Um grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Federal do Ceará (UFC) investiga se é possível, por meio de sistemas de adsorção, capturar dióxido de carbono (CO₂) de gases provenientes da combustão de biomassa da cana-de-açúcar. “O processo de adsorção já é utilizado para outras finalidades na indústria nacional e internacional, como, por exemplo, para limpar uma corrente de ar contaminada por amônia ou purificar gás natural. Porém, é um processo que ainda não foi aplicado para capturar CO₂ a partir da biomassa que gera o etanol. Essa é uma das novidades da nossa pesquisa”, explica o engenheiro químico Marcelo Martins Seckler, professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) e coordenador do projeto Otimização de sistemas de adsorção por modulação de temperatura – Temperature Swing Adsorption (TSA) – para captura de CO₂.

O projeto é desenvolvido no âmbito do Research Centre for Greenhouse Gas Innovation (RCGI), centro de pesquisa financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pela Shell. “Atualmente, o processo de separação mais empregado pela indústria é o de absorção. No caso, o gás passa por um líquido, que então captura o CO₂. Entretanto, esse processo consome bastante energia”, diz Seckler, que trabalhou por mais de duas décadas no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) e também foi professor da Universidade Técnica de Delft, na Holanda. “Por outro lado, o processo de adsorção, que utilizamos em nossa pesquisa, é mais econômico em termos energéticos. Isso porque substitui o líquido por um material sólido altamente poroso. Para se ter ideia, um grama dessa partícula pode abrigar cerca de mil metros quadrados de poros. Graças a essa característica, o material tem grande capacidade de atrair o gás carbônico, tornando o processo de captura de CO₂ mais rápido e eficaz”.

Pequena e grande escala – O projeto está sendo conduzido em duas frentes. Em uma delas, pesquisadores do departamento de Engenharia Química da UFC, liderados pela professora Diana Cristina Silva de Azevêdo (foto), estudam o processo de adsorção de forma experimental em pequena escala. “É um grupo especializado nesse tipo de operação, com ótima infraestrutura laboratorial. Eles farão experimentos para compreender como os gases oriundos da biomassa se comportam durante a adsorção”, relata Seckler. “O motivo é simples: queremos entender de que forma podemos fazer a separação eficiente de CO₂ na presença de impurezas típicas deste tipo de gás”.

Em outra frente, pesquisadores da USP vão estudar a viabilidade de se aplicar a proposta em grande escala como no caso de uma usina de cana-de-açúcar, por exemplo. “É um processo que envolve muitas etapas”, aponta Seckler. Como não existe ainda um equipamento industrial construído para esse fim, a equipe vai simular todo o processo em computador. “Precisamos pensar, por exemplo, nos detalhes construtivos do equipamento para evitar problemas como o da má distribuição de gás e de material sólido. Isso porque quando esses dois elementos não se distribuem de maneira uniforme no interior do equipamento, não conseguem interagir de forma ideal, o que, consequentemente, prejudica o processo de separação”.

Otimização topológica – Para otimizar o desempenho dos equipamentos, o projeto vai lançar mão da otimização topológica, técnica criada na década de 1980, nos Estados Unidos, pelo matemático dinamarquês Martin Philip Bendsoe e pelo engenheiro mecânico japonês Noboru Kikuchi. Trata-se de uma ferramenta computacional utilizada em projetos de estruturas de alto desempenho, que busca encontrar a distribuição mais adequada de materiais dentro de um espaço específico. “É uma técnica que nasceu e foi aplicada no campo da engenharia mecânica, mas seu uso vem se expandindo ao longo do tempo”, conta o engenheiro mecatrônico Emílio Carlos Neli Silva, professor da Poli-USP e vice-coordenador do projeto. “No RCGI, utilizamos a otimização topológica na área de fluidos e química e, no caso desse projeto em particular, adotamos o modelo em sistemas de leitos fluidizados, o que é uma novidade no mundo”, prossegue Silva.

O pesquisador é um dos precursores da otimização topológica no Brasil, área em que atua desde os anos 1990, quando voltou do doutorado realizado na Universidade de Michigan (EUA), sob orientação de Kikuchi, hoje presidente do centro de estudos da montadora Toyota. Segundo Silva, para apurar ainda mais a precisão do equipamento a equipe avalia usar também inteligência artificial durante o processo. “Sistemas de leitos fluidizados são reações químicas extremamente complexas. O cérebro humano não consegue gerenciar sozinho, sem ajuda de máquinas, toda a expertise necessária para se projetar um dispositivo com a finalidade ambicionada pelo nosso projeto, que é melhorar a adsorção de CO₂. É uma operação que demanda alta sensibilidade: se mexermos em um pequeno detalhe relativo à temperatura, por exemplo, podemos melhorar ou piorar o processo”, constata o especialista.

Por fim, os pesquisadores sediados em São Paulo e em Fortaleza vão interligar os estudos experimentais e de modelagem para desenvolver métodos de projeto para a indústria. “Os conhecimentos gerados neste projeto vão permitir, por exemplo, que se ofereça subsídios para empresas interessadas em construir equipamentos capazes de capturar CO₂ de gases provenientes da combustão de biomassa da cana-de-açúcar. No futuro próximo esses equipamentos poderão ser instalados em indústrias do setor sucroalcooleiro e contribuir para a produção do etanol verde, sem emissão de CO₂”, prevê Seckler.