Catlise Qumica para Produtos Renovveis

Catlise Qumica para Produtos RenovveisGustavo Paim ValenaDEPro Departamento de Engenharia de Processos Faculdade de Engenharia Qumica FEQUNICAMPgustavo@feq.unicamp.br12OutlineIntroduoMatrias PrimasDiferenas entre Renovveis e FsseisProcessosProcessos QumicosSoluesCatlise qumica Catlise heterogneaTipos de catalisadores3

Energy

Constant increase in global energy consumptionGlobal energy consumption will increase 50% in the next 20 years (BP, 2012).

Environmental concernsReduce CO2 emissions (Kyoto protocol)New perspectives for renewable energy

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EnergyGlobal energy consumptionFonte BP (2011)8 %64 %RenovveisHidrulicaNuclearCarvoGsleo

5Matrias PrimasEucaliptoSojaMilhoCapimCafLaranjaGadoCana de acar6Cana de AcarAcarEtanolBagassoEnergia7

Biorefinery for chemicals/biochemicalsSugar-canesucroseSugar-canecrushedEthanol, acrylic acid, higher alchool, olefins, aromatics, oxygenates, etc.Biochemical (e.g.S.cerevisae)+ chemical processing

Produtos Qumicos de Cana de AcarAcetic acidCitric acid, citratesLactic acid, lactatesGlutamanteLysineXylitolAcetone/Butanol2,3 butanediolPolyhydroxybutirate (PHB)Polyethylene (HDPE and LDPE)Yeasts and ribonucleic acids

Bebidas

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http://www.braskem.com.br/plasticoverde/_HOME.htmlPolietileno Verde - BRASKEMInovao no Cenrio Atual SugarcanevinasseyeastcachaaethanolsugarBagasse and strawbiogasfertilizerenergyEnzymatic hydrolysisethanolnatural gasenergySource: Bonomi et al.ethanolpolymers PHABiorrefinaria Sugarcanereforming

methanolvinasseyeastcachaaethanolsugarfertilizerhydrogennatural gasbiogasnewproductsBagasse/strawsyngas

chemicalsbiodieselenergynewproductsNH3dieselenergySource: Bonomi et al.Etanol vs. AcarO uso do etanol sempre depender do preo do mercado de acar.Sempre depender do tamanho do mercadoProdutos qumicos podem ser produzidos a partir de acar ou etanol - BiorrefinariaH hoje tecnologia para a produo de vrios processos a partir de ambos14BiomassaBiomassa obtida de vrias maneiras.Uma das principais fontes de biomassa a rota fotossintticaCO2 + H2O = (CH2O)n + O2A principal diferena entre biomassa e produtos fsseis a presena de ligaes C-O. Acares: celulose e hemiceluloseHC: Lignina (polifenis)15ProcessosBiotecnolgicos: quando h muitas ligaes C-OQumicos: quando h poucas ligaes C-O16Processos QumicosFase gasosaFase lquidaHeterogneos

17Solues TecnolgicasDrop-in chemicalsProdutos qumicos iguais queles produzidos a partir da matriz fssil Polietileno, gasolina, diesel Aceitao instantnea com possvel prmio inicialNovos produtosNovos produtos com propriedades semelhantes dos produtos existentes. PLA, PHB Desenvolver mercado18Produtos oxigenadosQuanto mais ligaes C-O mais sensvel temperatura o composto razo para se usar processos mas brandos (processos biotecnolgicos).Reduzir o nmero de ligaes C-OPirlise rpida Bio-leoFermentao Etanol, Butanol, Furfural, Glicerol19

Planta Bioware de Pirlise Rpida 200kg/h Usa biomassa com menos de 15%umidade e cortadas em partculas de 1a 15 mmBio-leo e Bio-carvo

21Catlise QumicaOs mesmos catalisadores utilizados com produtos fsseisAdaptar os catalisadores para novas demandas ligaes C-O22Possveis Rotas Catalticas C4 Chemicals

Di Cosimo et al.(2000)23Catalisadorescido-base (xidos)Metais (suportados)Outros (sulfetos, nitretos, etc)24Catalisadores cidosUsados em reaes de desidratao de etanolxidos em geralxidos de alumnio ou silcio ou aluminosilicatosAs propriedades superficiais dos xidos conferem maior ou menor fora cida ao slidoPropriedades podem ser alteradas pela adio de modificadores promotores 25Catlise cidaA preparao dos catalisadores vital para as suas propriedades finaisMateriais de origempH do meioPr-tratamentoCura

26Catlise bsicaTambm so xidos mas bem mais restritosxido de magnsio, clcioReaes de desidrogenao de lcoois27Catlise por metaisMetais de transio ou nobres usados para reaes especficasAg e Cu usados para reao de desidrogenao de lcoois.Ni usado para hidrogenaoPt, Pd e outros metais do grupo VIII usados para reforma (isomerizao e aromatizao)28SulfetosUsados para desidroxigenao de compostos oxigenados remoo de tomos de oxignio da molcula29Secagem de Etanol

30Carvo Ativo

31Zelitas

32ZelitasZelita Y

33ZelitasZelita A

34ZelitasZSM-5

35ZSM-5A zelita ZSM-5 (ou a HZSM-5) so utilizadas para converter lcoois leves metanol e etanol em hidrocarbonetos ou olefinas na faixa da gasolina36Concluso possvel fazer biorrefinaria a partir de tecnologias existentesH muito campo para avano tecnolgico ($$$) pelo desenvolvimento de novos catalisadores que produzam drop-in chemicals em um nmero reduzido de etapas.Cincia de materiais, catlise, cintica qumica, anlise fsico-qumica de slidos, modelagem.37