Pesquisadores apontam os produtos derivados de CO2 mais promissores

Com definição de critérios, técnicas e ferramentas de análise, grupo avaliou 112 produtos e selecionou três que se destacaram pela maior viabilidade técnica, potencial de mercado e sustentabilidade.

Com informações do site do 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, indicou um artigo publicado no início do ano 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). 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 em uma área relativamente nova de estudos e desenvolvimento de processos – a da 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 esse CO2 de alguma maneira”, conta a professora Rita Maria de Brito Alves, que também assina o artigo e é orientadora de Pacheco no doutorado na USP. “Mas 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 isso, os congressos e trabalhos da área 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, no entanto, tem crescido a pesquisa que 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. Pesquisadores de todo o mundo têm buscado novas aplicações e tecnologias e, embora haja mais de uma centena de possíveis produtos derivados do dióxido de carbono, o processo traz grandes desafios.

“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 ressalta que as metodologias analisadas procuraram encontrar produtos que atendessem aos diferentes critérios, levando-se em conta a dificuldade de promover a reação, o mercado para o produto e a sua sustentabilidade.

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 de 122, foram selecionados em uma primeira triagem 23 e depois apenas 8. 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. “Nosso objetivo é propor o desenvolvimento de processos; para isso, é importante que o produto já tenha atingido certo grau de maturidade de modo a termos informações básicas suficientes para o desenvolvimento de um projeto conceitual, o que, de certa forma, deixaráo processo mais próximo de sua implementação efetiva”, complementa Alves.

Por outro lado, os pesquisadores avaliaram também os reagentes e demais substâncias necessárias, além do CO2, para promover a reação que leva aos produtos. Muitos dos processos, por exemplo, passam pela reação química chamada hidrogenação, que precisa de hidrogênio para ser realizada. “Nesse caso, precisa de um hidrogênio de fonte limpa, sustentável e barato”, explica Alves. “Não adianta ter um produto que consome CO2, mas que exija, para a sua produção, a emissão de uma quantidade de dióxido de carbono absurda. Esse balanço precisa ser fechado de tal modo que o processo emita menos do que consome de CO2.”

Aplicações dos produtos – Os três produtos derivados do CO2 selecionados pelos pesquisadores apresentam grande vantagem ambiental. O dimetilcarbonato (DMC), por exemplo, atualmente é produzido principalmente por rota convencional a partir de metanol e fosgênio, a qual apresenta diversos problemas, sendo o principal o uso do fosgênio. Trata-se de 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.

Entre as possíveis aplicações do DMC está a fabricação de policarbonato (PC), 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 PC produzidas, pois utiliza CO2 como reagente na etapa de produção do DMC. Caso toda aprodução 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 a substituição do diesel como combustível, o que abriria um grande mercado. A questão do preço em comparação com os produtos do petróleo, no entanto, ainda precisa ser resolvida. 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