Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Verde
TÍTULO: Análise da indústria química baseada em matéria-prima fóssil e renovável sob a ótica energética
AUTORES: Polizeli, R. (UFRJ) ; Seidl, P. (UFRJ)
RESUMO: Foi realizado, neste trabalho, um estudo comparativo entre as fontes renováveis e fósseis de matéria-prima, abordando aspectos de seu consumo energético e de seu processo de transformação. A partir de dados obtidos na literatura, foi analisada a inserção da produção química renovável no contexto da tradicional indústria petroquímica, verificando-se um maior consumo energético na produção química renovável para os casos analisados quando observada sua cadeia produtiva inteira. Entretanto, dada a necessidade de produção de intermediários renováveis para complementar a oferta de hidrocarbonetos, a escolha de sua aplicação no uso químico pode ser mais vantajosa se sua conversão aos produtos de interesse for menos intensiva em energia, como se observou para o etanol.
PALAVRAS CHAVES: Química Verde; Química renovável; Petroquímica
INTRODUÇÃO: O atual padrão de consumo tem provocado desequilíbrios sócio-ambientais e preocupado os governos e a sociedade, fato que os levou a procurar outro caminho para a produção industrial e o consumo energético. Entretanto, até os dias atuais, não houve matéria-prima tão versátil a custo tão baixo como o petróleo. Atualmente, a totalidade da produção de petroquímicos se dá a partir da nafta de petróleo e etano (originário do gás natural, associado ou não ao óleo), fontes não renováveis matéria-prima. Nesta produção, parte dos recursos fósseis mencionados é utilizada na forma de energia e parte deles fica contida no produto final. Segundo dados da IEA (2007), a indústria petroquímica utiliza cerca de 9,4% da energia primária mundial e, desta utilização, mais da metade do carbono correspondente fica armazenado no produto final, o que mostra que a petroquímica tem participação minoritária nas emissões dióxido de carbono. Apesar do consumo de energia na indústria petroquímica ter dobrado, passando de 15 para 30 EJ/ano, segundo a IEA (2007), nos últimos 30 anos este aumento foi causado pelo aumento na produção química, e não por diminuição da eficiência energética, a qual teve melhoria significativa no período, como mostrou Wongtschowski (2002). O aumento na demanda por petroquímicos básicos é uma preocupação importante, pois se estima que o consumo de polímeros continue aumentando, como apresentou Pereira (2010), principalmente em regiões em desenvolvimento, com baixo consumo per capita, o que promoverá maior necessidade energética em sua produção e maior geração de resíduos. Consequentemente, as questões-chave para a utilização de intermediários químicos renováveis são o consumo energético em sua cadeia produtiva e a escala de produção.
MATERIAL E MÉTODOS: A metodologia empregada baseou-se na revisão da literatura nacional e estrangeira para a obtenção de informações sobre a indústria e mercado petroquímicos, bem como em estudos sobre o desenvolvimento da aplicação de matérias-primas renováveis, relacionadas ou não aos processos químicos. A pesquisa foi realizada até o mês de julho de 2012 e foram utilizados livros, artigos técnicos, dissertações de mestrado, teses de doutorado, publicações em sites eletrônicos, informes, etc. A pesquisa nas bibliotecas virtuais,tais como Science Direct, Elsevier, Scielo, Springer, Petroleum Abstract, American Chemical Society (ACS) e Google acadêmico, baseou-se na busca por assunto com diversas palavras-chave, como química renovável, química verde, indústria química, petroquímica, biorrefinaria, etanol, óleos vegetais, eficiência energética, biomassa, pirólise, reforma catalítica aromática, craqueamento catalítico fluido, dentre outras. Quando a resposta da pesquisa era superior a 500 resultados, restringia-se o resultado pela composição das palavras-chave acima e/ou pela redução do horizonte da pesquisa para a última década. As palavras-chave foram escolhidas por estudo prévio e conhecimento do tema e, em seguida, verificadas pelo critério de referência circular. Ressalte-se que a realização destas pesquisas conduziu aos trabalhos de Ren (2004 e 2009), Macedo Leal e Silva (2004), Cavalett(2008),Patel et al (2006), Bozell et al (2007), ao Relatório da CGEE (2010), da IEA (2007) e cerca de 50 outros trabalhos relevantes.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Foram avaliadas as cadeias produtivas do petróleo e de algumas fontes renováveis, para as quais procuramos indicadores do consumo energético. Primeiramente, comparamos o quociente de rendimento energético, que resultou na vantagem da cadeia petrolífera sobre a dos produtos renováveis apresentados, conforme mostra a Figura 1. Comparando-se os consumos energéticos para a produção de intermediários químicos renováveis com 2, 3, 4 e 6 carbonos, a partir do milho e da cana-de-açúcar, com os consumos energéticos para a produção dos tradicionais hidrocarbonetos petroquímicos, com igual número de carbonos, observamos que os derivados petroquímicos são menos energointensivos (Figura 1). Por este motivo e pelo fato dos bioprodutos estarem parcialmente oxidados, sua conversão aos básicos petroquímicos envolve sua redução química, com adicional consumo energético. Logo, a produção dos mesmos intermediários renováveis consumirá mais energia do que a produção tradicional. Uma exceção a esta observação é a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar, na qual há saldo energético na cadeia, conforme mostrado por Macedo, Leal e Silva (2004) e Patel et al (2006). Entretanto, a escolha do uso do etanol para a produção do eteno ao invés do seu uso como combustível deve ser comparada com a alternativa de produção de eteno a partir do processo tradicional de pirólise. A partir das estimativas de Ren (2009) para o consumo energético da pirólise de nafta, dos dados de Macedo, Leal e Silva(2004) e de estimativas do consumo no processo de desidratação de etanol a eteno, mostramos que o referido processo petroquímico é mais dispendioso do que o processo renovável (Figura 2). Entretanto, este é menos dispendioso apenas se aproveitados os resíduos da produção agrícola para co-geração energética.
Figura 1:
Comparação do rendimento energético das fontes renovável e não renovável e do consumo energético envolvido na produção de hidrocarbonetos por ambas.
Figura 2:
Comparação dos dispêndios energéticos médios nas etapas de produção de eteno fóssil e renovável.
CONCLUSÕES: Concluímos que o uso de matéria-prima renovável na produção química pode consumir mais energia do que a partir de derivados do petróleo, principalmente porque um dos elos da cadeia produtiva, a agricultura, é bastante energointensiva, e porque os bioprodutos estão parcialmente oxidados. Apesar de em alguns casos ocorrer superávit energético, como na cadeia produtiva do etanol, a utilização do bioproduto intermediário deve ser avaliada. Em relação ao etanol, constatamos que sua conversão em eteno consome menos energia do que no processo de pirólise baseado em nafta petroquímica.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CAVALETT, O. Análise do Ciclo de Vida da Soja. 2008. 220 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos)-Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2008.
IEA. Tracking industrial energy efficiency and CO2 emissions. Paris: IEA Publications, 2007. Disponível em <http://www.iea.org/textbase/nppdf/free/2007/tracking_emissions.pdf >. Acesso em: 10 jun. 2012.
IPIECA. Saving energy in the oil and gas industry. Londres: IPIECA, 2007.
Disponível em <http://www.ipieca.org/system/files/publications/Saving_Energy.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2012.
MACEDO, I. de C. ; LEAL, M. R. L. V. ; SILVA, J. E. A. R. da. Balanço das emissões de gases do efeito estufa na produção e no uso do etanol no Brasil. São Paulo: Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo, 2004.
PATEL, M. et al. Medium and long-term opportunities and risks of the biotechnological production of bulk chemicals from renewable resources – The potential of white biotechnology. 2006. Relatório final do Brew Project apresentado pela Ultrecht University, Holanda, 2006.
PEREIRA, R. A. Análise dos Principais Processos Críticos para Produção de Insumos Petroquímicos e sua Evolução Tecnológica. 2010. 146 f. Dissertação (Mestrado em Ciências)-Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
REN, T. Petrochemicals from oil, natural gas, coal and biomass: energy use, economics and innovation. 2009. 219 f. Tese (Doutorado)-Copernicus Institute for Sustainable Development and Innovation, Utrecht University, Holanda, 2009. Disponível em <http://igitur-archive.library.uu.nl/dissertations/2009-0212-200641/ren.pdf>. Acesso em: 11 jun. 2012.
WONGTSCHOWSKI, P. Indústria Química: Riscos e Oportunidades. 2 ed. rev. e amp. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 2002.