Um dos objetivos é desenvolver catalisadores para reações que utilizam CO2 como matéria prima; RCGI ajudou a custear as novas instalações 

No próximo dia 12 de julho será inaugurado, em São Paulo, o Laboratório de Pesquisa e Inovação em Processos Catalíticos – LaPCat, do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da USP (PQI-POLI-USP). O evento acontece das 10h ao meio dia e começa com uma apresentação feita pelos professores Martin Schmal, Rita Maria de Brito Alves e Cláudio Augusto Oller do Nascimento, da Escola Politécnica da USP, no Anfiteatro Priscila Aya Shimizu, no Bloco 19 do PQI-POLI/USP, Conjunto das Químicas, Campus Butantã. Na sequência, será realizada uma visita guiada ao laboratório e, após o “tour”, um coquetel será oferecido para os convidados.

As instalações ficam no bloco B, andar térreo do edifício conhecido como Semi Industrial, anexo ao Conjunto das Químicas da USP, em uma área de 400 m² que também abriga o Laboratório de Polímeros, coordenado pelo professor Reinaldo Giudici. “Foi realizada uma reforma, e fizemos uma área comum aos dois grupos de pesquisa: polímeros e processos catalíticos. Essa área comum abriga espaços de preparação, calcinação, caracterização física, térmica, química e in-situ, etc. Separadamente, cada um dos grupos de pesquisa tem espaços exclusivos para o desenvolvimento de suas atividades específicas. Temos também uma área para instalação futura de plantas piloto, pois, posteriormente, os processos que estamos experimentando na bancada poderão ser testados em escala maior”, resume a professora Rita Maria de Brito Alves.

Rita, que é vice-coordenadora do Programa de Físico-Química e coordenadora de projetos no FAPESP Shell Research Centre for Gas Innovation (RCGI), explica que no novo laboratório são desenvolvidos catalisadores para algumas reações e processos, como a tri-reforma do metano para produção de gás de síntese (syngas) para uso como matéria prima para combustíveis e produtos químicos, a reação de Fischer-Tropsch para produção de combustíveis, hidrocarbonetos leves e olefinas, a reação conhecida como Water Gas Shift para produção de hidrogênio e a reação de hidrogenação de CO2 para produção de DME (Dimetil Éter), o qual pode ser utilizado como combustível.

Consultor do laboratório, o professor especialista em catálise Martin Schmal, Professor Colaborador da Poli/USP (e Emérito da COPPE/UFRJ), enfatiza que o mais importante é o estudo de novos materiais para o desenvolvimento de catalisadores. “O diferencial é esse. Eu já trabalho há 40 anos na área de catálise, e sempre procurei pesquisar diferentes tipos de materiais: grafeno, nanotubos de carbono, óxidos mistos. O uso desses insumos para elaboração de catalisadores é muito recente no mundo. Chineses e europeus, especialmente italianos e alemães, estão muito adiantados nessa área de estudo.”

De acordo com ele, essas tecnologias de catálise ainda não estão sendo usadas pela indústria. “Os estudos estão avançando, o que não quer dizer que os catalisadores à base desses novos materiais já estejam sendo aplicados na indústria, no momento atual. Entretanto, acreditamos que eles têm futuro.”

Abatimento de CO2 – Tanto a tri-reforma do metano como a produção de DME utilizam CO2 como matéria prima e, por isso, podem ser consideradas como iniciativas de CCU (Carbon Capture and Utilization). A CCU vem sendo apontada como um dos caminhos promissores para a redução do CO2 emitido por processos antropogênicos no mundo.

Segundo Rita, o CO2 usado como matéria prima pelas reações estudadas pode vir de diversas procedências, entre elas: do Pré-sal, que tem um gás natural rico em CO2; de uma termoelétrica; de processos fermentativos, ou do biogás.

“Boa parte dos grupos de pesquisa que trabalham com o tema de Abatimento de CO2, em nível mundial, está investigando processos para transformá-lo em produtos de alto valor agregado. Assim, o CO2 deixa de ser resíduo e passa a ser insumo, matéria prima. Penso que a CCU e a Carbon Capture and Storage (CCS) não são excludentes, e sim complementares, sendo, portanto, mais apropriado referir-se a CCUS (Carbon Capture, Use and Storage)”, opina ela.

Schmal lembra que a biomassa pode entregar diversos produtos por meio de diferentes processos, e que o desenvolvimento de catalisadores para as reações intrínsecas a tais processos é uma necessidade. “Há muita gente estudando, por exemplo, o bagaço da cana; muita gente estudando a obtenção de produtos de alto valor agregado a partir da pirólise de biomassa. Mas é preciso fazer tratamento, purificação dos produtos obtidos. E, para isso, muitas vezes são necessários catalisadores específicos.”

Testes e processos – A equipe usuária do laboratório, ao todo 20 pessoas só na parte experimental, já está na fase dos testes para verificar se os catalisadores desenvolvidos são ideais para as reações que se quer aprimorar. De acordo com Rita, os melhores resultados com os catalisadores sintetizados pelo grupo, até agora, foram obtidos para o processo de tri-reforma do metano.

“Quando os catalisadores têm bons resultados, seguimos testando: diferentes pressões, diferentes temperaturas… Isso para levantar dados experimentais e modelar a cinética da reação. De posse dos dados cinéticos, é possível, através de modelagem e simulação de processos, fazer o desenho do reator, pois é a cinética da reação que define esse design. A partir daí, pode-se desenhar o processo global, definindo os balanços de massa e energia, a melhor condição de operação, os processos de separação dos produtos da reação, a purificação dos compostos desejados… ”, esclarece a engenheira da Poli/USP.

De acordo com ela, muitos dos estudos desenvolvidos no novo Laboratório estão partindo do zero. “Queremos entregar processos técnica, econômica e ambientalmente viáveis, que emitam menos do que consomem. Ter um processo ambientalmente sustentável é importante. Por isso, depois de criar o catalisador, testar sua atividade catalítica, fazer o desenvolvimento do modelo cinético, o desenho do processo, etc., também avaliamos o processo do ponto de vista de consumo energético e impactos ambientais. Por fim, comparamos com as rotas convencionais usadas para entregar o mesmo produto, pois os processos novos têm de ser mostrar viáveis diante dos já existentes.”

A maior parte da verba para reformar o Laboratório de Pesquisa e Inovação em Processos Catalíticos veio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). A Shell, por meio do RCGI, também ajudou a custear parte das instalações, que receberam, ainda, verba oriunda de outros projetos desenvolvidos pela equipe que coordena o espaço.

Parcerias – O professor Schmal ressalta que o laboratório é bastante atualizado e moderno, com equipamentos de alta sofisticação, precisos e sensíveis. Trata-se de um laboratório multiusuário, aberto aos pesquisadores da USP e de outras universidades, mas também a parcerias com a iniciativa privada por meio de projetos de pesquisa.

“Estamos preparados para fazer estudos avançados em termos de desenvolvimento, mas também temos condições de fazer estudos aplicados para a indústria. Há poucas semanas fomos procurados por uma empresa Química de São Paulo, para fazer um projeto. Estamos delineando os termos da parceria”, adiantou ele.