Reatores – Microtecnologia promete revolucionar o processo químico

Os protótipos feitos pelo professor – frutos também das necessidades de uma época em que ele era chefe do laboratório de microfabricação do Laboratório de Luz Síncrotron e de um período de pesquisa nos Estados Unidos – são de poliuretano acrilato. Trata-se aí de uma tropicalização tecnológica, segundo diz. “Como não temos nenhuma indústria de microeletrônica no Brasil e, portanto, nenhum método de microfabricação em escala industrial, precisei adaptar um método tradicional empregado na indústria gráfica”, revelou. O sistema utilizado para fazer matrizes de impressão por fotoexposição de resinas líquidas passou a gerar microrreatores e micromáquinas para diversos pesquisadores, a maioria da Unicamp, que começavam a estudar as vantagens da microtecnologia. “Comecei a fazer rodadas anuais de fabricação para pesquisadores, que foram crescendo gradativamente”, disse.

Química e Derivados, Luiz Otávio Saraiva Ferreira, Professor da Unicamp, microrreatores
Saraiva: microfabricação adaptada de tecnologia da indústria

Com sua experiência adquirida nos Estados Unidos e a avaliação do mercado brasileiro, Ferreira vislumbrou no setor químico as melhores oportunidades. Começou fazendo protótipos para uma professora da engenharia química da Unicamp desenvolver micropeneiras para filtragem de água, que foram testadas com sucesso no tratamento de água, removendo 96% de turbidez. Depois dessa linha de pesquisa, que perdura até hoje, o instituto de química da Unicamp passou a projetar com a técnica de Saraiva Ferreira microrreatores para análises químicas e bioquímicas.

Essa vertente da microtecnologia voltada para química analítica, na opinião do professor, conta com demanda adormecida muito forte no Brasil. Na sua opinião, a tecnologia poderia baratear e tornar muito mais fácil análises na área de saúde. Ele próprio chegou a criar uma empresa na incubadora da Unicamp para tentar colocar no mercado um kit de análise por microrreator que poderia averiguar sete itens no sangue instantaneamente (sais) e outro para teste de gaseometria, aplicado por anestesistas para analisar nível de oxigenação e outros gases em pacientes sob efeito de sedativos. Neste último caso, Ferreira observa que o padrão atual é retirar o sangue no centro cirúrgico e levá-lo para laboratório para análise. “Leva tempo e dinheiro. Com o microrreator, o resultado sai na hora”, disse.

O microrreator para análise clínica já existe em várias aplicações – um muito popular é a fitinha para análise de glicose no sangue. Ele funciona basicamente com uma coluna de reação, na qual há uma entrada para o fluido de arraste, uma entrada lateral para a amostra. Há microbombas acionadas pneumaticamente para dosar os dois fluidos, sendo que a do fluido de arraste é parada quando se injeta a amostra de sangue. Depois da difusão, o fluido vai por uma saída onde se coloca um microssensor (ótico, elétrico) para se obter o resultado desejado.

Química e Derivados - Wagner Aldeia - Pesquisador do IPT
Aldeia: microrreatores se adaptam a qualquer síntese química

Na síntese– Embora o professor da Unicamp tenha desistido da empresa incubada por falta de investidor – fato compreensível em uma época um pouco recessiva (2008) –, ele difundiu a tecnologia de fabricação entre vários outros pesquisadores e professores, que passaram a orientar alunos para desenvolver processos promissores, alguns deles para síntese química. Uma corrente de pesquisa com boa perspectiva é o desenvolvimento de microrreatores para produção de biodiesel. Em 2010, um aluno da engenharia química da Unicamp defendeu tese de mestrado nessa área, da qual o professor Saraiva participou da banca examinadora. Também o pesquisador do IPT, Mário Gongora, está envolvido com microrreatores para biodiesel, na orientação de tese e na confecção de protótipos com cerâmica verde.

Já com os microrreatores em escala laboratorial, os passos seguintes são os que envolvem desenvolvimento de métodos de simulação para a fluidodinâmica dos reatores. E é nessa etapa que Saraiva se encaminha, com promessa de auxílio na pesquisa para a produção do biodiesel. “Meu objetivo agora é trabalhar com supercomputadores para fazer os cálculos de simulação”, disse. Para isso, ele tem adquirido placas de vídeo superpotentes, utilizadas originalmente para videogames e que agora são disponíveis para cálculos científicos. Esse recurso tecnológico, que faz simulações em minutos, substitui métodos convencionais que levam uma semana para chegar aos resultados.

Química e Derivados, Mário Gongorra, Pesquisador do IPT, microrreatores
Gongora: protótipos cerâmicos de microrreatores no IPT

Com todos esses aprimoramentos, o pesquisador do laboratório de processos químicos e tecnologia de partículas do IPT, Wagner Aldeia, acredita que os microrreatores poderão, no futuro, substituir qualquer síntese química hoje feita por reatores convencionais. “É uma questão de tempo, de barateamento de materiais de fabricação, de domínio das tecnologias para simulação do projeto e de domínio do processo”, disse. “Porque as vantagens são imensas e propícias para se criar a química verde, com produção limpa, econômica, segura e com controle apurado do processo”, complementou. Na sua opinião, com os microrreatores também será possível criar novos produtos e mais puros, sem contaminações. “Os fluidos usados para mistura por difusão são aproveitados na medida certa, sem excesso, como num reator normal que privilegia o volume dos insumos”, disse.

O professor Saraiva Ferreira, da Unicamp, também acredita que a microtecnologia tem todas as condições para entrar de vez na indústria química e petroquímica. Para fundamentar sua confiança, o acadêmico usa até de um exercício de mimetismo interessante. Para ele, uma refinaria de petróleo do futuro seria como uma baleia azul, mamífero aquático que chega em alguns casos a pesar 500 toneladas. “Apesar do seu tamanho, todas as reações químicas dela acontecem em micro ou nanorreatores, que são suas células. Todos interligados para manter a imensa fábrica em operação”, disse. Uma imagem que pelo menos em parte pode se tornar real quando a Petrobras adotar os microrreatores em seu projeto de GTL, tecnologia que pode ganhar muita força ao se colocar em perspectiva as descobertas do pré-sal.

[toggle_box title=”Como funciona o GTL” width=”530″]

A expressão gas-to-liquid pode ser usada para definir qualquer processo que produza um líquido orgânico oriundo de gás natural, mas em geral se define como tecnologia gas-to-liquid (GTL) aquela que produz uma mistura de hidrocarbonetos líquidos, denominada petróleo sintético, pelas seguintes etapas reacionais:

1) Reforma a vapor do gás natural: reação química (Eq 01) entre o gás natural e o vapor de água, produzindo uma mistura de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO), chamada de gás de síntese. Essa reação ocorre na presença de catalisador e consome grande quantidade de calor.

Catalisador

CH4 + H2O → CO + 3 H2 (Eq 01)

2) Síntese Fischer-Tropsch (FT): reação química do gás de síntese que produz o petróleo sintético, na presença de catalisador e com a liberação de calor. Nessa reação ocorre uma polimerização de H2 e CO, produzindo hidrocarbonetos mais pesados que metano, e que são líquidos nas condições ambiente.

Catalisador

n CO + (2n+1) H2 → H (CH2)nH + n H2O (Eq 02)

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