O metanol é um produto químico com várias aplicações, pode ser utilizado como um solvente, matéria-prima para fabricação de materiais, combustível e para o armazenamento de energia na forma líquida. Com o objetivo de produzir metanol de alta pureza, economicamente viável e ambientalmente sustentável, surge o “Projeto conceitual eco-eficiente para aproveitamento de diversas fontes de biogás para produção de metanol”, coordenado pelo professor Diego Martinez Prata.
O projeto tem o objetivo de desenvolver conceitualmente uma planta de produção de metanol, que engloba as etapas de reforma do biogás, conversão para metanol, separação e purificação do produto. Para isso, foram utilizadas diversas fontes de biogás e suas combinações. O processo foi simulado computacionalmente utilizando licença concedida para até 50 máquinas.
“A ideia desse projeto foi modernizar, através de simulação computacional, o redesenho de uma planta tradicional de produção de metanol. As duas plantas que já existiram no país, na Bahia e no Rio de Janeiro, seriam adaptadas para utilizar o biogás na produção de biometanol e na geração de empregos”, relata o professor. Desde 2016, o Brasil tem dependido da importação de todo o metanol consumido.
Iniciado em 2019, com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), foram alcançados resultados significativos. Ao optar por investigar a modificação do processo de integração energética para minimizar o uso de água, foi possível notar uma redução de 31,5% no consumo de água em comparação com o processo convencional de produção de metanol. Com o intuito de reduzir o desperdício de um recurso mineral escasso, o estudo entra em consonância com os objetivos 6 (água potável e saneamento), 12 (produção e consumo sustentáveis) e 13 (ação contra a mudança global do clima); da Agenda de 2030 da Organizações das Nações Unidas (ONU).
Comparação entre a solução ótima ambiental, solução ótima econômica e caso base. A economia atingiu 31,5% no consumo de água. Créditos: Diego Prata
Outro aspecto analisado foi a intensificação do processo para reduzir o impacto no meio ambiente, e como usar menos água nos condensadores e menos energia nos aquecedores ajuda a diminuir a quantidade de CO2 que liberamos. Essa verificação foi realizada na parte da fábrica onde separam as substâncias, que usa muita energia. Então, foram exploradas algumas ideias, como a “recompressão de vapor” em que se usa um compressor elétrico para tornar o vapor mais quente em vez de usar vapor produzido pela queima do gás natural em uma caldeira. Também foi investigado o método chamado ‘duplo-efeito’, em que projeta uma coluna de destilação de modo que a energia seja usada de maneira mais inteligente entre as partes de baixa e alta pressão na coluna.
“No processo de produção de metanol, muitos subprodutos são gerados, incluindo a água, os quais são posteriormente purificados, juntamente com o metanol. De modo a obter este produto com elevada pureza são necessárias até quatro colunas de destilação, sendo esses equipamentos responsáveis pelo consumo de 40-60% de energia de todo o processo químico/petroquímico”, relata Diego.
Créditos: Diego Prata
Além disso, o projeto concentrou-se na configuração do processo utilizando biogás de microalgas, para que esse biogás de síntese fosse transformado em metanol, em vez de se usar outros tipos de biogás, como o proveniente de aterro sanitário, estrume de gado, efluente de óleo de palma, fermentação de sorgo ou espigas de milho. As microalgas não competem com a oferta de alimentos (espigas de milho), nem com a disponibilidade de terras aráveis para seu cultivo (palma, milho e sorgo), sendo cultivadas em terras não agricultáveis, inclusive em estruturas verticais, usando água salgada, salobra ou residuais, tendo, ainda, a capacidade de capturar eficientemente emissões de carbono de processos industriais.
Para ler mais sobre o projeto, é possível acessar o artigo “Multi-objective optimization of water consumption for a methanol synthesis process”, de Rafael Santos, Nicole Barros, Argimiro Secchi e Diego Prata, em https://link.springer.com/article/10.1007/s10098-021-02261-2. Há também um website do grupo de pesquisa chamado Núcleo de Estudos de Otimização (NEO), coordenado pelo professor Diego Prata, com a discussão de temáticas como reconciliação de dados, ecoeficiência e sustentabilidade industrial, entre outros: https://neouff.wixsite.com/home.
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Diego Martinez Prata é graduado em Engenharia de Produção com Ênfase em Qualidade Química pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro e Mestrado e Doutorado em Engenharia Química na COPPE pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atualmente é Professor Associado II em Regime de Dedicação Exclusiva do Programa de Engenharia Química e de Petróleo da Universidade Federal Fluminense (UFF). Atua na área de Engenharia Química, com ênfase em Processos Industriais de Polimerização e Produção de Eteno e Propeno e estuda os seguintes temas: Reconciliação de Dados, Estatística Robusta, Detecção de Erros Grosseiros, Controle Ótimo, Otimização, Ecoeficiência (Sustentabilidade) e Intensificação de Processos.