Transição energética e descarbonização da indústria química

ABEQ - Descarbonização do setor químico tem dificuldades

Olá, leitoras e leitores. As palavras de ordem da indústria química são transição energética, descarbonização e química verde.

Notícia do dia 3 de abril último informava que os Ministros da Fazenda e do Desenvolvimento, Indústria, Comércio e Serviços (este também Vice-Presidente da República) estudavam criar um fundo com valores já pagos pelas petroleiras que atuam no país para subsidiar a renovação da frota de veículos automotivos. O objetivo declarado pelo Ministro da Fazenda, Fernando Haddad, é “para a transição ecológica, por meio da renovação de frota de carros muito velhos, que precisam ser retirados de circulação, mediante indenização, para que a frota seja renovada em proveito do meio ambiente”. Se, apesar de aparentemente bem-intencionado, esse pacote parece mais (dos mesmos) subsídio para a indústria automotiva, o Plano de Transição Ecológica, anunciado no dia 13 de abril e prometido para maio também pelo Ministério da Fazenda parece ser mais ambicioso.

O Plano de Transição Ecológica

Dividido em seis eixos, o projeto pretende ir além dos processos de descarbonização da economia, conforme o compromisso feito no Acordo de Paris, e fazer uma transformação no setor produtivo brasileiro.

  • O primeiro eixo é o de “Incentivos Econômicos”, no qual está inserido o mercado de crédito de carbono, elaborando com o Banco Central uma taxonomia verde, ou seja, uma classificação que permite identificar quais atividades contribuem com impactos positivos para o meio ambiente e quais oferecem riscos.
  • O segundo eixo é o de adensamento tecnológico do setor produtivo, que engloba a Indústria 4.0, para aumentar a eficiência a produtividade nas empresas.
  • O terceiro eixo é o de bioeconomia.
  • O quarto eixo é o da Transição Energética, que inclui a captura e a estocagem de carbono, que incluiria também a exportação de excedente de hidrogênio verde, para a Europa, em particular.
  • O quinto é o de Resíduos e Economia Circular, considerado um tema subaproveitado no Brasil, com iniciativas já em andamento de logística reversa.
  • E o sexto é o de adaptação à mudança do clima e nova infraestrutura.

Certamente, os engenheiros químicos (e químicos) deveriam estar mais próximos dessa discussão, dando apoio técnico que permita transformar boas intenções em realidade. A ausência de químicos e engenheiros químicos na discussão de políticas pública já foi abordada neste espaço (Engenheiros Químicos do Mundo, Uni-vos”, QD-643). Enquanto isso não acontece, permito-me usar esse espaço para discutir algumas dessas questões práticas. E, então, chego ao assunto da coluna.

Trabalhos sobre transição energética e descarbonização da indústria química

Todo semestre tenho o privilégio de orientar excelentes trabalhos de graduação do Departamento de Engenharia Química da UFSCar, onde trabalho. Este semestre não foi diferente, e dois desses trabalhos falam das oportunidades e desafios das tais transição energética e descarbonização da indústria química.

O Victor Vasconcellos Fiore avaliou a produtividade e os custos da produção de gás de síntese em uma usina de etanol, e a Lívia Sanches Andrade estudou a produção de eletricidade a partir da incineração de resíduos urbanos.

Como esses trabalhos se relacionam e como estão relacionados à transição energética e a descarbonização da indústria química? Os dois temas se embaralham na indústria química, que precisa passar a produzir utilizando recursos e energia renováveis.

O gás de síntese é uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2), e é ponto de partida para a produção de boa parte da cadeia da indústria química. Dependendo do produto que se quer fabricar, a proporção de monóxido de carbono e hidrogênio deve ser ajustada. A produção de metanol é um exemplo que ajuda a entender:

Obstáculos e alternativas para a indústria química - ABEQ ©QD Foto: iStockPhoto

Assim, na produção de metanol, a proporção de CO e H2 tem de ser 1:2.

O gás de síntese é normalmente produzido por um de três processos, distinguidos com base na matéria-prima usada:

  • reforma a vapor de gás natural ou hidrocarbonetos leves, opcionalmente na presença de oxigênio ou dióxido de carbono;
  • oxidação parcial de hidrocarbonetos (pesados) com vapor e oxigênio;
  • oxidação parcial de carvão (gaseificação) com vapor e oxigênio.

O que o Victor Fiore fez foi avaliar a produção do gás de síntese a partir do bagaço de cana de uma destilaria autônoma por duas rotas: uma direta, a partir da pirólise e posterior gaseificação do bagaço; e outra indireta, fazendo a eletrólise de água a partir da eletricidade gerada pela queima do bagaço para gerar hidrogênio, e misturando o hidrogênio à corrente de gás carbônico puro que sai da fermentação alcoólica. O gás carbônio CO2 é convertido a monóxido de carbono CO pelo hidrogênio em uma reação de water-shift reversa. Essa reação é usada para ajustar a proporção de CO e H2 no gás de síntese:

Obstáculos e alternativas para a indústria química - ABEQ ©QD Foto: iStockPhoto

Quando a intenção é aumentar o teor de hidrogênio no gás de síntese, o monóxido de carbono reage com água gerando gás carbônico (removido da mistura por absorção) e hidrogênio. Quando há gás carbônico na mistura que deve ser convertido a monóxido de carbono, isso é feito às custas de consumo de hidrogênio, e posterior remoção da água.

Gás de síntese é uma commodity da indústria química, com cotações internacionais de preço. O trabalho do Victor calculou os custos de capital e operacional das duas rotas, e demonstrou que a produção de gás de síntese seria 2,5 vezes maior pela rota da pirólise mais gaseificação, mas o preço mínimo do produto seria cerca de 10 vezes maior que o preço máximo praticado pelo mercado atual (20 vezes para o caso da rota da eletrólise). Uma alternativa para a redução dos custos seria fazer a pirólise do bagaço nas usinas, produzindo um bio-óleo, que seria enviado para uma unidade maior (refinaria?) que processaria o óleo com ganhos de escala.

André Bernardo, engenheiro químico, fala sobre transição energética e descarbonização
André Bernardo, engenheiro químico, fala sobre transição energética e descarbonização

São conclusões muito relevantes: a alternativa mais madura para produzir intermediários químicos renováveis de forma sustentável no Brasil teria custos ainda proibitivos para o mercado. Além disso, há a questão da eletricidade. Hoje a biomassa (essencialmente, bagaço de cana) responde por 9% da eletricidade consumida no Brasil. A utilização de bagaço para produzir qualquer coisa que não eletricidade – etanol 2G, por exemplo, ou gás de síntese – implicaria a redução da disponibilidade de eletricidade para o país. O cobertor é curto.

É aqui que entra a relevância do trabalho da Lívia. A incineração de resíduos sólidos urbanos (RSU, lixo doméstico) para produção de eletricidade apresenta muitas vantagens. Além da geração elétrica, elimina o uso de lixões e aterros. Mesmo os aterros sanitários são um problema social: representam a utilização de grandes áreas urbanizadas para enterrar lixo – uma unidade de recuperação de energia (URE) ocupa pouco mais de 1% da área de um aterro sanitário.

Por outro lado, a incineração de RSU tem desafios: o gás da queima deve ter sua composição muito bem controlada; pode haver um incentivo à produção de lixo (que nos “daria” eletricidade), e os custos de implantação são altos.

Em São Carlos-SP, a instalação de uma URE a partir da incineração de RSU geraria boa parte da eletricidade consumida pelo município, cerca de 40%, e o investimento se pagaria em menos de 10 anos.

No entanto, o investimento é o principal entrave. Novamente, para uma cidade como São Carlos, o investimento total pode chegar a R$ 500 milhões.

Portanto, aqui de novo uma dicotomia se apresenta. Se a incineração de RSU tem potencial para aumentar em até 40% a disponibilidade de eletricidade do Brasil, os investimentos necessários são, até o momento, proibitivos.

São essas as questões técnicas que se apresentam: a produção de químicos por rotas renováveis ainda não tem maturidade tecnológica e implicaria preços muito mais altos que os atuais. Além disso, reduzira a oferta de eletricidade do país, que precisaria ser compensada. A incineração de RSU pode ser uma alternativa. Espero ansioso por ações governamentais que venham ao encontro da solução – o financiamento de plantas-piloto de biorrefinarias e de URE pelo BNDES seria um passo importante.

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24º Congresso Brasileiro de Engenharia Química – 24º Cobeq

O 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Química (24º Cobeq) será realizado entre os dias 1 e 4 de outubro de 2023. Salvador-BA voltará a sediar o Cobeq, após 30 anos, para a realização da sua 24ª edição. O Cobeq é o evento de maior relevância nacional na área de Engenharia Química, reunindo pesquisadores da Academia e da Indústria. Desde 1976, estabelece bianualmente um ambiente de encontro para discussão de temáticas proeminentes e atuais, relacionadas à pesquisa, inovação e aplicação da Engenharia Química no Brasil e no mundo. Nesta 24ª edição, traz como tema central “O papel da engenharia química na transição energética, desfossilização e circularidade da economia”, um tema atual e de relevância mundial na busca de um futuro sustentável para nosso planeta.

Em seguida ao Cobeq, o 19º Encontro Brasileiro sobre Ensino da Engenharia Química (19º Enbeq) será realizado nos dias 4 e 5 de outubro de 2023.

O AUTOR

André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP, com mestrado em Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos pela Faculdade de Engenharia Química da Unicamp e Doutorado em Engenharia Química pela UFSCar.

Trabalhou no Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) e em diferentes indústrias químicas. Atualmente é professor do departamento de Engenharia Química da UFSCar. contato: [email protected]

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ABEQ

A Associação Brasileira de Engenharia Química (ABEQ) é uma entidade sem fins lucrativos que congrega profissionais e empresas interessadas no desenvolvimento da Engenharia Química no Brasil. É filiada à Confederação Interamericana de Engenharia Química. Seu Conselho Superior, Diretoria e Diretoria das Seções Regionais são eleitos pelos associados a cada dois anos.
Mais informações: https://www.abeq.org.br/

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