Panorama geral do REQUIMTE na área das Tecnologias Limpas e Sustentabilidade Ambiental José Paulo...

Panorama geral do REQUIMTE

na área das

Tecnologias Limpas e Sustentabilidade Ambiental

José Paulo Mota

Processos sustentáveis são processos industriais ou cadeias

processuais caracterizadas pela utilização eficiente de matérias

primas, recursos energéticos e fontes de água.

Sustentabilidade




Estes processos são desenvolvidos tendo em consideração a

minimização do impacto ambiental e segurança intrínseca da

operação, sem no entanto comprometer a sua viabilidade

económica.

Sustentabilidade




Estes processos são desenvolvidos tendo em consideração a

minimização do impacto ambiental e a segurança intrínseca da

operação, sem, no entanto, comprometer a sua viabilidade

económica.

Num sentido lato, a sustentabilidade significa a garantia do

fornecimento de mercadorias ou de produtos de especialidade a

um mercado cada vez mais exigente, independentemente das

limitações resultantes de restrições inesperadas, sejam elas

sociais, económicas ou ecológicas.

Sustentabilidade

REQUIMTE & Sustentabilidade

Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos

Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas

Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto

Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados

Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Fluidos supercríticos







Os solventes orgânicos utilizados nas industrias química e

farmacêutica são frequentemente substâncias perigosas ou

nocivas (por exemplo hidrocarbonetos clorados).

Estes solventes são muito voláteis, difíceis de eliminar e nocivos

para a saúde humana e para o meio ambiente.


Os solventes orgânicos utilizados nas industrias química e

farmacêutica são frequentemente substâncias perigosas ou

nocivas (por exemplo hidrocarbonetos clorados).

Estes solventes são muito voláteis, difíceis de eliminar e nocivos

para a saúde humana e para o meio ambiente.

O dióxido de carbono supercrítico (scCO2) é uma alternativa

benigna aos solventes orgânicos convencionais.

O scCO2 é um fluido supercrítico porque é mantido a uma

temperatura e a uma pressão superiores aos seus valores críticos,

numa região em que, apesar de não ser gás nem líquido, retém as

propriedades solventes de um líquido e as propriedades de

transporte de um gás.


Apesar do CO2 ser um gás de estufa, ele pode ser obtido em

grandes quantidades por via fermentativa ou combustão. A

disponibilidade imediata, aliada à facilidade com que pode ser

extraído e reciclado, fazem do scCO2 uma perspectiva promissora

em várias aplicações industriais.

Uma outra vantagem da utilização de fluidos supercríticos em

síntese orgânica é a possibilidade do ajuste das suas proprie-

dades termodinâmicas através da simples manipulação da

pressão e/ou temperatura.

Fluidos supercríticos no REQUIMTE

No REQUIMTE extrai-se

esqualeno de resíduos

provenientes do azeite

(O esqualeno é um com-

posto usado na indústria

cosmética)

Unidade piloto de extracção supercrítica


Recuperam-se extractos

naturais ricos em hidroxi-

tirosol provenientes dos

resíduos do azeite

O hidroxitirosol é um

antioxidante potente



Remove-se tricloroanisol

das rolhas de cortiça

(O tricloroanisol é o

componente responsável

pelo “mau gosto” da

cortiça virgem)


Polímeros biodegradáveis







Projecto de valorização de sub-produtos agrícolas ou resíduos de

indústrias alimentares para a produção de materiais biodegradá-

veis de alto valor acrescentado: aproveitamento do soro do

queijo (EU IP n.º 026515-2; 2006-2008).

Outros resíduos que foram valorizados com sucesso usando uma

tecnologia análoga são os melaços e o glicerol.


Aproveitamento do soro do queijo

Extracção do conteúdo proteico por nanofiltração e osmose

reversa

Industria alimentar

Proteínas



O resíduo é valorizado por via fermentativa para a produção de

PHA PHA

O poli-hidroxialcanoato é um

polímero biodegradável de

alto valor acrescentado

(fermentador)



O resíduo é valorizado por via fermentativa para a produção de PHA

Após extracção do PHA intracelular, este pode ser utilizado na

indústria alimentar (embalagens biodegradáveis) e em medicina

(implantes biocompativeis)

PHA

(fermentador)

Membranas catalíticas






Membranas catalíticas

As membranas poliméricas são utilizadas em reactores catalíticos,

que combinam reacção química com a capacidade de separação

selectiva da membrana.

No REQUIMTE desenvolveram-se novos catalisadores

heterogéneos através da dispersão numa matriz polimérica de

diversos materiais porosos, nomeadamente zeólitos, carvões

activados e silicas mesoporosas.

Estas membranas catalíticas têm sido utilizadas com sucesso em

diversas reacções de química fina como, por exemplo, a

hidratação e oxidação de olefinas terpénicas e reacções de

esterificação e transesterificação.

Membranas catalíticas: exemplo concreto

A transesterificação é o processo mais utilizado actualmente para

a produção de biodiesel. As moléculas dos óleos vegetais são

compostas por um éster de três ácidos gordos ligados a uma

molécula de glicerol (triacilgliceróis).

A transesterificação consiste em catalisar a reacção do óleo

vegetal com um álcool simples para remoção do glicerol. Este

processo deixa o óleo mais fino e reduz a sua viscosidade.

No REQUIMTE fez-se a transesterificação de óleo de soja em

membranas poliméricas funcionalizadas com ácido sulfónico. O

reactor catalítico de membrana funciona como um contactor, com

uma câmara para o óleo e outra para o álcool (metanol).

Membranas catalíticas: exemplo concreto

O reactor de membrana permite a remoção contínua de glicerol,

deslocando o equilíbrio no sentido dos produtos (intensificação).

Permite a utilização dos reagentes em quantidade

estequiométrica, o que reduz o volume do reactor

Aumenta consideravelmente a actividade catalítica

relativamente ao reactor batch

MEMBRANE

METHANOL

SOYBEAN OIL

1 1 12

3

45 6

7

8

9

1 102

3

45 6

7

8

91 1 0

Bioreactores com membrana







Bioremediação: remoção de poluentes iónicos em bioreactor de

membrana com permuta iónica (patente WO 01/40118 A1, 2003).

O conceito baseia-se em dois compartimentos separados por uma

membrana com biofilme suportado. O compartimento biológico

contém contra-iões para permuta iónica dos poluentes iónicos

presentes no compartimento de

água e nutrientes para a

respectiva biodegradação

através do biofilme.


Bioremediação: remoção de poluentes iónicos em bioreactor de

membrana com permuta iónica (patente WO 01/40118 A1, 2003).

O conceito baseia-se em dois compartimentos separados por uma

membrana com biofilme suportado. O compartimento biológico

contém contra-iões para permuta iónica dos poluentes iónicos

presentes no compartimento de água

e nutrientes para a respectiva

biodegradação através do

biofilme.

Poluentes bioremediados com

sucesso: nitratos, percloretos,

brometos, mercúrio na forma

catiónica

Biocombustíveis derivados da celulose







Processo MTHP (methyl tetra hydro pyran): síntese de

biocombustível derivado da celulose usando um líquido iónico

como dissolvente (patente WO 2008/053284 A1).

A celulose é a matéria-prima mais disponível proveniente da

agricultura. A produção anual de celulose é de 40 biliões de

toneladas e o stock actual é cerca de 700 biliões de toneladas.


O processo patentado consiste na dissolução da celulose,

presente em cana de açúcar triturada, num líquido iónico

contendo uma pequena quantidade de água necessária à hidrólise

para conversão da celulose em glucose.

No mesmo reactor, a glucose é desidratada na forma de isómeros

de hidroximetil piranona (HMP), através da perda de três

moleculas de água

A lignina sólida é separada por filtração

O HMP é extraído do líquido filtrado usando um solvente

apropriado


O biocombustível obtido por este processo consiste essencial-

mente numa mistura de isómeros de 2-metil tetra hidropirano

(MTHP).

O

H

O

H

HO

H

H

OHH

OH

O

H

O

H

HO

H

H

OHHO

OH

O

H

HO

H

HO

H

OH

OHHH

OH

O

OH

O

O


A maior parte do solvente é reciclada por destilação e o resíduo

da destilação é hidrogenado em reactor de leito fixo com um

catalisador selectivo

A reutilização do líquido iónico é fácil, porque ele é estável até

200ºC.

O catalisador de hidrogenação tem um tempo de vida longo e

pode ser facilmente regenerado.


EtanolÓleo

vegetalMTHP

Petróleo bruto

Produção – toneladas por hectar & por ano de colheita

80 3 80

Produção – toneladas por hectar & por ano de consumo de combustível

5 1 10

Entalpia de combustão – GJoule/ton 30 36 38 40

Custos de produção da colheita – USD/hectar.ano

2400 1200 2400

Custos de produção da colheita – USD/ton combustível.ano (USD/GJoule)

480 (16) 1200 (36) 240 (6.3)

Custo da matéria prima – USD/barril de combustível

80 200 40 140

Comparação dos custos do combustível favorece o MTHP

Conclusões

O REQUIMTE tem cumprido na íntegra o seu mission statement,

Em particular, o Lab. Assoc. tem demonstrado excelência nos

seguintes tópicos relevantes para esta sessão temática:

Desenvolvimento de tecnologias limpas

Síntese de materiais biocompatíveis e biodegadáveis

Intensificação processual

Desenvolvimento de processos sustentáveis

Desenvolvimento de tecnologias para redução do impacto

ambiental e emissões poluentes

Aproveitamento de fontes de energia alternativas

Hidrogéis bioactivos inteligentes

O Poli(N-isopropilacrilamida), PNIPAAm, é um hidrogel termo-

sensível com aplicações em libertação de fármacos, engenharia

de tecidos e membranas inteligentes. No REQUIMTE o PNIPAAm

foi sintetizado em scCO2 com diferentes percentagens de agente

reticulante.


A polimerização in-situ do NIPAAm em scCO2, para a impre-

gnação e/ou revestimento de estruturas porosas de quitosano,

produz dispositivos porosos secos e sem contaminantes, capazes

de alterar as propriedades de superfície de uma forma rápida e

reversível sob acção de estímulos externos.


Estes hidrogéis, sintetizados no interior dos microporos dos

“scaffolds” de quitosano, têm a capacidade inteligente de expandir

e de contrair por variação da temperatura ou do pH.

(efeito da adição de ácido acético)

Hidrogeis bioactivos inteligentes

A variação do volume dos hidrogéis altera a acessibilidade do

meio aquoso o que permite a sua utilização em separação de

proteínas e na libertação controlada de fármacos.

0

25

50

75

100

Pe

rme

ab

le F

lux

(%

)

20 40

Temperature (ºC)

Thermoresponsive (BSA)Non Thermoresponsive (BSA)Thermoresponsive (LYS)

Separação de proteínas em membrana de polisulfona

Hidrogeis bioactivos inteligentes

A variação do volume dos hidrogéis altera a acessibilidade do

meio aquoso o que permite a sua utilização em separação de

proteínas e na libertação controlada de fármacos.

Libertação de Ibuprofen (scaffold de quitosano)

Regras de ouro:

Não faças o que não sabes fazer bem.

Não fales sobre o que não sabes (...!).

Sustentabilidade & “Bom senso”

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