CO2 – Captura do gás abate poluição e permite gerar produtos

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

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 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. 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 (veja box). 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.

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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