A utilização de carbono converte resíduos em valor
Embora a captura de carbono seja eficaz na redução das emissões de gases de efeito estufa, é um processo caro. A utilização de CO₂ apresenta uma solução promissora ao compensar alguns custos e oferecer práticas mais sustentáveis em diversas indústrias
Resumo
- A utilização de carbono compensa parcialmente o custo da captura de carbono, transformando o CO₂ capturado em produtos valiosos, em vez de apenas armazená-lo e gerar despesas adicionais.
- As tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono são aplicáveis a múltiplas indústrias. Exemplos chave incluem a criação de materiais de construção sustentáveis para o setor de construção, a produção de combustíveis renováveis para a indústria de transporte, a síntese de produtos químicos e polímeros no setor químico, o aprimoramento da recuperação de petróleo na indústria de petróleo e gás, e o aumento da segurança alimentar na indústria agrícola.
- A utilização de carbono exemplifica uma economia circular ao reutilizar o dióxido de carbono capturado de correntes de resíduos.
- O alto custo da tecnologia de captura de carbono, a necessidade de investimentos significativos em infraestrutura e a exigência de fontes de energia renováveis representam obstáculos substanciais para sua adoção generalizada.
- A continuidade da pesquisa e desenvolvimento, juntamente com um foco global na sustentabilidade, deve impulsionar a inovação, reduzir os custos de captura de carbono e abrir caminho para uma adoção mais ampla em diversas indústrias.
Agregando 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.
Transformando desafios em oportunidades
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%.
Insights
Modelos de pesquisadores climáticos internacionais preveem a capacidade de capturar quase 10% do gás dióxido de carbono que, de outra forma, teria contribuído para as emissões atmosféricas de GEE até 2050.
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:
Melhores materiais de construção para a indústria da construção
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.
O desperdício de dióxido de carbono em uma instalação convencional de fabricação de cimento pode ser capturado e utilizado para reduzir simultaneamente as emissões de GEE e criar um produto de cimento mais forte.
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.
Combustível sustentável para o setor de transporte
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.
Diagrama de fluxo de blocos da produção de SAF
Insights
Espera-se que o SAF reduza as emissões de GEE na indústria da aviação em até 65% quando totalmente desenvolvido e implementado, assim como a produção de polímeros na indústria química.
Produção de polímeros na indústria química
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.
Segurança alimentar aprimorada no setor agrícola
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.
Adotar o CCUS
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.
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Perguntas frequentes
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.
