Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Federal do Ceará (UFC) desenvolveram uma solução que combina modelagem matemática do processo de captura de CO₂ com experimentos de bancada, visando a obtenção de geometrias inovadoras e de alta eficientes para o sistema de leito fluidizado em colunas de adsorção. Essa abordagem tem potencial para tornar a produção de etanol mais sustentável e competitiva.
Combinando experimentos de bancada e modelagem matemática multi escala, a proposta – 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 biocombustível.
A pesquisa ocorre no âmbito do Centro de Pesquisa e Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI – Research Centre for Greenhouse Gas Innovation), financiado pela Shell Brasil (por meio da cláusula de investimento em Pesquisa e Desenvolvimento da ANP) e pela 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 da USP.
Resultados promissores (captura de até 95% do CO2 emitido)
O estudo utilizou sistemas de adsorção por modulação de temperatura (TSA) com zeólita 13X, um adsorvente 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.
Desafios identificados
Os pesquisadores mapearam alguns desafios importantes e já têm caminhos para superá-los. A presença de impurezas como 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.
Impacto para a sustentabilidade
A adaptação desse novo conceito de design às usinas de etanol poderia transformar a matriz energética brasileira, tornando o etanol verde um combustível com balanço intensidade de carbono negativo. 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”, afirma Seckler. “Os resultados são animadores, especialmente porque o setor sucroalcooleiro já faz a queima da biomassa, o que facilita a implementação dessa tecnologia”, acrescenta Seckler.
Sobre o RCGI – O Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) da USP 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 (em um histórico de 110), ancorados em oito programas: Solução Baseada na Natureza (NBS – Nature Based Solution); Captura e Utilização de Carbono (CCU – Carbon Capture and Utilization); Bioenergia, Captura e Armazenamento de Carbono (BECCS – Bioenergy with Carbon Capture and Storage); Gases de Efeito Estufa (GHG – Greenhouse Gases); Advocacy; Núcleo de Inovação em Sistemas de Energia (InnovaPower); Descarbonização; e Centro 2 Centro (projetos em colaboração direta com centros de pesquisa dos Estados Unidos).
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 Oxford, Imperial College, Princenton e o National Renewable Energy Laboratory (NREL).
Por: ASCOM RCGI
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