Questão 63 da FUVEST 2025

1ª fase

A utilização de matrizes energéticas limpas, tais como aquelas que não aumentam a concentração de \ce{CO2(g)} na atmosfera, é essencial para evitar a escalada das alterações climáticas causadas pela emissão de gases de efeito estufa. Considere a proposta apresentada na figura a seguir para a produção de uma matriz energética limpa.

Esquema ilustrando o ciclo de captura e fixação de carbono: na parte superior, a reação (I) mostra o emitido por chaminés industriais sendo capturado em um béquer com solução de , formando ; na parte inferior, ocorre a fixação com adição de , que reage segundo a reação (II) , regenerando a solução de e gerando o gás metano .

(I) Capturar o \ce{CO2(g)} atmosférico utilizando \ce{NaOH(aq)} para formar \ce{Na2CO3(aq)}. (II) Tratar essa solução, na presença de um catalisador, com \ce{H2(g)} oriundo de fontes renováveis, para gerar \ce{CH4(g)}, um gás combustível.

Com base nessas informações e em seus conhecimentos, assinale a alternativa correta.

  1. A
    O catalisador participa da reação de produção de metano e se decompõe em \ce{NaOH}.
  2. B
    A combustão do \ce{CH4} não emite \ce{CO2}, motivo pelo qual a proposta se configura como uma matriz energética limpa.
  3. C
    A proposta não representa uma matriz energética limpa, pois a combustão completa de 1 mol de \ce{CH4} emite mais \ce{CO2} do que o que é utilizado para a sua síntese.
  4. D
    A retirada de \ce{CO2} da atmosfera seria maior se a proposta de usar uma matriz energética limpa se resumisse unicamente em utilizar o \ce{H2} como combustível.
  5. E
    Em relação ao ciclo do carbono, a proposta é semelhante ao uso do etanol como combustível veicular.
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Resolução comentada

Some as etapas (I) e (II) para ver o balanço global do carbono:

  1. (I): \ce{CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O}
  2. (II): \ce{Na2CO3 + 4H2 -> CH4 + 2NaOH + H2O}
  3. Somando, o \ce{NaOH} e o \ce{Na2CO3} se cancelam: \ce{CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O}.

Cada mol de \ce{CH4} produzido consome 1 mol de \ce{CO2} da atmosfera. Na combustão completa, \ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}, 1 mol de \ce{CH4} libera 1 mol de \ce{CO2}. O balanço de carbono é, portanto, nulo: o que se emite é o que foi capturado. É essa neutralidade que faz a matriz ser "limpa".

O uso do etanol tem lógica igual: a cana-de-açúcar retira \ce{CO2} pela fotossíntese, e a queima do etanol devolve à atmosfera a mesma quantidade. Em ambos os casos, o ciclo do carbono é fechado.

Sobre as demais: o catalisador não é consumido nem vira \ce{NaOH}; o \ce{NaOH} é regenerado pela própria reação. Usar só \ce{H2} como combustível não retira nenhum \ce{CO2} da atmosfera, pois a proposta é justamente a que captura \ce{CO2}.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO catalisador não é reagente nem se decompõe; o NaOH é regenerado pela reação do Na2CO3 com H2.
  • BA combustão do CH4 emite CO2 (1 mol por mol de CH4); a proposta é limpa porque esse CO2 foi previamente capturado.
  • CA combustão de 1 mol de CH4 emite 1 mol de CO2, exatamente o que foi consumido na síntese, não mais.
  • DUsar apenas H2 como combustível não retira CO2 da atmosfera; a captura só ocorre na proposta com NaOH.

Assuntos: ciclo do carbono, estequiometria, combustíveis renováveis.

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