PRODUÇÃO DE O2, N2 E CO2 POR PRESSURE SWING ADSORPTION E O USO DESSES GASES COMO ATMOSFERA MODIFICADA PARA A EMBALAGEM DE ALIMENTOS: UM FUTURO PROMISSOR?

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A produção de alimentos é difícil! Quantidade, qualidade, escoamento da produção e responsabilidade socioambiental exemplificam, de modo amplo, a grandeza desse desafio. Estruturar, assim, uma cadeia produtiva para fornecer alimentos para a população mundial mantém-se como uma tarefa complexa, mesmo na terceira década do século XXI (ASTILL et al., 2019; PACIAROTTI; TORREGIANI, 2021). As crescentes exigências de mercado, que incluem alimentos menos processados, mais frescos, com reduzida perda de nutrientes, rastreáveis etc., trouxeram a necessidade de modificações na cadeia produtiva de alimentos. Dessa forma, a incorporação de tecnologias e busca por inovações fez-se (e faz-se) necessária, como o uso de embalagens inteligentes ou mesmo o emprego de gases como AMEA (KONTOMINAS, 2014; QIAN et al., 2021). No entanto, a compatibilização dessas exigências de mercado com o custo de produção de distintos gêneros alimentícios, em especial para a agricultura familiar não é uma tarefa simples. A dificuldade para obtenção de financiamento, a presença de uma infraestrutura básica pouco robusta e de uma infraestrutura de rede ainda precária em regiões distantes dos principais centros ilustram alguns dos desafios que esses produtores enfrentam. Destaca-se, no entanto, que apesar das dificuldades apresentadas por esses produtores, dados do Censo Agropecuário de 2017, realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), indicam que aproximadamente 77% das propriedades rurais no Brasil se classificam dentro da agricultura familiar (AGÊNCIA IBGE NOTÍCIAS, 2019). Assim, baseado no resultado das exportações nacionais no ano de 2020, na área do agronegócio, que alcançou US$ 100,81 bilhões (AGÊNCIA BRASIL, 2021), e sabendo-se da existência de relatos de pequenos produtores, também durante o ano de 2020, sobre redução na renda (FUTEMMA et al., 2021), verifica-se a necessidade de se procurar uma tecnologia que já esteja presente nessas propriedades ou que esteja ganhando espaço na produção rural e que permita, com certo grau de facilidade, modificações para se adequar as necessidades desses produtores e permitir a diversificação das atividades presentes em seu portfólio. Nessa vertente, por exemplo, o segmento de produção de biogás (BG) está ganhando espaço no mercado, em especial nas propriedades rurais. A purificação do BG pode empregar o processo PSA para obtenção do biometano (CH4), cujas especificações são regulamentadas pelas resoluções da Agência Nacional do Petróleo (ANP) nº 8/2015 e nº 685/2017. Esse processo é interessante, uma vez que além da obtenção do CH4, pode auxiliar na produção de O2, N2 e CO2 (subproduto da purificação do CH4), que por sua vez podem ser empregados como AMEA. O processo PSA é um processo de adsorção para separação de gases que envolve o emprego de uma fase sólida (adsorvente) e de uma fase gasosa, que apresenta uma mistura com n espécies, que entram em contato íntimo em uma coluna ou leito empacotado. Uma das n espécies presentes será adsorvida (adsorbato) mais intensamente na fase sólida, proporcionando, por certo intervalo de tempo, a recuperação de uma corrente enriquecida nos demais componentes presentes na corrente de alimentação (COOKE, 2007; GRANDE, 2012; SHOKROO et al., 2016). Normalmente essas unidades operam com o ciclo Skarstrom (SKARSTROM, 1958) e a etapa de regeneração dos leitos ocorre com a redução da pressão. Com a produção de O2 e de N2 por PSA nessas propriedades, facilita-se a diversificação das atividades comerciais presentes no portfólio desse produtor, como o uso do N2, O2 e CO2 como AMEA, que favorece o aumento do prazo de prateleira. A produção de O2 na propriedade também estimula a criação de peixes em cativeiro, permitindo maior aeração da água e com isso, a possibilidade de maior densidade de peixes no espaço usado para a criação. O O2 concentrado também favorece o uso de fornos com mistura combustível enriquecida, auxiliando na redução do consumo de combustível, o próprio CH4 obtido anteriormente. Com isso, favorecem-se atividades complementares como produção de pães e bolos. Enfatiza-se que o leito usado para separar o CH4 do CO2 não é o mesmo para separar O2 de N2 ou N2 de O2. Porém, uma vez que a tecnologia já está presente na propriedade e que o produtor ou equipe já estão familiarizados, facilita-se a incorporação de novos leitos para a produção desses gases. Esse trabalho busca propor, portanto, que o emprego de uma tecnologia já consolidada, como o uso de gases para obtenção de AMEA, pode contribuir para a estruturação da cadeia produtiva. Por isso, esse trabalho avaliará a existência de trabalhos que correlacionem a produção de gases por PSA com a temática de conservação de alimentos, em especial o uso de AMEA. O processo PSA foi escolhido uma vez que é um processo bem estabelecido, que apresenta reduzido gasto energético e custo de manutenção e comercialmente já é empregado na produção de O2, N2, CH4 e CO2 (GRANDE, 2012).

Foi feita uma revisão da literatura na qual buscou-se verificar a ocorrência de trabalhos que correlacionassem a produção de gases por PSA com o uso de AMEA, para CA, nas bases de dados Scopus e Web of Science. Para isso, empregou-se um conjunto de expressões, avaliadas em pares. Enfatiza-se que no campo de pesquisa das bases de dados não se especificou o gás, para evitar uma restrição excessiva na busca. Todos os resultados numéricos apresentados são referentes ao dia 01.09.2021. Inicialmente avaliou-se apenas o caráter qualitativo em relação a existência ou não de trabalhos que correlacionassem a produção de gases por PSA com o uso de AMEA. Posteriormente verificou-se a principal área (ciência e tecnologia de alimentos, engenharia química etc.) encontrada ao se pesquisar esses termos na base Web of Science, bem como o número de ocorrência de trabalhos nessas áreas. Na base Scopus, escolheu-se a opção “Article title-Abstract-Keywords” e as combinações de expressões, em inglês, empregadas foram: “pressure swing adsorption” e “food preservation”, “pressure swing adsorption” e “modified atmosphere packaging”, “pressure swing adsorption” e “controlled atmosphere” e “modified atmosphere packaging” e “food preservation”. Na base Web of Science, empregou-se a opção “Principal Coleção do Web of Science”, selecionou-se a opção de pesquisa “Tópico” e escolheu-se a opção automática para o período de pesquisa, deixando a opção “todo o período (1901 – 2021)”. Inicialmente, verificou-se apenas a ocorrência de resultados para as expressões “pressure swing adsorption”, “food preservation” e “modified atmosphere packaging”, separadamente. Depois, verificou-se a ocorrência de resultados empregando as combinações de expressões: “pressure swing adsorption” e “food preservation”, “food preservation” e “modified atmosphere packaging” e “food preservation” e “controlled atmosphere”.

O uso das bases de dados Scopus e Web of Science, para os termos apresentados na metodologia, trouxe uma série de observações interessantes. O primeiro resultado que deve ser enfatizado é que não foram encontrados trabalhos que correlacionassem a combinação das expressões “pressure swing adsorption” e “modified atmosphere packaging” nas duas bases de dados empregadas. Comercialmente, por outro lado, verificando-se empresas que comercializam unidades para embalagem de alimentos em atmosfera modificada, como a Atlas Copco, a Air Liquide ou a Air Products, são encontradas unidades que empregam o processo PSA, outras que produzem esses gases com o emprego de membranas ou mesmo a opção de compra do gás já envasado, oriundo de destilação criogênica, por exemplo. No entanto, a falta de trabalhos correlacionando “pressure swing adsorption” e “modified atmosphere packaging” é intrigante. O uso de AMEA não requer necessariamente o emprego de um único gás puro, como o N2. Para diferentes gêneros alimentícios, o uso de AMEA pode empregar uma combinação de gases, como o O2, N2 e CO2, a certa proporção, que auxilie na promoção de maior prazo de prateleira. Portanto, o processo PSA é um processo interessante, pois adequando- se a pressão e o tempo de ciclo, pode-se alterar a pureza da corrente gasosa obtida e, assim, obter-se uma corrente com especificação mais próxima da necessária para o produto que será envasado. O segundo resultado encontrado foi que ao se substituir a expressão “pressure swing adsorption” por outra mais ampla, como “food preservation”, vários trabalhos foram encontrados, em ambas as bases de dados. Enfatiza-se que esse resultado já era esperado, uma vez que uma das técnicas empregadas para auxiliar no processo de conservação de alimentos é o uso de AMEA. Outro ponto de destaque foi a principal área de pesquisa encontrada, pela base Web of Science, quando pesquisou-se, separadamente, as expressões “pressure swing adsorption”, “food preservation” e “modified atmosphere packaging”. Para a primeira, a principal área foi “Engineering Chemical”, com 1.803 resultados, enquanto que para a segunda e a terceira, “Food Science Technology”, com 4.222 e 3.403 ocorrências, respectivamente. Para as demais combinações de expressões, foram encontrados trabalhos em ambas as bases de dados. O número de resultados obtidos para cada par avaliado foi de aproximadamente mil trabalhos. Assim, com os resultados apresentados, ressalta-se que tanto o tópico CA quanto AMEA apresentaram grande número de resultados, mas a integração com o PSA ainda é pouco abordada. Trabalhos sobre o emprego do processo do PSA para purificação do biogás (separar o CH4 do CO2) são comuns na literatura e unidades comerciais são encontradas no Brasil, em contraste (ABIOGÁS, 2021; CANEVESI et al., 2018; GLOBO RURAL, 2021). Vale destacar que o emprego do processo PSA para obtenção de corrente enriquecida em uma espécie gasosa, com objetivo de favorecer o emprego de AMEA, proposta desse trabalho, não representa necessariamente uma única solução para os problemas existentes na cadeia produtiva de alimentos. O processo PSA, como apresentado, é um processo de adsorção, que normalmente opera com o ciclo Skarstrom original ou com uma modificação (melhoria de performance). O ciclo Skarstrom é composto por 4 etapas: alimentação, evacuação ou descarga, purga e pressurização. Já os principais parâmetros de performance avaliados nesse ciclo são a recuperação da espécie gasosa desejada, considerando-se a quantidade presente dessa espécie na corrente de alimentação, a pureza obtida na corrente enriquecida com o produto desejado e a produtividade, que representa a relação entre o quanto foi produzido do gás desejado e a quantidade de adsorvente presente no leito empacotado. Os parâmetros de performance devem ser evidenciados, mesmo nesse trabalho, uma vez que, além de serem importantes para verificar se o objetivo almejado com a unidade está sendo alcançado, por exemplo a pureza obtida na corrente enriquecida com a espécie gasosa desejada, o parâmetro produtividade também é significativo para análise econômica da inserção desse processo em uma propriedade rural. Também deve ser destacado que o emprego de apenas uma estratégia para auxiliar no processo de conservação de alimentos pode não servir como solução para todos os problemas que, atualmente, dificultam essa cadeia produtiva. No entanto, como apresentado, valendo-se da expansão do emprego do BG e do CH4 nas propriedades rurais, para produção de energia elétrica e como biocombustível para veículos, favorece-se a inserção do emprego de AMEA por parte desses produtores. Logo, novas pesquisas que busquem avaliar a possibilidade de emprego de uma unidade PSA, em propriedades classificadas dentro da agricultura familiar, para produção de gases e consequente possibilidade de envase de alimentos em atmosfera modificada, oxigenação de criadouros de peixes, uso de CO2 para extração de biocompostos etc. deveriam ser estimuladas (SOQUETTA et al., 2018). Ressalta-se que uma análise técnica e econômica devem ser feitas para verificar a possibilidade de emprego do processo PSA para uso de AMEA, preferencialmente, buscando-se correlacionar empenho do investimento, quantidade necessária de gás, tempo para retorno do investimento e tamanho mínimo da produção agrícola em cada propriedade, ou quantas propriedades deveriam se associar para viabilizar o emprego desse processo. Por fim, reforça-se que o emprego de AMEA para CA é antigo, mas que seus benefícios podem ser extremamente interessantes para os pequenos produtores, considerando-se a possibilidade de aumento no prazo de prateleira desses produtos, redução nas perdas etc. Vale destacar que o segmento de alimentos saudáveis está em ascensão (TECHNAVIO, 2021) e, portanto, buscar tecnologias como o processo PSA, ampliam a inserção dos gêneros produzidos por esses produtores nesse segmento (saladas prontas armazenadas em AMEA, por exemplo) (GRAND VIEW RESEARCH, 2021).

ABIOGÁS. Potencial de biogás no Brasil – ABiogás. Disponível em: <https://abiogas.org.br/potencial-de-biogas-no-brasil/>. Acesso em: 31 ago. 2021.
AGÊNCIA BRASIL. Balança comercial do agronegócio soma US$ 100,81 bilhões em 2020. Disponível em: <https://agenciabrasil.ebc.com.br/economia/noticia/2021-01/balanca-comercial-do-agronegocio-soma-us-10081-bilhoes-em-2020>. Acesso em: 31 ago. 2021.
AGÊNCIA IBGE NOTÍCIAS. Censo Agro 2017: população ocupada nos estabelecimentos agropecuários cai 8,8% | Agência de Notícias | IBGE. Disponível em: <https://agenciadenoticias.ibge.gov.br/agencia-sala-de-imprensa/2013-agencia-de-noticias/releases/25789-censo-agro-2017-populacao-ocupada-nos-estabelecimentos-agropecuarios-cai-8-8>. Acesso em: 31 ago. 2021.
ASTILL, J. et al. Transparency in food supply chains: A review of enabling technology solutions. Trends in Food Science & Technology, v. 91, p. 240–247, 1 set. 2019.
CANEVESI, R. L. S. et al. Pressure Swing Adsorption for Biogas Upgrading with Carbon Molecular Sieve. Industrial and Engineering Chemistry Research, v. 57, n. 23, p. 8057–8067, 2018.
COOKE, S. J. Industrial Gases. In: KENT, J. A. (Ed.). . Kent and Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology. Boston, MA: Springer US, 2007. p. 1215–1233.
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GRAND VIEW RESEARCH, INC. Packaged Salad Market Size Worth $20.30 Billion By 2028 | CAGR: 8.2%: Grand View Research, Inc. Disponível em: <https://www.prnewswire.com/news-releases/packaged-salad-market-size-worth-20-30-billion-by-2028--cagr-8-2-grand-view-research-inc-301299528.html>. Acesso em: 31 ago. 2021.
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SOQUETTA, M. B.; TERRA, L. DE M.; BASTOS, C. P. Green technologies for the extraction of bioactive compounds in fruits and vegetables. CyTA - Journal of Food, v. 16, n. 1, p. 400–412, 1 jan. 2018.

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