A utilização de carbono converte resíduos em valor

A captura de carbono é uma solução emergente para reduzir as emissões industriais de gases de efeito estufa (GEE). Após capturar o dióxido de carbono das correntes de exaustão do processo, ele é normalmente transportado do local de origem para armazenamento a longo prazo no subsolo. No entanto, a tecnologia e o monitoramento contínuo dos locais de armazenamento são caros.

Para compensar parcialmente as despesas, o CO₂ capturado poderia ser reutilizado para criar valor, em vez de ser simplesmente armazenado. Essa prática, conhecida como reciclagem de carbono, faz parte do conceito mais amplo de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS), uma solução coletiva para ajudar a alcançar as metas de emissões líquidas zero até 2050 e mitigar as ameaças climáticas.

Atualmente, a indústria coleta 45 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono de correntes de exaustão de resíduos anualmente, o que representa cerca de 0,1% das emissões globais de todos os setores. De acordo com os modelos climáticos do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas e da Agência Internacional de Energia, o CCUS poderia capturar impressionantes 1 bilhão de toneladas métricas de CO₂ por ano até 2030 e vários bilhões de toneladas até 2050. Se as emissões de dióxido de carbono dos setores industriais e outros permanecerem mais ou menos as mesmas quando essa capacidade for alcançada, isso poderia reduzir as emissões atmosféricas de gases de efeito estufa em aproximadamente 10%.

As tecnologias de CCUS exigem medição confiável em pontos críticos para garantir a qualidade e a segurança do processo. Normalmente, inclui medições de nível, vazão, temperatura, pressão, análise de líquidos e, cada vez mais, análise de gases, utilizando analisadores espectroscópicos Raman e TDLAS.

Dado o alto custo da captura de CO₂, a capacidade de transformar volumes significativos desse gás em um produto valioso é de interesse para os processadores que implementam tecnologias de CCUS. As aplicações e indústrias que podem se beneficiar da utilização de carbono são numerosas e incluem, mas não se limitam aos seguintes exemplos:

Conhecida pelo seu consumo significativo de energia e pegada de carbono, a indústria da construção pode aproveitar a captura e utilização de carbono para criar materiais de construção mais sustentáveis. Os processos tradicionais de produção de cimento aquecem os materiais a temperaturas superiores a 1450°C (2642°F), geralmente utilizando óleo combustível pesado, carvão, gás natural ou outros combustíveis derivados de resíduos. Além disso, a reação química normalmente usada para fabricar o cimento requer a transformação do carbonato de cálcio em compostos semelhantes ao óxido de cálcio, o que gera CO₂ como subproduto. Combinadas, essas emissões são responsáveis por aproximadamente 7% da produção mundial de gases de efeito estufa.

No entanto, isso pode ser mitigado coletando dióxido de carbono da corrente de exaustão por meio do tratamento de gás com aminas e injetando-o no concreto fresco durante o processo de mistura. O CO₂ injetado reage com os íons de cálcio presentes na mistura do concreto, formando carbonato de cálcio, um agente ligante naturalmente ocorrente. Isso enriquece o concreto, aumentando sua resistência à compressão e sequestrando permanentemente o dióxido de carbono, eliminando a necessidade de armazenamento e monitoramento em formações geológicas. 

Esse aumento na resistência do concreto permite reduções no material em projetos de construção, proporcionando economias para compensar parcialmente o custo do tratamento com aminas. Além disso, a injeção de CO₂ pode ser integrada aos processos de produção de concreto existentes com modificações mínimas na infraestrutura já existente. 

O dióxido de carbono também pode ser usado para criar agregados sintéticos, um componente chave do concreto, substituindo os agregados tradicionais extraídos da terra. Além disso, inovadores emergentes estão explorando o desenvolvimento de alternativas de concreto com base em biomassa e carbono negativo, nas quais o processo de produção absorve mais CO₂ do que emite.

O setor de transporte, fortemente dependente de combustíveis fósseis, pode obter benefícios significativos em termos de sustentabilidade a partir da utilização de carbono. Através de diversos processos químicos, o CO₂ capturado pode ser convertido em combustíveis renováveis, como metanol e combustível sustentável para aviação (SAF), ajudando a reduzir a pegada de carbono da indústria.

Para produzir metanol renovável, o dióxido de carbono capturado é reagido com hidrogênio verde na presença de um catalisador, a altas temperaturas e pressões. O metanol pode ser usado tanto como combustível direto para automóveis quanto como matéria-prima para outros combustíveis, como o biodiesel. 

A S&P Global projeta que o mercado de metanol renovável atingirá 400 milhões de toneladas métricas anualmente até 2050, demonstrando seu imenso potencial. No entanto, existem desafios no uso do metanol na indústria de transporte, incluindo a necessidade de infraestrutura especializada. 

Da mesma forma, a indústria da aviação está explorando o uso de SAF (combustível sustentável para aviação) produzido a partir de CO₂ capturado para reduzir sua dependência de combustíveis fósseis. Para produzir SAF, o dióxido de carbono capturado é primeiramente combinado com hidrogênio em um processo chamado deslocamento reverso de água-gás, criando gás de síntese (syngas), uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio. 

Em seguida, o gás de síntese é convertido em uma mistura de hidrocarbonetos usando o processo Fischer-Tropsch, e essa mistura de hidrocarbonetos passa por hidrogenação para remover impurezas e ajustar as propriedades do combustível. As características do combustível de aviação, incluindo conteúdo energético, ponto de fulgor e ponto de congelamento, devem ser cuidadosamente monitoradas e controladas.

Embora ainda esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, a International Air Transport Association estima que o SAF poderia contribuir para uma redução de 65% nas emissões de GEE da aviação.

A indústria química atualmente depende fortemente de combustíveis fósseis, mas o dióxido de carbono pode ser utilizado como matéria-prima alternativa em muitos casos para produzir uma ampla gama de produtos químicos e polímeros. Isso inclui fertilizantes como a ureia, plásticos e materiais de embalagem. 

Quando o CO₂ reage com amônia sob alta pressão e temperatura, o carbamato de amônio é formado. À medida que esse composto químico se decompõe, ele produz ureia e água, que podem então ser processadas e granuladas em forma sólida para uso como fertilizante. 

O dióxido de carbono também pode ser utilizado para produzir policarbonatos. Esses polímeros duráveis e transparentes são comumente usados em eletrônicos, óculos e peças automotivas. Esses polímeros são formados pela reação direta do CO₂ com epóxidos, um tipo de éter cíclico, na presença de um catalisador. 

A produção de poliuretano é outro uso importante para o dióxido de carbono na indústria química. Conhecidos por sua versatilidade e aplicações em espumas, revestimentos e isolamento, os poliuretanos são tradicionalmente fabricados usando polióis derivados de combustíveis fósseis. No entanto, os processadores podem substituir esses polióis por polióis à base de dióxido de carbono, reduzindo a dependência de combustíveis convencionais e diminuindo a pegada de carbono dos produtos de poliuretano.  

Essas práticas sustentáveis de economia circular mostram potencial, mas enfrentam desafios para competir com a produção tradicional baseada em combustíveis fósseis devido aos custos mais altos associados à captura de carbono. 

O setor agrícola também pode se beneficiar da utilização de carbono por meio da aplicação de fertilizantes à base de ureia e seu uso direto. O gás dióxido de carbono pode enriquecer ambientes de estufas para melhorar o crescimento das plantas e aumentar a produtividade. Além disso, o CO₂ capturado pode ser utilizado para cultivar algas, que podem ser processadas em biocombustíveis, ração animal e produtos alimentícios.

Apesar de seu potencial sustentável, a adoção do CCUS enfrenta obstáculos substanciais. As tecnologias de captura de carbono, em particular, são caras para serem implementadas. Aumentar a produção para reduzir as emissões de GEE exigirá investimentos significativos em infraestrutura e no desenvolvimento do mercado. Os governos e organizações não governamentais provavelmente precisarão arcar com grande parte do capital necessário. 

Além disso, garantir a sustentabilidade geral da captura e utilização de carbono requer alimentar os processos com energia proveniente de fontes renováveis. Usar combustíveis fósseis para alimentar as tecnologias de CCUS seria contraproducente, anulando os benefícios ambientais. 

Com o tempo, a pesquisa e o desenvolvimento ajudarão a otimizar os processos e aumentar a eficiência, diminuindo os custos operacionais da tecnologia CCUS. A viabilidade econômica, ou pelo menos a captura de carbono de baixo custo, é crucial para sua adoção generalizada em toda a indústria, especialmente à medida que mais empresas e consumidores globalmente valorizam a sustentabilidade.  

A exploração adicional no campo da captura e utilização de carbono pode ajudar a reduzir as emissões de GEE e transformar um subproduto prejudicial em um recurso valioso. A utilização de carbono oferece uma das várias maneiras de reduzir as emissões de dióxido de carbono em diversas indústrias, contribuindo para um futuro mais sustentável.