Doutorado da Poli-USP promete aperfeiçoar processos químicos presentes na produção de fertilizantes

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Tese analisa e aprimora a geração da amônia, principal insumo dos produtos

Estima-se que metade da produção agrícola mundial só é possível atualmente graças aos fertilizantes. Pensando nessa importância, a tese de doutorado de Daniel Flórez-Orrego, pesquisador do Laboratório de Engenharia Térmica e Ambiental da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), criou modelos matemáticos que otimizam a produção da amônia, principal matéria-prima destes compostos químicos.

O artigo resultante da pesquisa garantiu a Flórez-Orrego o prêmio de melhor trabalho da  29ª edição da International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS 2016), cujo prêmio foi entregue na versão mais recente da Conferência (ECOS 2017), realizada no mês de julho em San Diego, nos Estados Unidos.

Silvio de Oliveira Júnior, docente da Poli e orientador de Flórez-Orrego, destaca a relevância da produção de fertilizantes nitrogenados para o cenário brasileiro como um dos motivos que levaram o projeto a se diferenciar dos demais artigos da conferência. “Mais de 60% do consumo brasileiro de fertilizantes é importado, por isso é essencial que Daniel esteja aprimorando as técnicas de produção já existentes”, conta.

Outra questão que, segundo Flórez-Orrego, trouxe um caráter autêntico para a pesquisa é a preocupação com o consumo de combustível fóssil, mais precisamente o gás natural, utilizado na produção de amônia. “O Brasil importa mais de 49% do gás natural que consome, por isso é preciso pensar em alternativas para diminuir essa demanda no processo de produção nas FAFEN (Fábricas de Fertilizantes Nitrogenados)”, defende. Melhorar os processos químicos dos insumos dos fertilizantes, para ele, é uma questão estratégica. “Oitenta por cento da amônia produzida no mundo vem do gás natural, sendo então o gás natural uma commodity chave para a indústria agrícola”.

Sobre a pesquisa – O pesquisador prevê em sua tese a minimização das irreversibilidades nos processos químicos que geram a amônia, por meio da Exergia, ou análise combinada da Primeira e a Segunda lei da Termodinâmica. O conceito se baseia no máximo potencial para produzir trabalho – uma forma mais ordenada e, portanto, mais valiosa da energia – que possui um sistema quando atinge o equilíbrio com o meio ambiente a que ele está condicionado, através de diferentes processos termodinâmicos (reações químicas, transferência de massa, calor e momento).

A exergia quantifica então a parte útil da energia, e assim, é uma ferramenta que permite comparar o desempenho termodinâmico, econômico e ambiental dos diferentes processos de uma usina com diferentes produtos e subprodutos (poligeração). “O método pode ser utilizado para propor indicadores ambientais que visam a redução da emissão de gases de efeito estufa e diminuir a quantidade de rejeitos resultantes da atividade, e também indicadores termo-econômicos que permitam otimizar a utilização dos recursos naturais e financeiros”, diz o pesquisador.

O método exergético também pode ser utilizado em conjunto com o método de integração energética, que diz respeito à metodologia utilizada na indústria que visa minimizar os gastos com o consumo de utilidades (resfriamento e aquecimento das correntes do processo). Valores de até 19% maior eficiência e de 5-15% menor custo operacional e de investimento tem sido reportados nos seus estudos preliminares. Para chegar às conclusões, o doutorando estudou tanto condições típicas de operação das usinas produtoras do composto, quanto outras configurações menos convencionais.

Assim como ele, cada vez mais pesquisadores defendem a utilização da exergia na avaliação da sustentabilidade dos processos de transformação da energia, desde operações unitárias até setores econômicos inteiros de um país (indústria e transporte, por exemplo). A respeito da aplicabilidade direta do método pelos produtores, o engenheiro reconhece que o cálculo da exergia per se não apresenta maiores dificuldades. “Contudo, a utilização do método exergético para aprimorar os processos químicos, especificamente processos reativos com reciclo e separação, requer certa experiência do engenheiro”, adverte. “Aliás, os resultados se encontrarão geralmente sujeitos a restrições impostas por outros fatores ora econômicos, ora metalúrgicos, ou mesmo até geográficos e ambientais, como no caso dos países que utilizam carvão no lugar do gás natural, ou ambientes com pressões e temperaturas atmosféricas muito diferentes do Brasil, entre outros”, completa.

O projeto, que inicialmente levantou o interesse da Petrobras, empresa que sugeriu o estudo do tema, já rendeu três artigos publicados em revistas internacionais especializadas e quatro apresentados em conferências internacionais. O último deles levou o Best Paper Award da ECOS 2016. O doutorado do estudante colombiano continua sendo realizado com apoio do Programa de Recursos Humanos PRH-19 da Escola Politécnica da USP e da Agencia Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).