consistentemente como um material projetado em todas as seções, provavelmente representando o desenvolvimento de um sorvente sólido para a adsorção de CO2 . Os diferentes papéis desempenhados pelas substâncias destacam como as estratégias de captura de carbono se adaptam a diferentes contextos industriais — desde o tratamento de emissões atmosféricas até a conversão deCO₂ em produtos químicos valiosos e o gerenciamento de fluxos de processamento de combustíveis fósseis.
Aplicações do mundo real da tecnologia de captura de carbono
Podemos observar como conceitos relacionados e códigos IPC se materializam em usos industriais atuais por meio dos cessionários de patentes (ver Figura 5):
Figura 5: (A) Titulares de patentes com o maior número de patentes; (B) Os grupos mais prevalentes da Classificação Internacional de Patentes (IPC) e conceitos indexados do CAS nas publicações de patentes dos principais titulares de patentes. Colunas apresentam os grupos de IPC, e os quadrados representam os conceitos, em que o tamanho dos quadrados é proporcional ao número de publicações. Fonte: Coleção de Conteúdo do CAS.
- A L'Air Liquide, empresa global de gases industriais, foca fortemente em tecnologias de separação e purificação de gases baseadas em sistemas de adsorção. Suas patentes relacionadas ao gás de síntese sugerem a 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 as usinas termelétricas a carvão e outros setores. O foco em compostos orgânicos oxigenados indica o desenvolvimento de vias de utilização de CO2 para a produção química, transformando o CO2 residual em matérias-primas valiosas por meio de microalgas.
- A ARAMCO e a Schlumberger são empresas de serviços petrolíferos com patentes que combinam equipamentos de perfuração de solo com tecnologias de captura de carbono. Isso sugere o desenvolvimento de sistemas de recuperação avançada de petróleo (EOR, na sigla em inglês), nos quais o CO2 capturado é injetado em campos petrolíferos esgotados, armazenando carbono e extraindo simultaneamente recursos petrolíferos adicionais.
A predominância de sorventes sólidos e tecnologias de adsorção em todas as empresas indica uma mudança para materiais de captura de próxima geração que oferecem menores penalidades energéticas em comparação com sistemas tradicionais de aminas líquidas. Inovações em troca de calor sugerem foco em integração térmica e recuperação de energia, que são críticas para reduzir custos operacionais. Essa distribuição de patentes demonstra como diferentes setores industriais estão adaptando tecnologias de captura de carbono a seus contextos operacionais e modelos de negócios específicos.
Próximas Etapas da Tecnologia de Captura de Carbono
Conforme demonstra nossa análise da Coleção de Conteúdo CAS, 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 de CO2, está se tornando mais urgente a cada ano, e essas tecnologias críticas serão importantes para esses esforços, especialmente para setores industriais de difícil eliminação.
Como observou o Secretário-Geral da ONU, o mundo precisa adotar uma abordagem "tudo, em todos os lugares, simultaneamente" para mitigar os efeitos das mudanças climáticas. A comercialização de tecnologias de captura de CO2 é outra estratégia importante para atingir esse objetivo.
