Guia completo: Tecnologias e benefícios da recuperação de CO2 industrial

O que é a recuperação de CO2 e porque é que é importante agora?

Na sua essência, a recuperação de CO2 é o processo de captura de dióxido de carbono das emissões industriais antes de ser libertado para o ambiente. Embora o efeito de estufa seja um problema grave, as tecnologias de recuperação são concebidas para capturar o CO2 e transformá-lo num produto útil. Não se trata apenas de um ato de ambientalismo; é uma estratégia empresarial num mundo que está a sofrer alterações climáticas.

Esta tarefa é especialmente importante devido ao problema crescente do aquecimento global que ameaça o planeta. A ciência diz-nos que, se não forem reduzidos, os níveis de CO2 são a causa principal das alterações climáticas, que conduzem ao aumento da frequência e intensidade das catástrofes naturais, à subida do nível do mar e à extinção de espécies. As empresas, motores das nossas economias, são também grandes contribuintes para estas emissões. A recuperação industrial de CO2 é, portanto, não só a coisa certa a fazer, mas também a coisa inteligente a fazer para o futuro, em conformidade com os acordos internacionais e como um caminho para um sector industrial sem carbono.

Explicação das principais tecnologias industriais de recuperação de CO2

O domínio da recuperação industrial de CO2 oferece um conjunto de tecnologias, cada uma com uma abordagem distinta à captura de carbono. Compreender as suas nuances é fundamental para as indústrias que pretendem reduzir a sua pegada de carbono.

Absorção química

A absorção química é um dos métodos mais antigos de captura de CO2 e funciona como um abraço químico que puxa as moléculas de dióxido de carbono. Este método convencional utiliza solventes selectivos que são normalmente soluções que contêm aminas especificamente escolhidas para reagir e formar uma ligação química com o CO2 em fluxos de gases industriais. A simplicidade deste processo é que o solvente é exposto ao CO2 e depois aquecido e o dióxido de carbono é libertado numa forma concentrada e numa forma que pode ser utilizada para outros fins ou ser eliminada. O solvente está então pronto para ser reciclado de volta ao ciclo de absorção sem a presença de CO2 e destina-se a ser um sistema fechado que pode ser operado numa base contínua com perdas mínimas. A absorção química tem sido amplamente utilizada e provou ser flexível no tratamento de diferentes composições do gás, sendo, por conseguinte, o método mais utilizado nas indústrias que emitem níveis elevados de CO2.

No entanto, a absorção química tem alguns factores operacionais que afectam a sua eficiência no processo. O custo do dispêndio de energia necessário para regenerar o solvente - para libertar o CO2 capturado e restaurar a capacidade de absorção do solvente - é outro custo operacional que pode vir a ser o principal no processo. Além disso, os solventes químicos não são permanentes; esgotam-se a cada ciclo e necessitam de ser substituídos e eliminados, o que é dispendioso e afecta o ambiente. No entanto, a absorção química continua a ser uma tecnologia popular até à data, especialmente na produção de energia em grande escala e nos principais processos industriais em que está presente uma elevada concentração de CO2 e em que são necessárias tecnologias de captura eficientes, à medida que prossegue a procura de tecnologias melhores e mais respeitadoras do ambiente.

Separação por membranas

A tecnologia de separação por membranas é uma abordagem relativamente eficiente e flexível à recuperação de CO2 que utiliza membranas específicas para filtrar o dióxido de carbono. Estas são normalmente feitas de polímeros avançados ou cerâmicas robustas e são concebidas para terem uma permeabilidade mais elevada ao CO2 do que a outros componentes gasosos numa mistura industrial. O atrativo da separação por membranas reside no facto de ser menos intensiva em termos energéticos do que outros métodos, de ser facilmente escalável e de poder ser facilmente integrada em sistemas industriais existentes sem grandes interferências. Este facto coloca a tecnologia de membranas como uma solução mais viável para as indústrias que pretendem reduzir o seu consumo de energia e tornar mais viável a aplicação de tecnologias de captura de carbono.

No entanto, continua a ser difícil obter eficiências de captura de CO2 comparáveis às das técnicas baseadas na absorção química ou na adsorção, especialmente quando confrontadas com fluxos de gás de baixa concentração ou de elevado caudal volumétrico. Além disso, a presença de impurezas no fluxo de gás de alimentação pode causar incrustações na membrana que, por sua vez, afectam a taxa de permeação de CO2 e a eficiência e durabilidade globais da membrana. Apesar destes desafios contínuos, a separação por membranas está a estabelecer firmemente o seu nicho em aplicações específicas, como o processamento de gás natural, a purificação de hidrogénio e sectores industriais específicos, onde a sua eficiência energética inerente e a simplicidade operacional oferecem vantagens convincentes, especialmente porque a ciência dos materiais continua a alargar os limites do desempenho e durabilidade das membranas, prometendo um futuro em que as membranas desempenham um papel cada vez mais proeminente no panorama das tecnologias de captura de CO2.

Adsorção por oscilação de temperatura (TSA)

A TSA é uma técnica de recuperação de CO2 altamente avançada que utiliza alterações de temperatura para adsorver e dessorver seletivamente o CO2 de vários fluxos de gases industriais. Os sistemas TSA funcionam em ciclos, utilizando materiais adsorventes, sendo os adsorventes de peneira molecular preferidos devido às suas propriedades de captura de CO2 a baixas temperaturas e libertação a altas temperaturas. A tecnologia TSA tem sido aplicada numa grande variedade de processos industriais, incluindo a remoção de gases de combustão de centrais eléctricas e outras instalações industriais que procuram reduzir as emissões, a melhoria do biogás para aumentar a proporção de metano para um maior valor de combustível e no domínio relativamente novo da captura direta do ar (DAC), em que o CO2 é capturado a partir das baixas concentrações presentes na atmosfera. As caraterísticas inerentes à TSA, tais como a elevada seletividade do CO2 em relação a outros componentes gasosos e a estabilidade a longo prazo de muitos materiais adsorventes, especialmente os crivos moleculares, são alguns dos factores que fizeram com que a TSA fosse amplamente utilizada e relevante nestas aplicações diversas e exigentes.

No entanto, o ambiente operacional da tecnologia TSA não está isento de problemas. A principal questão é o elevado consumo de energia térmica para a regeneração do adsorvente, em especial a fase de aquecimento necessária para libertar o CO2 capturado e restaurar o adsorvente para os ciclos seguintes. Este consumo de energia térmica pode ter um impacto significativo na utilização de energia e na relação custo-eficácia dos sistemas TSA, especialmente nas indústrias em que os custos energéticos são um fator importante. Embora ainda exista um desafio nesta consideração de energia, que está a ser enfrentado pelo desenvolvimento constante da tecnologia de adsorvente de peneira molecular. O aumento das capacidades de adsorção de CO2 dos crivos moleculares avançados e, mais importante ainda, a cinética de dessorção a temperaturas mais baixas estão a melhorar gradualmente o balanço energético e a viabilidade económica da TSA.

Adsorção por oscilação de pressão (PSA)

A adsorção por oscilação de pressão (PSA) é um desenvolvimento da adsorção física altamente eficiente e economizador de energia, que utiliza habilmente as flutuações de pressão para facilitar a adsorção e dessorção contínuas de CO2. Os sistemas PSA funcionam de forma contínua de adsorção a alta pressão e dessorção a baixa pressão e envolvem normalmente a utilização de vários leitos de adsorventes para garantir um fluxo constante de CO2 capturado. Esta tecnologia é mais valorizada pela sua poupança de energia inerente, especialmente quando comparada com tecnologias que consomem muita energia, como a absorção química, e pela sua capacidade de fornecer fluxos de CO2 de pureza muito elevada, tornando-a ideal para processos que requerem uma alimentação concentrada de CO2. A gama de desempenho dos sistemas PSA é ainda mais alargada através da incorporação de materiais adsorventes avançados e as peneiras moleculares desempenham um papel crucial no aumento da seletividade e eficiência do processo de captura.

Embora a tecnologia PSA ofereça uma série de benefícios, a aplicação bem sucedida e o funcionamento a longo prazo exigem a consideração de vários factores. O custo de aquisição de materiais adsorventes de elevado desempenho, especialmente os crivos moleculares desenvolvidos especificamente para a captura de CO2, pode ser dispendioso na fase inicial. Além disso, os sistemas de PSA podem ser sensíveis ao nível de impurezas no fluxo de gás de entrada, o que pode causar a incrustação gradual do adsorvente e um consequente declínio na eficiência de captura ao longo do tempo, razão pela qual é crucial pré-tratar o fluxo de gás. No entanto, as suas aplicações estão a estender-se a áreas como a produção de hidrogénio, a melhoria da qualidade do biogás em condutas e, a um ritmo crescente, a captura de CO2 pós-combustão de centrais eléctricas e fontes industriais devido à necessidade crescente de uma recuperação eficiente e de elevada pureza do CO2.

Separação criogénica

A separação criogénica é uma tecnologia que se baseia na criogenia e utiliza a força das baixas temperaturas para separar eficazmente o CO2 dos fluxos gasosos. É como um processo de destilação abaixo de zero, em que os fluxos de gás industrial são arrefecidos a temperaturas muito baixas para que os vários componentes do gás possam ser separados com base nos seus pontos de ebulição. O CO2, que tem uma temperatura de condensação mais elevada em comparação com outros gases industriais, como o azoto e o metano, pode ser facilmente condensado e separado no estado líquido de outros componentes gasosos. Esta abordagem criogénica é particularmente eficaz na sua capacidade de produzir fluxos de CO2 de elevada pureza, o que é uma caraterística desejável para determinadas aplicações industriais em que a elevada pureza do CO2 é obrigatória, por exemplo, na produção de CO2 de qualidade alimentar para utilização na indústria de bebidas ou como reagente de elevada pureza em processos específicos de síntese química.

A aplicação da separação criogénica para a captura de CO2 em grande escala é limitada por vários desafios, que incluem custos elevados e problemas operacionais, principalmente devido à elevada procura de energia e à necessidade de equipamento extenso e dispendioso. O processo de arrefecimento de grandes volumes de gases a temperaturas criogénicas requer uma quantidade significativa de energia, tornando-o relativamente menos eficiente em termos energéticos para a captura de CO2, especialmente quando aplicado em grande escala em indústrias que lidam com fontes diluídas de CO2. O equipamento necessário para o funcionamento criogénico, como o compressor de alta pressão, o expansor criogénico e o complexo permutador de calor necessário para o funcionamento a baixa temperatura, aumenta o custo de capital. As peneiras moleculares também podem representar um custo de capital significativo, mas podem ser úteis para melhorar a eficiência dos sistemas criogénicos de remoção de CO2. Isto porque ao utilizar peneiras moleculares para remover até mesmo a menor quantidade de vapor de água e outras impurezas condensáveis do fluxo de gás de entrada, os operadores podem evitar a formação de gelo e hidratos sólidos dentro da unidade criogénica, o que pode causar problemas operacionais e perda de eficiência. No entanto, a utilização de peneiras moleculares antes da unidade de separação criogénica torna o processo mais eficiente, menos problemático e menos dispendioso, demonstrando assim a aplicabilidade e compatibilidade dos adsorventes de peneiras moleculares noutras tecnologias de captura de CO2 que não são necessariamente baseadas na adsorção.

Peneiras moleculares para recuperação industrial de CO2

• 13X Peneiras moleculares: Estas peneiras têm um tamanho de poro de cerca de 10Å e são eficazes na adsorção de CO₂ e H₂O. Isto torna-os adequados para utilizações como a purificação do gás natural e a separação do ar, que remove tanto a humidade como o dióxido de carbono. Também são utilizados em processos de descarbonização de gases de combustão para capturar emissões de CO2.
• 5A Peneiras moleculares: Estas peneiras têm um tamanho de poro de 5Å e são ideais para a adsorção selectiva de CO₂. São utilizados principalmente em sistemas de adsorção por oscilação de pressão (PSA), onde removem seletivamente o CO₂ de misturas gasosas por tamanho e seletividade de adsorção para produzir CO₂ de elevada pureza.
• 4A Peneiras moleculares: Estes são utilizados principalmente para a remoção de humidade devido ao seu tamanho de poro de 4Å, mas também podem adsorver CO₂ em determinadas circunstâncias. Embora não sejam tão selectivos para o CO2 como os zeólitos 5A ou 13X, são utilizados em algumas aplicações de captura de CO2 em que também é necessária a remoção do vapor de água.
• Peneiras moleculares modificadas (NaX, LiX): Estes zeólitos modificados, como o NaX e o LiX, são submetidos a trocas iónicas para melhorar as suas capacidades de adsorção de CO₂. Esta modificação, muitas vezes envolvendo iões de lítio, resulta numa capacidade de captura de CO2 significativamente melhorada, tornando-os altamente eficazes em tecnologias avançadas de PSA e TSA para uma recuperação eficiente de CO2.

Outros materiais que foram considerados para a captura e separação de CO₂ no passado recente incluem peneiras moleculares de carbono (CMS) e materiais de estrutura orgânica metálica (MOF), mas as aplicações industriais actuais ainda são dominadas pelas peneiras moleculares 13X.

Adsorventes de peneira molecular: A experiência da Jalon

No caso da recuperação de CO2 por adsorção física, especialmente em PSA e TSA, o adsorvente desempenha um papel crucial. A Jalon, um conhecido fabricante de crivos moleculares, destaca-se neste domínio. A Jalon está no mercado há mais de duas décadas e é um fabricante fiável de crivos moleculares, desde 3A e 4A para desidratação até 5A, 13X e LiX para captura de CO2. Não são meros fornecedores, são aliados estratégicos, com serviços personalizados e um portefólio diversificado, o que demonstra a sua versatilidade.

As peneiras moleculares LiX, 13X, 5A e 4A da Jalon foram concebidas para proporcionar a melhor recuperação de CO2 e têm uma elevada capacidade de adsorção e seletividade. Sendo um dos principais produtores desses materiais essenciais para a captura de CO2, a Jalon usa sua experiência em P&D e aplicações para oferecer a peneira molecular apropriada para vários processos industriais de captura de CO2. Escolher a Jalon significa trabalhar com uma empresa que oferece conhecimento dedicado e uma gama de produtos focados na eficiência dos seus sistemas de captura de CO2.

Para mais informações:

• Telefone: +86-186 3889 5089/+86-379-6989 5719
• Correio eletrónico: info@jalonzeolite.com
• Endereço: Junmin Road, Industrial Cluster District, Yanshi, Henan, China.

Aplicações de recuperação de CO2 em todos os sectores

A recuperação de CO 2 não é um processo universal. A sua aplicação varia significativamente de indústria para indústria, em função de perfis de emissões específicos, necessidades operacionais e considerações económicas. Segue-se uma breve análise de algumas das indústrias onde o dióxido de carbono é recolhido:

Benefícios da recuperação de CO2

Redução dos custos de produção

A utilização de sistemas de recuperação de CO2 é uma das melhores formas de realizar economias de custos em processos industriais. Para as empresas que utilizam o CO2 como matéria-prima, a captura e reciclagem do CO2 emitido é economicamente viável, uma vez que as empresas não têm de comprar o gás. Além disso, a integração de tecnologias de recuperação de energia com a captura de CO2 pode resultar em benefícios adicionais em termos de necessidades energéticas e, consequentemente, de custos. Este efeito sobre a matéria-prima e as fontes de energia faz com que a recuperação de CO2 não seja apenas uma prática sustentável, mas também um modelo de negócio rentável e económico para as indústrias que procuram maximizar os seus lucros.

Proteção do ambiente

Nunca é demais realçar o papel da recuperação de CO2 na atual conservação do ambiente. Desta forma, as indústrias desempenham um papel na diminuição da quantidade de CO2 libertado para a atmosfera e no combate às alterações climáticas. Esta abordagem é eficaz na redução das emissões de gases com efeito de estufa e, por conseguinte, da sua pegada de carbono global, alinhando as suas operações com objectivos ambientais globais cada vez mais cruciais. A recuperação de CO2 já não é uma atividade que uma empresa possa realizar como um extra, mas é uma atividade que se tornou parte da prática industrial que mostra a preocupação da empresa com o ambiente e ajuda a mudar para uma produção mais sustentável.

Melhoria da eficiência dos recursos

A recuperação de CO2 está também em consonância com a economia circular, uma vez que transforma o que costumava ser um produto residual num fluxo valioso. Enquanto o CO2 emitido é um produto residual que pode ser deitado fora, as tecnologias de recuperação permitem a sua reutilização como matéria-prima. Isto não só reduz significativamente a libertação de efeitos negativos, como também transforma a utilização eficiente dos bens industriais. Ao reciclarem o CO2, as indústrias mostram que estão a gerir os recursos de forma adequada, o que pode levar à geração de novas receitas e valor a partir do que anteriormente era considerado resíduo.

Redução da dependência dos mercados de CO2

A aplicação de tecnologias de recuperação de CO2 confere às indústrias maior flexibilidade operacional e estratégica. Assim, ao diminuir a dependência de fontes externas de CO2 e ao controlar a volatilidade dos preços do CO2, as empresas promovem um modelo de negócio mais autónomo. Esta mudança também ajuda a manter e possivelmente reduzir o custo dos factores de produção, ao mesmo tempo que aumenta a viabilidade a longo prazo do negócio. Assim, ao se protegerem das flutuações dos mercados globais, as empresas estabelecem um ambiente mais estável e estrategicamente vantajoso, o que é especialmente importante num mundo que se está a transformar gradualmente num mundo com restrições de carbono e economicamente imprevisível.

Tendências futuras e inovações na recuperação de CO2

A tendência para a recuperação de CO2 tem vindo a aumentar ao longo dos anos. Existem novos desenvolvimentos nos materiais adsorventes e membranas avançadas que permitem prever um aumento da eficiência da captura. Métodos novos e avançados de captura e integração de CO2 abrem caminho nos processos industriais. Para além da captura, há um interesse crescente na utilização do CO2, em que o CO2 capturado é convertido em produtos químicos e combustíveis úteis através de processos de conversão de energia em X e de métodos biotecnológicos. Algumas novas políticas, como as políticas regulamentares e as políticas de mercado, estão a tornar-se cada vez mais rigorosas, permitindo uma maior adoção. Trata-se de um processo multimédia de recuperação de CO2 que alargará a rede inter-industrial internacional para se tornar efetivamente a próxima geração a construir uma estrutura industrial sustentável.

Conclusão

A recolha de CO2 na sua fonte já não é um luxo na indústria, mas uma necessidade. Não é fácil, tanto mais que exige uma sólida base tecnológica, políticas adequadas e, evidentemente, uma participação ativa da indústria. Como já referimos, existem várias tecnologias disponíveis em função das necessidades, e as peneiras moleculares, nomeadamente as de fabricantes experientes como a Jalon, são fundamentais. Os benefícios são evidentes, pois vão desde as vantagens comerciais até à consciência ambiental. A pressão é grande; as indústrias são instadas a adotar a recuperação de CO2, a procurar as melhores soluções e a trabalhar com especialistas como a Jalon. É altura de aproveitar a oportunidade e construir um ambiente que una a indústria e a sustentabilidade.