Modelo inovador de captura de CO² foca produção mais sustentável de etanol

Texto: Redação*

Pesquisadores da USP e da Universidade Federal do Ceará (UFC) desenvolveram um modelo que combina modelagem matemática do processo de captura de gás carbônico (CO2) com experimentos de bancada, visando à obtenção de um equipamento com design inovador, baseado em geometrias otimizadas e que obtenha alta eficiência. O método, ainda em fase conceitual, tem o potencial de capturar até 95% do CO2 gerado durante a queima da biomassa da cana-de-açúcar. A iniciativa busca viabilizar economicamente a descarbonização da produção de etanol, ampliando a sustentabilidade do etanol.

A pesquisa acontece no Centro de Pesquisa e Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), financiado pela Shell Brasil, por meio da cláusula de investimento em Pesquisa e Desenvolvimento da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).

“A grande inovação do nosso trabalho foi aplicar a otimização topológica, uma técnica avançada de design que nos permitiu propor configurações geométricas para os equipamentos de captura, melhorando o escoamento de gases e a transferência de calor e massa”, explica Marcelo Seckler, coordenador do projeto e professor da Escola Politécnica (Poli) da USP. O trabalho gerou artigos científicos publicados nos periódicos Computers and Chemical Engineering, Adsorption, Advances in Engineering Software e Computer Aided Chemical Engineering.

O estudo utilizou sistemas de adsorção por modulação de temperatura (TSA) com zeólita 13X, um adsorvente (material sólido que retém moléculas em sua superfície) comercial, que se mostrou altamente eficiente no contexto do design proposto. Resultados preliminares mostram que essa tecnologia pode capturar até 95% do CO2 emitido, com custo de energia estimado de 55 dólares por tonelada de CO2 capturada – desempenho competitivo em relação aos métodos tradicionais, como a absorção por líquidos. 

“Mesmo sendo uma simulação combinada com experimentos de bancada, esses resultados são indicativos sólidos do potencial de aplicação em larga escala, com ganhos de eficiência energética e redução de custos”, destaca Seckler. Além disso, o sistema TSA mostrou-se adequado para operar mesmo com misturas complexas de gases de combustão, reforçando a viabilidade de adaptar o modelo para a realidade das usinas brasileiras.

Impacto na sustentabilidade

Os pesquisadores mapearam alguns desafios importantes e já têm caminhos para superá-los. A presença de impurezas como dióxido de enxofre (SO₂) e vapor d’água nos gases de combustão afeta a capacidade de adsorção da zeólita, reduzindo a eficiência do processo em até 30%. No entanto, o vapor d’água pode ser removido previamente, e a equipe propõe soluções de pré-tratamento dos gases para lidar com o SO₂ e manter a performance do sistema.

Outro ponto crítico identificado é o consumo energético na regeneração térmica da zeólita, necessária para liberar o CO₂ capturado. A introdução de trocadores de calor em pontos estratégicos foi apontada como uma solução para reduzir custos operacionais, tornando o processo mais viável economicamente.

A adaptação desse novo conceito de design às usinas de etanol poderia transformar a matriz energética brasileira, tornando negativo o balanço de carbono do etanol verde. Além disso, a tecnologia tem potencial de ser aplicada em outras formas de biomassa, ampliando seu impacto positivo. 

“Ao integrar experimentos de pequena escala com modelagem avançada, conseguimos formular recomendações para projetar sistemas robustos em larga escala, aplicáveis às usinas de etanol. Os resultados são animadores, especialmente porque o setor sucroalcooleiro já faz a queima da biomassa, o que facilita a implementação dessa tecnologia” – Marcelo Seckler

Sediado na Poli, o RCGI é um Centro de Pesquisa em Engenharia, criado em 2015, com financiamento da Fapesp e de empresas por meio dos recursos previstos na cláusula de P,D&I dos contratos de exploração e produção de petróleo e gás.

Atualmente estão em atividade cerca de 60 projetos de pesquisa ativos, ancorados em oito programas.

O RCGI também possui um hub de pesquisa, o Geostorage, dedicado ao armazenamento em larga escala de energia e CO2. O centro, que conta com cerca de 600 pesquisadores, mantém colaborações com diversas instituições, como Universidade de Oxford, Imperial College, no Reino Unido, Universidade de Princeton e National Renewable Energy Laboratory (NREL), nos Estados Unidos.

*Da Assessoria de Comunicação do RCGI. Adaptado por Júlio Bernardes