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Derivados de CO2 mais promissores

Derivados de CO2 mais promissores

O dimetilcarbonato (DMC), o ácido acético e o dimetil éter (DME) são os três produtos derivados do dióxido de carbono (CO2) com maior potencial.

Segundo artigo publicado, no início de 2021, no Journal of CO2 Utilization por pesquisadores do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli- USP), no âmbito do Fapesp Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI), o dimetilcarbonato (DMC), o ácido acético e o dimetil éter (DME) são os três produtos derivados do dióxido de carbono (CO2) com maior potencial para desenvolvimento e mais promissores para novos estudos.

A conclusão foi feita após estudo no qual se avaliou quais seriam os melhores métodos e ferramentas para realizar essa escolha, levando-se em consideração múltiplos critérios. “Tentamos desenvolver a nossa própria metodologia para fazer uma seleção um pouco mais rigorosa do que encontrávamos na literatura”, diz o engenheiro químico e doutorando Kelvin André Pacheco, primeiro autor do artigo.

Os pesquisadores atuam na área de conversão do CO2 em outros produtos a partir de reações químicas –, que começou a florescer apenas a partir de 2013. “Antes disso, quando se tratava de abatimento de CO2, só se falava em captura, sequestro e armazenamento, o CCS, de carbon capture and storage. Você separava ou capturava e armazenava o CO2 de alguma maneira”, conta a professora Rita Maria de Brito Alves, também autora do artigo e orientadora de Pacheco no doutorado na USP. “Foram surgindo perguntas do tipo: o que fazer com o carbono separado ou capturado? Vamos armazenar tudo? Temos capacidade? Qual a influência que o CO2 terá nos locais em que for armazenado?”

Com estas dúvidas, Congressos e trabalhos passaram a versar cada vez mais sobre captura e utilização de carbono, resumido pela sigla CCU, do inglês carbon capture and utilization. O uso do dióxido de carbono sem conversão já é conhecido há mais tempo, com sua aplicação, por exemplo, em solventes, na produção de refrigerantes ou em estufa de plantas. Nos últimos anos, a pesquisa busca a conversão química do CO2 em produtos com maior valor agregado. “É a utilização do CO2 como matéria-prima: usar o que é um rejeito, um gás de efeito estufa, que traz todos os problemas ambientais que sabemos, e transformá-lo em algo útil”, explica Alves. “A conversão química do CO2 em outro composto químico é uma reação desfavorável, sob o ponto de vista energético. É difícil de ser realizada”, pontua o engenheiro Antônio Esio Bresciani, pesquisador colaborador do Departamento de Engenharia da Poli e do RCGI, também coautor do artigo científico. “Outro aspecto importante é que a conversão, além de eliminar a emissão de CO2, precisa ser viável comercialmente. Não adianta viabilizar uma reação para um produto que não tenha mercado ou que tenha um valor menor”, acrescenta. Bresciani.

Os pesquisadores partiram de um universo inicial de 122 possíveis produtos, que foram submetidos a três etapas de seleção. Após a definição de critérios e das melhores ferramentas de análise multicritérios, passaram por uma avaliação na qual foram verificados itens como maturidade tecnológica do produto, taxa de utilização das moléculas do CO2 e a projeção de crescimento, incluindo preço. Do grupo inicial, foram selecionados em uma primeira triagem 23 e depois apenas oito. Entre esses oito, os pesquisadores definiram os três mais promissores. “Esses produtos têm uma projeção boa de crescimento na indústria, além de uma maturidade tecnológica intermediária”, afirma Pacheco.

Os três produtos derivados do CO2 selecionados pelos pesquisadores apresentam grande vantagem ambiental. O dimetilcarbonato (DMC), por exemplo, atualmente é produzido por rota convencional a partir de metanol e fosgênio, a qual apresenta diversos problemas, sendo o principal o uso do fosgênio - um gás extremamente tóxico e que gera como subproduto o ácido clorídrico –altamente corrosivo. Portanto, a produção de DMC a partir de CO2, em substituição ao fosgênio, é um método ambientalmente mais apropriado. Pode ser aplicado na fabricação de policarbonato, um tipo de plástico capaz de substituir o vidro, normalmente gerado a partir da indústria petroquímica. O processo possibilitaria diminuir 1.730 toneladas de CO2 para cada 10.000 toneladas de policarbonato produzidas, pois utiliza CO2 como reagente na etapa de produção do DMC. Caso toda a produção mundial de PC utilizasse esse processo, haveria uma diminuição em torno de 450.000 toneladas de CO2 por ano. O DMC também pode ser usado como solvente e aditivo de combustível.

Já o gás dimetil éter (DME) tem como uma de suas possíveis aplicações à substituição do diesel como combustível, o que abriria um grande mercado. E o terceiro produto, o ácido acético, é amplamente usado na indústria química como reagente. É o precursor do acetato de vinila, usado para fazer o PVA, outro tipo de plástico com numerosas aplicações, como em adesivos.

O artigo “Multicriteria decision analysis for screening carbon dioxide conversion products” pode ser lido em:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2212982020310210

https://doi.org/10.1016/j.jcou.2020.101391

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Fibras óticas para produção hidrogênio

Pesquisadores da Universidade de Southampton transformaram as fibras ópticas em micro-reatores fotocatalíticos que convertem água em combustível de hidrogênio usando energia solar. A tecnologia inovadora reveste o interior de bastões de fibra óptica microestruturada (MOFCs) com um fotocatalisador que - com a luz - gera hidrogênio que pode alimentar uma ampla gama de aplicações sustentáveis. Químicos, físicos e engenheiros de Southampton publicaram sua prova de conceito na ACS Photonics e agora estabelecerão estudos mais amplos que demonstram a escalabilidade da plataforma. Os MOFCs foram desenvolvidos como reatores microfluídicos de alta pressão, cada um abrigando vários capilares que passam por uma reação química ao longo do comprimento da cana. Além da geração de hidrogênio a partir da água, a equipe multidisciplinar de pesquisa está investigando a conversão fotoquímica de dióxido de carbono em combustível sintético. A metodologia exclusiva apresenta uma solução potencialmente viável para energia renovável, eliminação de gases de efeito estufa e produção química sustentável. O Dr. Matthew Potter, Bolsista de Pesquisa em Química e principal autor, diz: “A capacidade de combinar processos químicos ativados pela luz com as excelentes propriedades de propagação da luz das fibras ópticas tem um enorme potencial. Neste trabalho, nosso fotorreator exclusivo mostra melhorias significativas na atividade em comparação com os sistemas existentes. Este é um exemplo ideal de engenharia química para uma tecnologia verde do século XXI.” Os avanços na tecnologia de fibra óptica têm desempenhado um papel importante no potencial de telecomunicações, armazenamento de dados e redes nos últimos anos. Esta pesquisa mais recente envolve especialistas do Centro de Pesquisa Optoeletrônica (SRO) de Southampton, parte do Instituto Zepler de Fotônica e Nanoeletrônica, para explorar o controle sem precedentes das fibras de propagação de luz. Os cientistas revestem as fibras com óxido de titânio, decorado com nanopartículas de paládio. Essa abordagem permite que os bastões revestidos sirvam simultaneamente como hospedeiro e catalisador para a separação indireta contínua da água, com metanol como reagente de sacrifício. O Dr. Pier Sazio, co-autor do estudo do Instituto Zepler, diz: “As fibras ópticas formam a camada física da notável rede global de telecomunicações de quatro bilhões de quilômetros de extensão, atualmente bifurcando e expandindo a uma taxa superior a Mach 20, ou seja, mais de 14.000 pé /seg. Para este projeto, reaproveitamos essa extraordinária capacidade de fabricação usando as instalações aqui no ORC, para fabricar microrreatores altamente escaláveis feitos de vidro de sílica pura, com propriedades ideais de transparência óptica para fotocatálise solar. ”O novo artigo da revista American Chemical Society (ACS) é liderado por Matthew, com contribuições do professor de química Robert Raja, Alice Oakley e Daniel Stewart, do dr. Pier Sazio e do dr. Thomas Bradley do ORC e do dr. Thomas Bradley e do dr. Richard Boardman da engenharia no µ- Centro de Imagem de Raios-X VIS. A pesquisa baseia-se em descobertas das tecnologias de fibras fotônicas financiadas pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas para catálise de combustíveis solares (EP / N013883 / 1). O professor Robert Raja, co-autor do estudo e professor de Química e Catálise de Materiais, diz: “Nos últimos 15 anos, fomos pioneiros no desenvolvimento de uma plataforma preditiva para o design de nanocatalisadores multifuncionais e estamos entusiasmados com a parceria com o ORC que leva a desenvolvimentos em múltiplas escalas em fotônica e catálise.

6 de abril, 2020
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EFEITO ESTUFA
Fapesp ajuda Shell a reduzir GEEs

O Fapesp Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI), com sede na Escola Politécnica da USP, irá desenvolver, em parceria com centros de pesquisa na Holanda, Reino Unido, Áustria e Catar, soluções que ajudem a Shell a reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa (GEEs), em especial o CO2. A fundação recebeu um montante de investimentos da Shell que serão aplicados em 16 novos projetos de pesquisa para mitigação do CO2. A Fapesp já desenvolve 29 projetos atualmente.“A parceria entre a Fapesp e a BG Brasil foi celebrada em 2013. Na época, os esforços em inovação eram direcionados para tecnologias que envolvessem o gás natural. Com a compra da BG pela Shell, o foco de P&D expandiu para atender às estratégias globais da companhia, além das demandas mundiais de haver um esforço de atacar a causa principal das mudanças climáticas: emissões de GEEs”, explica o diretor científico do Centro, Júlio Meneghini. Os 29 projetos de pesquisa pré-existentes estão, de diferentes formas, sintonizados com os novos objetivos do centro. “O que haverá é uma maior sinergia entre os projetos, O RCGI conta hoje com 200 pesquisadores, número que deverá chegar a 350 até o final de 2018. Seus 45 projetos de pesquisa estão divididos em quatro grandes programas de pesquisa: Engenharia; Físico/Química; Políticas de Energia e Economia; e Abatimento de CO2,sendo que este último abriga os 16 novos projetos. De acordo com o coordenador técnico-científico da Shell no RCGI, Alexandre Breda, o mundo emite atualmente cerca de 35 Gton por ano de CO2 equivalente. “Segundo alguns pesquisadores, para cumprir os compromissos estipulados na COP 21, em Paris, em 2015, nosso budget máximo de emissões mundiais, desde a Revolução Industrial, deveria ser de 1 trilhão de toneladas de CO2 . Mas nós já emitimos até hoje 620 bilhões de toneladas. Mantendo-se o ritmo atual, atingiremos essa meta em meados de 2036”, diz, citando informações do site http://trillionthtonne.org/ , que estima as emissões mundiais em tempo real. “A ambição da Shell é reduzir em 20% sua intensidade de emissão de CO2 global até 2035, e até 2050 uma nova redução até o alinhamento com a média mundial”.

25 de maio, 2018
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PLÁSTICO
Reciclagem mecânica gera menor impacto ambiental

Segundo estudo desenvolvido na Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, a reciclagem mecânica é uma alternativa de menor impacto ambiental para a destinação final do plástico PLA (poli ácido láctico) ou (poli lactídeo). Além da reciclagem mecânica foram avaliados a reciclagem química e a compostagem - processo mais empregado para o descarte do plástico, por se tratar de um polímero biodegradável, que se degenera através da ação de microorganismos naturais como bactérias, fungos e algas. Conduzido pela engenheira química Marina Fernandes Cosate de Andrade,a pesquisa, denominada “Estudo da Avaliação e Ciclo de Vida do PLA: comparação entre a reciclagem química, mecânica e compostagem”, avaliou três categorias para a avaliação do impacto ambiental para o descarte do plástico analisado: mudanças climáticas, toxicidade humana e uso de recursos fósseis. Na comparação entre os três processos, a reciclagem mecânica juntamente a um aditivo químico produziu material com características viáveis para a reutilização do plástico, além de gerar menos impacto ao meio ambiente. Foi possível aproveitar parte do material descartado na elaboração de um novo produto. A compostagem foi considerada o processo com maior impacto ambiental. Neste caso, não seria possível reaproveitar o plástico. Na categoria mudanças climáticas foi considerado o potencial de aquecimento global pela emissão de gases que contribuem para o efeito estufa; em toxicidade humana foi avaliado o efeito e o acúmulo de substâncias químicas tóxicas no ambiente humano; e em recursos fósseis quantificou-se o uso de combustível fóssil equivalente em todo o processo de produção. Em todas as categorias, a reciclagem mecânica apresentou melhor resultado, seguida pela reciclagem química e, por último, a compostagem. O consumo de energia elétrica foi o insumo que mais contribuiu no impacto total para as reciclagens, sendo a reciclagem química a maior consumidora, seguida da reciclagem mecânica e da compostagem. Pouco utilizado no Brasil, o PLA tem potencial para substituir os plásticos derivados do petróleo, por ser biodegradável e produzido a partir de fontes renováveis, como o milho ou a cana-de-açúcar, por meio da fermentação de açúcares dos seus carboidratos. “Normalmente, o destino final deste plástico é feito via compostagem, método que permite as condições de temperatura e umidade para que ele possa ser degradado pelos microorganismos. Só que o Brasil não apresenta muitas usinas de compostagem. Por isso resolvemos avaliar alternativas de descarte”, relata Marina Cosate de Andrade. Ainda conforme a pesquisadora da FEQ, por se tratar de um poliéster, o PLA poderia ser reciclado pelo método mecânico ou químico, ambos bastante desenvolvidos no País, sobretudo para o reaproveitamento do PET (Poli (tereftalato de etileno)). “Identificamos que o PLA poderia ser reciclado mecanicamente por meio do processamento do polímero residual. O plástico é extrudado em fios e então transformado em grânulos para produzir um plástico reciclado. Outra alternativa seria a reciclagem química, a degradação química do material de maneira que ele voltasse a ser um monômero, podendo ser usado na polimerização para produzir o PLA novamente”, explica a engenheira química, graduada pela Unicamp. Um dos desafios da reciclagem mecânica foi reaproveitar o PLA mantendo o resíduo reciclado com boas propriedades para a fabricação de novos produtos. Neste ponto, a pesquisadora cita o emprego do aditivo contribuiu à recuperação das principais propriedades do PLA. “Nos ensaios de reciclagem mecânica, sem o aditivo, ocorreram perdas nas propriedades do PLA, como a diminuição da massa molar, aumento do índice de fluidez e da estabilidade térmica”, justifica.

5 de janeiro, 2016
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FONTES ALTERNATIVAS
Ford desenvolve combustível limpo

A Ford anunciou o desenvolvimento de uma pesquisa de combustíveis alternativos limpos com benefícios ambientais similares aos de um carro elétrico. O projeto visa testar o uso do éter para mover veículos com a mesma potência e desempenho dos motores à combustão, com emissões quase zero. A montadora conta com a parceria financeira do Governo alemão durante três anos. Serão testados o éter dimetílico, comumente usado como gás propelente não tóxico em aerossóis, e éter oximetileno, um líquido geralmente utilizado como um solvente na indústria química. Os dois tipos de éter são gerados a partir de biogás e gás natural e podem ser obtidos por um processo chamado “power-to-liquid” que usa fontes renováveis, como energia solar ou eólica, junto com o CO 2 obtido a partir do ar. Um protótipo do Ford Mondeo está sendo utilizado nos testes. Os novos combustíveis têm o potencial de gerar emissões de partículas extremamente baixas e maior eficiência energética. Esta tecnologia está sendo estudada em um projeto paralelo em conjunto com a Universidade de Aachen, na Alemanha, pesquisando a viabilidade de diferentes métodos de geração do éter dimelítico. O projeto visa avaliar a eficiência de conversão, os preços estimados de combustível e os aspectos de infraestrutura. "O CO 2 produzido por um carro movido com éter a partir de fontes renováveis pode ser comparado à quantidade gerada por um corredor de maratona cobrindo a mesma distância – mas com desempenho semelhante a um veículo a diesel", diz Werner Willems, especialista de sistemas de combustão da Ford Europa. "Este é um projeto que pode ajudar a criar veículos com uma redução significativa nas emissões de dióxido de carbono e de partículas, com custos acessíveis no mercado." Os éteres quase não produzem partículas e têm características em comum com o diesel. A Ford acredita que esta característica permitiria a conversão de motores diesel para o seu uso, com desempenho comparável. Estima-se que o éter dimetílico obtido de fontes renováveis poderia oferecer um ecobalanço com emissões de cerca de 3 g/km de CO 2 . "O crescimento da população mundial traz uma demanda sempre crescente de energia e especialmente de combustíveis fósseis. Combustíveis renováveis alternativos como os éteres terão um papel fundamental no futuro", diz Andreas Schamel, Diretor de Pesquisa Global de Powertrain e Engenharia Avançada da Ford. "É seguro, queima mais limpo que o diesel convencional e, o mais importante, é versátil. A energia gerada pelo sol, vento e outras fontes renováveis pode ser armazenada no próprio combustível, o que permite o uso do éter em uma variedade de aplicações."

17 de setembro, 2015