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A produção de produtos químicos industriais essenciais é intensiva em energia e tem impacto ambiental; a indústria química é atualmente responsável por ~5% das emissões globais de gases com efeito de estufa [1]. Abordar as questões de sustentabilidade torna-se cada vez mais crucial à medida que a procura global aumenta, impulsionada pela expansão dos setores industriais e da população humana. Explorar rotas de produção alternativas a partir de fontes renováveis, otimizar processos, integrar energias renováveis ​​e adotar princípios de economia circular pode minimizar as emissões de gases de efeito de estufa e o esgotamento de recursos. Estas práticas sustentáveis ​​são vitais para mitigar as consequências ambientais das exigências industriais. O ácido sulfúrico, o hidróxido de sódio, o azoto, o etileno e o propileno são cinco dos produtos químicos mais comuns utilizados industrialmente [2], pelo que estes são um bom ponto de partida para analisar a produção e a utilização de produtos químicos de forma sustentável. 

 

Ácido sulfúrico

O ácido sulfúrico (H2SO4 ) é um produto químico industrial vital com uma ampla gama de aplicações, incluindo a produção de fertilizantes, produtos químicos e farmacêuticos, bem como em diversas atividades industriais , como o processamento de metais. Sua importância advém de suas fortes propriedades oxidantes e desidratantes, tornando-o um componente essencial em inúmeras reações químicas. Além disso, com mais de 80% do atual suprimento global de enxofre sendo proveniente da dessulfuração de combustíveis fósseis, o aumento previsto de ~60% na demanda por ácido sulfúrico com o “rápido crescimento da economia verde e da agricultura intensiva” até 2040 pode se mostrar muito problemático [3].

 

Tradicionalmente, o ácido sulfúrico tem sido produzido através do processo de contato, que envolve a oxidação de dióxido de enxofre (SO2 ) a trióxido de enxofre (SO3 ) , seguido pela absorção de SO3 na água [4]. Este processo tem impactos ambientais significativos, como a emissão de 88,92 kg de CO2 equivalente (eq)/tonelada de H2SO4 produzido , emissões de óxidos de enxofre que causam acidificação e, em uma avaliação do ciclo de vida, um total de 11.300 MJ-eq é necessário para produzir 1 tonelada de H2SO4 [ 4 ]. Para abordar essas preocupações de sustentabilidade, pesquisadores do mundo todo estão explorando caminhos alternativos, como a regeneração do ácido gasto [5], que também reduz os efeitos prejudiciais de seu descarte no meio ambiente e nas estruturas , incluindo corrosão metálica ou perturbação do pH do solo ou da água superficial [6]. Os pesquisadores também estão experimentando o desenvolvimento de métodos para recuperar enxofre de sais de sulfato usando bactérias oxidantes de enxofre [3]. Embora tais métodos de recuperação de enxofre permaneçam em grande parte hipotéticos no estágio atual, esse tipo de abordagem inovadora é necessária para impulsionar mudanças e melhorias críticas nos processos industriais.



Hidróxido de sódio


O hidróxido de sódio (NaOH), comumente conhecido como soda cáustica, é um composto químico versátil e essencial com inúmeras aplicações industriais. É amplamente utilizado na produção de sabões, detergentes, papel, têxteis e diversos outros processos químicos [7]. O hidróxido de sódio também desempenha um papel crucial no tratamento de águas residuais industriais e na produção de alumínio e biodiesel. 

 

Tradicionalmente, o hidróxido de sódio tem sido produzido através do processo cloro-álcali, que envolve a eletrólise de salmoura (solução de cloreto de sódio) [8]. Isso pode ter impactos ambientais significativos, como a geração de gás cloro, historicamente o uso de mercúrio (embora este esteja sendo gradualmente eliminado) e, semelhante à produção de ácido sulfúrico, é intensivo em energia: 7.200 - 9.000 MJ - eq são necessários para produzir 1 tonelada de NaOH através do processo cloro-álcali [9]. Além disso, esforços estão sendo feitos para otimizar o processo cloro-álcali através da implementação de novas tecnologias, como cátodos despolarizados por oxigênio e eletrolisadores de membrana de troca iônica, que podem reduzir significativamente o consumo de energia e minimizar a formação de subprodutos [10]. Além disso, a integração de fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, no processo de eletrólise pode aumentar ainda mais a sustentabilidade da produção de hidróxido de sódio [10]. 

 

Azoto

O gás nitrogênio (N2 ) é um gás industrial essencial com inúmeras aplicações em diversos setores, incluindo processamento de alimentos, produtos farmacêuticos, eletrônicos e indústria química [10]. Sua natureza inerte e capacidade de deslocar oxigênio o tornam inestimável para a criação de atmosferas controladas, preservação de produtos perecíveis e garantia do manuseio seguro de materiais reativos. 

 

Tradicionalmente, o nitrogênio gasoso tem sido produzido por meio da destilação fracionada de ar liquefeito, um processo que separa os componentes do ar com base em seus pontos de ebulição [11]. Métodos alternativos de produção estão sendo explorados para minimizar o consumo de energia e, consequentemente, reduzir as emissões de gases de efeito estufa, incluindo a separação por membrana e a adsorção por oscilação de pressão (PSA). Essas técnicas oferecem maior eficiência energética (“PSA utiliza cerca de 28% menos energia do que o nitrogênio líquido criado pela separação de ar tradicional” [12]) e, portanto, menor impacto ambiental.

 

 

Investigações para otimizar o ciclo do nitrogênio em ecossistemas naturais também estão em andamento, visto que o nitrogênio desempenha um papel crucial em vários processos biogeoquímicos. Formas reativas de nitrogênio, compostos onde ele está ligado a oxigênio, hidrogênio ou carbono, são essenciais para a vida, e o equilíbrio entre nitrificação, desnitrificação e fixação de nitrogênio foi rompido, particularmente pela industrialização, levando ao excesso de poluição por nitrogênio e à pressão sobre os recursos. A importância de lidar com essa questão levou a esforços do mais alto nível com líderes mundiais na Assembleia Ambiental das Nações Unidas discutindo a gestão sustentável do nitrogênio em 2019 e, posteriormente, concordando em "reduzir pela metade os resíduos de nitrogênio" de todas as fontes até 2030 na Declaração de Colombo sobre Gestão Sustentável do Nitrogênio [13].

 

 

Etileno e Propileno 


O etileno (C2H4 ) é uma matéria-prima química crucial com imensa importância industrial. Sua versatilidade decorre de sua capacidade de sofrer diversas transformações químicas, resultando na produção de uma ampla gama de produtos valiosos, incluindo polietileno, óxido de etileno, dicloreto de etileno e acetato de vinila [14]. 

Da mesma forma, o propileno (C3H6 ) serve como bloco de construção para uma ampla gama de produtos, incluindo polipropileno, óxido de propileno e acrilonitrila [15]. O polipropileno, em particular, é um polímero termoplástico versátil amplamente utilizado em embalagens, componentes automotivos e bens de consumo devido às suas excelentes propriedades mecânicas e resistência química. 

 

Tradicionalmente, o etileno tem sido produzido por meio do craqueamento a vapor de matérias-primas de origem fóssil, como nafta e etano [16], com propileno produzido como subproduto [17]. Como mencionado anteriormente, esse processo é extremamente intensivo em energia (26 GJ/tonelada de etileno [18]) e contribui significativamente para as emissões de gases de efeito estufa, levantando preocupações sobre seu impacto ambiental. Para abordar essas preocupações ambientais, pesquisadores estão explorando rotas alternativas para a produção de etileno e propileno a partir de fontes renováveis, como bioetanol e biomassa [19, 20]. Uma abordagem promissora envolve a desidratação catalítica do bioetanol, que pode ser obtido pela fermentação de matérias-primas de biomassa, como materiais lignocelulósicos e resíduos agrícolas [21]. Além disso, o desenvolvimento de novos catalisadores e estratégias de intensificação de processos visa melhorar a eficiência e a sustentabilidade da produção de etileno e propileno [14, 15, 20]. Além disso, a reciclagem e a reutilização de polipropileno e outros produtos à base de propileno podem contribuir para uma economia mais circular, reduzindo a procura de materiais virgens e minimizando o desperdício [22, 23].

 

Conclusão

A sustentabilidade tornou-se imperativa em todos os setores, incluindo a indústria química, à medida que lidamos com as consequências ambientais das atividades humanas. Os químicos estão idealmente posicionados para desenvolver as mudanças impactantes necessárias. Embora algumas das abordagens detalhadas neste blog ainda estejam em estágios iniciais, o pensamento inovador e o compromisso de impulsionar mudanças críticas nos processos industriais são necessários para atender às necessidades industriais globais, minimizando as consequências ambientais. Ao adotar práticas sustentáveis, a indústria química pode desempenhar um papel vital para alcançar o equilíbrio entre crescimento econômico e proteção ambiental.

 

A ELGA Labwater da Veolia, está na vanguarda de soluções para purificação de água. Alinhada ao propósito central da Veolia de economizar e regenerar recursos hídricos, a ELGA traz profunda expertise em tratamento de água de alta pureza para laboratórios em todo o mundo. Seus produtos utilizam materiais recuperados, purificação de água de alta eficiência e designs com baixo consumo de energia. O compromisso da ELGA com a sustentabilidade se estende ao uso de energia renovável e aos processos de fabricação de baixa emissão. Juntas, a ELGA e a Veolia impulsionam a inovação em tecnologia de purificação de água, contribuindo para um futuro mais sustentável para a pesquisa científica e aplicações industriais.

 

Especificamente na produção das cinco matérias-primas químicas essenciais, a ELGA desempenha um papel crucial na mitigação dos impactos ambientais. Através de seus sistemas avançados de purificação de água, a empresa oferece soluções integradas que contribuem significativamente para a sustentabilidade em diversos aspectos do processo produtivo.

 

As soluções ELGA proporcionam benefícios transversais para toda a indústria química, incluindo:

  • Otimização do consumo de água através de sistemas eficientes de purificação
  • Redução significativa do consumo energético nos processos industriais
  • Maior precisão e confiabilidade nas reações químicas
  • Suporte efetivo aos processos de reciclagem e economia circular
  • Minimização da geração de resíduos e efluentes

Desta forma, a ELGA se posiciona como parceira estratégica na busca por uma indústria química mais sustentável, alinhando-se às demandas globais por processos mais limpos e eficientes, enquanto contribui ativamente para a redução da pegada ambiental do setor.

 

Para mais informações sobre as soluções de tratamento de água de caldeira da Veolia, visite https://www.watertechsolutions.com.br/ ou entre em contato com nossos especialistas: watertech.marcom.latam@veolia.com 



Referência

  1. Gabrielli et al., 2023, 'Indústria química com emissões líquidas zero em um mundo de recursos limitados', One Earth, 6(6), 682-704, DOI:10.1016/j.oneear.2023.05.006
  2. https://www.chemicals.co.uk/blog/5-common-industrial-chemicals#summary
  3. Maslin et al., 2022, 'Enxofre: uma potencial crise de recursos que pode sufocar a tecnologia verde e ameaçar a segurança alimentar à medida que o mundo se descarboniza', The Geographical Journal , 188(4), 498-505, DOI:10.1111/geoj.12475
  4. Marwa et al., 2017, 'Uma avaliação do ciclo de vida ambiental de um sistema industrial: caso do ácido sulfúrico industrial', International Journal of Energy, Environment, and Economics , 25(4), 255-268
  5. https://www.up.com/customers/track-record/tr081622-circular-economy-sulfuric-acid-ecoservices.htm
  6. Agarwal et al., 2023, 'Remediação e reciclagem de ácidos inorgânicos e suas alternativas verdes para processos químicos industriais sustentáveis', Environmental Science: Advances , 2, 1306-1339, DOI:10.1039.d3va00112a
  7. https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/resources/chemicals/pdfs/profile_chap6.pdf
  8. https://www.veoliawatertech.com/en/solutions/technologies/whittier-filtration/cloro-álcali
  9. Kumar et al., 2021, 'Produção de soda cáustica, eficiência energética e eletrolisadores', ACS Energy Letters , 6(10), 3563-3566, DOI:10.1021/acsenergylett.1c01827
  10. Du et al., 2018, 'Produção de hidróxido de sódio a partir de salmoura de dessalinização de água do mar: projeto de processo e eficiência energética', Environmental Science & Technology , 52(10), DOI:10.1021/acs.est.8b01195
  11. https://nigen.com/how-is-nitrogen-gas-produced-for-industrial-applications/#:~:text=Fractional%20Distillation,-Fractional%20distillation%20is&text=This%20nitrogen%20gas%20plant%20process,hundred%20percent%20purity%20(99.999%25) .
  12. Froehlich, 2013, 'Uma abordagem sustentável para o fornecimento de nitrogênio'    https://www.parker.com/literature/Balston%20Filter/IND/IND%20Technical%20Articles/PDFs/Sustainable%20Approach%20to%20N2%20Supply.pdf
  13. https://www.unep.org/nitrogens-turn
  14. Chauhan et al., 2023, 'Avanços em tecnologias ambientalmente sustentáveis ​​para produção de etileno', Energy & Fuels , 37(17), DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c01777
  15. Phung et al., 2021, 'Processos de produção de (bio)propileno: uma revisão crítica', Journal of Environmental Chemical Engineering , 9(4), DOI:10.1016/j.jece.2021.105673
  16. Kim et al., 2023, 'Produção sustentável de etileno: recuperação de resíduos plásticos por meio de processos termoquímicos', Science of The Total Environment , 903, DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.166789
  17. Tahkamo et al., 2022, 'Avaliação do ciclo de vida de hidrocarbonetos líquidos renováveis, propileno e polipropileno derivados de resíduos e resíduos de base biológica: avaliação dos impactos das mudanças climáticas e do potencial de esgotamento de recursos abióticos', Journal of Cleaner Production , 379, DOI:10.1016/j.jclepro.2022.134645
  18. Worrell et al., 2000, 'Uso de energia e intensidade energética da indústria química dos EUA', Estados Unidos: N. p., DOI:10.2172/773773
  19. Kim et al., 2021, 'Qual é o melhor caminho para a produção de propileno verde?: avaliação técnica, econômica e ambiental', Green Chemistry , 19, DOI:10.1039/D1GC01791H
  20. Nyhus et al., 2024, 'Produção de etileno verde no Reino Unido até 2035: uma avaliação técnico-econômica', Energy & Environmental Science , 17, 1931-1949, DOI:10.1039/d3ee03064d
  21. Chen et al., 2023, 'Produção de etileno: projeto de processo, avaliações técnico-econômicas e de ciclo de vida', Green Chemistry, 26, 2903-2911, DOI:10.1039/d3gc03858k
  22. https://www.veolia.co.uk/services/recycled-uk-recycling-materials
  23. https://www.palmetto-industries.com/reciclagem-polipropileno/

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