Pesquisadores avaliam quais os melhores processos para a utilização do dióxido de carbono pela indústria química

O uso do dióxido de carbono (CO2) como matéria-prima para a fabricação de produtos químicos é uma das possibilidades estudadas para a mitigação dos efeitos da emissão desse gás, que compõe mais de 70% dos gases de efeito estufa lançados na atmosfera. Além de reduzir o aquecimento global, a conversão do CO2 em outros produtos pode contribuir para retardar o esgotamento dos recursos fósseis e apontar caminhos de produção mais modernos à indústria química.

Os dados da literatura sobre a quantidade de energia necessária para converter o dióxido de carbono em produto químico, no entanto, são limitados. A fim incrementar esses dados, um grupo de pesquisadores do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) publicou este mês na revista Energy Conversion and Management, da editora Elsevier, um artigo detalhando um estudo comparativo sobre os diferentes métodos para estimar as propriedades termodinâmicas dessas reações.

“Há processos que demandam mais ou menos energia para utilizar o CO2 a fim de se fazer os produtos químicos”, afirma o professor Claudio Augusto Oller do Nascimento, vice-diretor do Programa de Físico-Química do Centro de Pesquisa de Inovação em Gás (RCGI) e coautor do artigo. “O ideal é o que usa menos energia. Mas, por outro lado, ao mesmo tempo você tem de buscar aquele que consome mais CO2.”

A ideia é ajudar a transformar o dióxido de carbono, que hoje é considerado um tipo de “lixo” em uma commodity. O gás é emitido principalmente durante a produção e a queima de combustíveis fósseis, nos desmatamentos e nas queimadas de pastos, plantações e florestas.

Computação

Os pesquisadores utilizaram métodos de química computacional — que adota princípios da ciência da computação — para calcular as propriedades termodinâmicas dos reagentes e dos produtos das reações.

Os produtos à base de dióxido de carbono foram divididos em 16 classes químicas e foi calculada a entalpia de reação para a manufatura de substâncias químicas, tais como acetona, metanol e ácido acrílico. De acordo com os pesquisadores, os métodos mais precisos para fazer os cálculos foram os chamados semi-empíricos de química quântica, um método quântico que utiliza aproximações empíricas.

Um dos pilares do estudo foram os novos avanços no campo das abordagens computacionais, em especial no que diz respeito ao design de moléculas auxiliado por computador, escreveram os pesquisadores.

“Uma das propriedades termodinâmicas mais fundamentais é a entalpia de formação, que é crítica em muitas áreas da engenharia, pois os balanços de energia dependem da acurácia de seus valores”, escreveram os autores no artigo. A entalpia de formação é o calor liberado ou absorvido na síntese de uma substância. “A fim de aumentar a acurácia e evitar métodos dispendiosos, podem ser utilizados os métodos semi-empíricos de química quântica, que são uma variante da teoria da estrutura eletrônica”, afirmaram.

Os novos processos de fabricação dos produtos químicos baseados em CO2 são, no geral, mais intensos em energia e material do que as rotas tradicionais de produção, segundo os pesquisadores; daí a importância de uma maior precisão na estimativa das propriedades termodinâmicas.

O trabalho avaliou a capacidade de seis métodos diferentes na estimativa das propriedades para calcular a entalpia da fase gás. O método conhecido como PM7 (método de parametrização 7) foi considerado o mais adequado para a tarefa, mostrando acurácia e eficiência, em comparação com os outros métodos.

Os pesquisadores ressaltam que os métodos de química computacional são promissores para a modelagem de propriedades químicas e para a avaliação da estrutura ótima de moléculas.

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