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Sete processos químicos que precisam de inovações com urgência

Sete processos químicos que precisam de inovações com urgência
Processos termais para separação química consomem de 10 a 15% de toda a energia gasta no mundo.[Imagem: Luigi Chiesa/Wikimedia Commons]

Inovações em química

Pesquisadores estão sugerindo concentrar os esforços de pesquisa e desenvolvimento em sete processos químicos de separação que são altamente intensivos em energia, com o objetivo de desenvolver versões de baixa energia.

Além de diminuir o uso de energia, melhores técnicas de separação de produtos químicos a partir de misturas deverão reduzir a poluição e as emissões de dióxido de carbono e abrir novas rotas para obtenção de recursos críticos que o mundo precisa.

"Queremos ressaltar quanto da energia do mundo está sendo usada para separações químicas e apontar algumas áreas onde grandes avanços poderiam ser feitos por meio da expansão das pesquisas. Esses processos são praticamente invisíveis para a maioria das pessoas, mas há grandes recompensas potenciais - tanto para a energia quanto para o meio ambiente - para o desenvolvimento de processos de separação otimizados nessas áreas," afirmam David Sholl e Ryan Lively, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

Intitulada "Sete separações químicas para mudar o mundo", a lista não pretende ser exaustiva, mas destaca alguns dos processos industriais mais importantes na atualidade.

1. Hidrocarbonetos a partir do petróleo bruto

Hidrocarbonetos do petróleo são os principais ingredientes para produzir combustíveis, plásticos e polímeros - elementos-chave para a economia mundial. A cada dia, de acordo com o relatório, as refinarias de todo o mundo processam cerca de 90 milhões de barris de petróleo bruto, utilizando principalmente processos de destilação atmosférica, que consomem cerca de 230 gigawatts de energia por ano, o equivalente ao consumo total de energia do Reino Unido.

A destilação envolve o aquecimento do óleo cru para capturar diferentes compostos à medida que eles evaporam em diferentes pontos de ebulição - um processo chamado destilação fracionada. Encontrar alternativas é difícil porque o óleo é quimicamente complexo e deve ser mantido a temperaturas elevadas para manter o espesso óleo bruto fluindo.

2. Alcenos de alcanos

A produção de alguns plásticos requer alcenos - hidrocarbonetos, tais como o etano e o propeno, cuja produção anual é superior a 200 milhões de toneladas. A separação do eteno a partir do etano, por exemplo, tipicamente requer destilação criogênica de alta pressão.

Técnicas de separação híbridas que usem uma combinação de membranas (filtros muito finos) e de destilação poderiam reduzir o uso de energia por um fator de dois ou três, mas podem ser necessários volumes gigantescos de materiais para filtragem - até um milhão de metros quadrados de membrana para uma única indústria química.

3. Gases de efeito estufa de emissões diluídas

A emissão de dióxido de carbono e de hidrocarbonetos como o metano contribuem para a mudança climática global. A remoção desses compostos a partir de fontes diluídas, como as emissões de usinas de energia, pode ser feita usando amina líquida, mas remover o dióxido de carbono da amina exige calor. Por isso são necessários métodos menos dispendiosos para a remoção do CO2.

Sete processos químicos que precisam de inovações com urgência
Membranas, ou filtros muito finos, com novos materiais, como os nanotubos de carbono, são promissoras, mas ainda precisam chegar à escala industrial. [Imagem: LLNL]

4. Metais de terras raras a partir de minérios

Elementos das terras raras são utilizados em ímãs, catalisadores e em LEDs, entre muitas outras aplicações de alta tecnologia.

Embora esses materiais não sejam realmente raros, é difícil obtê-los porque eles ocorrem em quantidades muito pequenas, devendo ser separados a partir de minérios com baixa concentração, utilizando processos mecânicos e químicos complexos. Virtualmente qualquer novidade será bem-vinda.

5. Urânio da água do mar

A energia nuclear poderia fornecer eletricidade adicional, mas as reservas de urânio do mundo são limitadas. No entanto, há mais de quatro bilhões de toneladas do elemento dissolvidas nas águas dos oceanos. A separação do urânio da água do mar é complicada pela presença de metais como o vanádio e o cobalto, que são capturados juntamente com o urânio pelas tecnologias existentes.

Processos para obtenção de urânio a partir da água do mar têm sido demonstrados em pequena escala, mas eles precisam ser melhorados antes que possam fazer uma contribuição substancial para a expansão da energia nuclear.

6. Separar derivados do benzeno

O benzeno e seus derivados são essenciais para a produção de muitos polímeros, plásticos, fibras, solventes e aditivos de combustível. Hoje estas moléculas são separadas usando colunas de destilação com o uso de uma energia anual combinada de cerca de 50 gigawatts. Avanços em membranas ou absorventes poderiam reduzir significativamente o gasto de energia.

7. Contaminantes-traço da água

A dessalinização já é crítica para satisfazer a necessidade de água potável em algumas regiões do mundo, mas o processo é intensivo em energia e em capital, tanto para os processos de membrana como para os de destilação. O desenvolvimento de membranas mais produtivas e mais resistentes a incrustações poderia reduzir os custos.

Bibliografia:

Seven chemical separations to change the world
David S. Sholl, Ryan P. Lively
Nature
Vol.: 532, 435-43
DOI: 10.1038/532435a




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