Captura de CO2 abate poluição e permite gerar produtos

 

Combustíveis sintéticos de altíssima pureza e insumos para química fina estão entre a gama de produtos a serem desenvolvidos no Brasil, futuramente, por meio da captura e reciclagem do CO2.

Pivô do aquecimento global, por causar o efeito estufa, esse passivo ambiental tem potencial para se converter em matéria-prima de alto valor, conforme estudos alinhados com o escopo de P&D do RCGI – Research Centre for Gas Innovation (Centro de Pesquisa para Inovação em Gás).

Resultado de processos de exploração de petróleo, geração de energia térmica e do setor sucroalcooleiro, o gás poderá viabilizar a transição do uso de combustíveis fósseis para alternativas. Com isso, busca-se também inserir a indústria química na chamada economia circular.

Dentre as pesquisas que compõem o portfólio do RCGI destaca-se, por exemplo, a possibilidade de produzir metanol, ácido fórmico, CO (monóxido de carbono, agente redutor largamente consumido na indústria química), além de outros materiais aplicados na produção de polímeros.

O projeto para captura do CO2

Um dos projetos de pesquisa em andamento, com foco em catalisadores, é coordenado pela engenheira química Liani Márcia Rossi, professora titular do Departamento de Química Fundamental, da USP. Livre-docente pelo Instituto de Química da USP e pós-doutorada pela University of New Orleans, ela explica que “a ideia é alcançar a reatividade ou ativação do CO2, usando catalisadores que tenham componentes metálicos e orgânicos, com a função de fazer a captura e o sequestro do gás, seguido de sua conversão”.

O objetivo desse tipo de catálise inspirada em processos enzimáticos é viabilizar economicamente a reciclagem do CO2 em condições mais amenas de temperatura, conforme o conteúdo de sua apresentação na III Sustainable Gas Research Innovation, realizada nos dias 25 e 26 de setembro, na USP, em São Paulo.

Química e Derivados, CO2 - Captura e processamento do gás abatem poluição e permitem gerar produtos de alto valor

 

No geral, os processos convencionais que envolvem a captura e conversão do CO2 requerem temperaturas entre 100 e 180ºC, informa o também professor de Química Pedro Vidinha, parceiro de pesquisa de Rossi. Como essa energia é gerada pela queima de combustíveis fósseis, o balanço final compromete a sustentabilidade econômica e ambiental, segundo ele.

“Ao baixarmos a temperatura para 40ºC, os resultados demoram mais para acontecer, mas poderemos arriscar várias reações fora da caixa”, afirma Vidinha, doutor em engenharia química e pós-doutorado em biocatálise. Quando a metodologia de pesquisa permite trabalhar com temperatura próxima a ambiente, acrescenta, é possível reduzir custos e fazer novos experimentos, introduzindo inovações nos catalisadores, a exemplo da mistura de orgânicos com não orgânicos, por exemplo.

Desafios

O cruzamento de variáveis econômicas e técnicas integra igualmente os estudos, ainda de perfil teórico, do mestrando em engenharia química Igor Moura, da USP/RCGI. Sua pesquisa visa determinar a viabilidade do uso do CO2 de usinas termoelétricas para produção de ureia, consumida como fertilizante, porém, seguindo rota tecnológica diferenciada. A intenção é eliminar a fase em que a fábrica de amônia gera o gás com a finalidade específica de sustentar a produção de ureia. Por meio dessa reconfiguração a planta completaria o ciclo absorvendo o estoque de emissões das termoelétricas que normalmente é descartado para a atmosfera.

Mas para se tornar realidade, suas inovações terão que ser testadas e validadas por uma planta-piloto voltada para produção de amônia, que opere de forma integrada a uma termoelétrica. Moura espera que essa possibilidade se concretize, depois que seus estudos forem finalizados e as conclusões conseguirem sensibilizar algum grupo empresarial para compartilhar os riscos e alavancar o empreendimento. Dentre os candidatos desejados pelo pesquisador, destaca-se o Polo Industrial de Camaçari, por sua complexidade em termos de cadeia produtiva.

Preocupado igualmente com a viabilidade econômica de soluções inovadoras, o engenheiro Kelvin Pacheco, doutorando da USP/RCGI, busca listar produtos que talvez fossem mais competitivos quando comparados os valores de comercialização com os custos de desenvolvimento. Para isso, ele analisou, preliminarmente, 16 componentes químicos que lideram a importação/exportação no Brasil, dos quais um será escolhido para aprofundar o estudo a partir da utilização de CO2, conforme apresentou durante a conferência.

Metanol, ureia e os ácidos acético e acrílico são os mais importados, enquanto o ácido salicílico lidera os exportados, segundo ele. Sua pesquisa baseada em alternativas sustentáveis de utilização de CO2 com ênfase em simulação e otimização de processos químicos aponta a viabilidade de diversos produtos. Entre eles, destacam-se combustíveis (metanol, gasolina, diesel etc.) e intermediários para produtos de química fina, como fármacos.

A pesquisa usou dados de laboratório para montar o que Pacheco denomina como “planta conceitual”. Ela subsidiará a elaboração de um plano de negócio voltado para o desenvolvimento de um produto. Nesse sentido, contempla valores aproximados do investimento e custos de operação, incluindo suprimento de insumos e matérias-primas. Pacheco também espera que esse modelo possa ser testado no chão de fábrica de alguma empresa interessada.

Com passagem pela Braskem, entre setembro de 2011 a janeiro de 2014, a pesquisadora do RCGI Rita Maria de Brito Alves, professora-doutora do Departamento de Engenharia Química da USP, está empenhada em abrir um leque de oportunidades em novos produtos químicos a partir do gás de síntese. Trata-se, segundo ela, de uma mistura de hidrogênio e CO obtida mediante um complexo ciclo de P&D, tendo por fonte o CO2 capturado do fluxo de gás natural extraído com o óleo do pré-sal.

Engenheira química, mestre e pós-doutorada pela Poli-USP e Institut National Polytechnique de Toulouse, Rita Alves contou que o projeto já passou por várias etapas, enfatizou a maximização do CO2 e apontou sua conclusão para 2020. Atualmente, busca desenvolver hidrocarbonetos pelo processo Fischer-Tropsch, que permite produzir gasolina, diesel e olefinas.

“Usando a tri-reforma do metano, é possível maximizar a quantidade de hidrogênio, possibilitando realizar diversas reações de hidrogenação de CO2 para se obter metanol e ácido fórmico, entre outros produtos. Também, a depender do grau de pureza, esse hidrogênio pode alimentar células a combustível”, explicou.

A viabilidade técnica, econômica e ambiental para a produção específica de ácido fórmico faz parte, inclusive, de um segundo projeto também coordenado por ela, que começou em 2017 e se prolongará por mais três anos. No momento, encontra-se em fase de simulação e modelagem e deve contemplar várias fontes de CO2, tais como de termoelétrica, excedente de óxido de etileno ou de fermentação alcoólica.

Química e Derivados, Suani: produção de etanol pode ficar ainda mais sustentável
Suani: produção de etanol pode ficar ainda mais sustentável

“Todos os estudos que envolvem captura e conversão do CO2 visando o desenvolvimento de soluções de valor agregado para a indústria química passam pela eficiência energética comparativamente com os processos convencionais. A viabilidade ou não de cada aplicação dependerá da oferta de energia a custos competitivos. Se a geração for sustentável também sob a óptica ambiental, a redução da pegada de carbono será mais interessante”, afirmou Rita Alves.

O aproveitamento de CO2 gerado pela produção alcooleira já conta com o apoio de uma empresa que se dispôs a sediar uma planta-piloto para capturar e converter o gás em produtos químicos. Nesse caso, há três fontes geradoras: a chaminé da caldeira da usina, a fermentação do melaço e o biogás obtido da vinhaça, conforme relatou a professora Suani Teixeira Coelho, coordenadora do Grupo de Pesquisa em Bioenergia do Instituto de Energia e Ambiente, da USP.

O projeto coordenado por ela, no âmbito do RCGI, contempla as duas últimas fontes, pois o CO2 emitido pelas caldeiras é de difícil separação, pela grande presença de impurezas. Atualmente, os pesquisadores estão começando a quantificar o volume de gás que uma usina é capaz de disponibilizar e a que custo. Posteriormente, eles analisarão o aproveitamento do gás em produtos e aplicações com potencial de mercado. Dentre elas, destacam-se o uso como insumo para a produção de bebidas refrigerantes e de bicarbonato de sódio, entre outros, como Suani Coelho relatou.

Dependendo do financiamento da pesquisa, segundo ela, a conclusão do projeto como um todo, incluindo a construção e o start up da planta-piloto, poderá ocorrer em cinco anos. Se a verba cobrir só a parte teórica, os estudos serão finalizados em um período de dois anos, acrescenta Suani Coelho, engenheira química, mestre e doutora em energia.

Texto: Maroni J. Silva

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