Processo de produção de combustível sustentável para a aviação: vias, etapas e fatores de seleção

O processo de produção de combustível sustentável para a aviação não se resume a um único fluxograma fixo. Os produtores podem converter lípidos, biomassa sólida, álcoois ou hidrogénio renovável e CO₂ capturado em hidrocarbonetos adequados para aviação, recorrendo a diferentes famílias tecnológicas. Cada via tem a sua própria preparação da matéria-prima, sequência de reações, requisitos de melhoria, necessidades de serviços de apoio, percurso de certificação e risco de aumento de escala.

Como é produzido, na prática, o combustível sustentável para a aviação? Cada projeto tem de cumprir quatro etapas básicas: preparar uma matéria-prima rastreável, converter o seu carbono em hidrocarbonetos, ajustar a estrutura molecular e o intervalo de ebulição para cumprir as propriedades exigidas ao combustível para turbinas e certificar que o componente de mistura resultante cumpre a especificação de combustível aplicável. As tecnologias HEFA, gaseificação com síntese de Fischer–Tropsch, «alcohol-to-jet» e «power-to-liquid» alcançam esse objetivo através de equipamentos e modelos económicos muito diferentes.

O processo de produção num relance

Um processo completo tem início antes do reator e termina após os ensaios laboratoriais. A sequência que se segue é suficientemente abrangente para se aplicar aos principais métodos de produção de combustíveis sustentáveis para a aviação, embora o equipamento e os contaminantes variem consoante o método utilizado.

A elegibilidade da matéria-prima e a aprovação técnica são avaliações distintas. A aprovação da ASTM confirma que um processo de conversão definido pode produzir um componente sintético seguro para misturas. Os quadros de sustentabilidade analisam separadamente a origem da matéria-prima, a rastreabilidade, as emissões de gases com efeito de estufa ao longo do ciclo de vida, os efeitos no uso do solo e outros critérios ambientais.

Comparação entre métodos de produção de combustível sustentável para a aviação

A ICAO enumera atualmente 11 processos de conversão aprovados, incluindo várias variantes de FT, HEFA, ATJ, SIP, hidrotérmolise catalítica e coprocessamento em refinarias. O setor costuma agrupá-los em quatro grandes famílias tecnológicas, uma vez que essas famílias revelam as maiores diferenças em termos de conceção das instalações e requisitos de recursos (ICAO, 2026).

HEFA: Transformação de gorduras e óleos

As matérias-primas HEFA são submetidas, em primeiro lugar, a processos de filtração, desgomagem, secagem e remoção de contaminantes, adequados ao óleo recebido. Os lípidos limpos reagem com o hidrogénio para remover o oxigénio, principalmente sob a forma de água e, dependendo do catalisador e das condições, sob a forma de monóxido de carbono ou dióxido de carbono. Isto cria moléculas parafínicas longas. O hidrocraqueamento e a hidroisomerização ajustam, em seguida, o comprimento da cadeia e a ramificação, para que o produto possa cumprir os requisitos de intervalo de ebulição e de baixa temperatura exigidos para o combustível de aviação. O fracionamento separa o combustível de aviação do diesel renovável, da nafta e dos produtos mais leves.

O principal compromisso reside na relação entre o rendimento do jato e a intensidade da craqueamento. Um processo de melhoramento mais intenso pode melhorar as propriedades de fluxo a frio da fração do jato, mas também pode gerar produtos leves adicionais. A qualidade da carga, o consumo de hidrogénio, a gama de produtos e a vida útil do catalisador têm, portanto, de ser otimizados em conjunto. Este artigo mantém o HEFA como ponto de comparação; o pré-tratamento detalhado dos lípidos, o circuito de hidrogénio e a sequência do catalisador fazem parte de um artigo separado da JALON Guia do processo HEFA.

Gaseificação e processo Fischer–Tropsch: Recriação do carbono a partir do gás de síntese

Os processos de gaseificação começam com sólidos e não com líquidos. A biomassa ou os resíduos têm de ser separados, classificados por granulometria, secos e, por vezes, densificados antes de entrarem no gaseificador. O calor, o oxigénio e o vapor convertem o material em gás de síntese, que contém hidrogénio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, partículas, alcatrões, compostos de enxofre, espécies de azoto e vestígios de contaminantes. O circuito de purificação é essencial, uma vez que os catalisadores de FT exigem uma qualidade do gás de síntese rigorosamente controlada.

Após a purificação, a relação hidrogénio/monóxido de carbono é ajustada para a síntese. Os catalisadores Fischer–Tropsch formam longas cadeias de hidrocarbonetos a partir do gás de síntese; o hidrocraqueamento e a isomerização convertem, em seguida, as ceras e os produtos mais pesados em moléculas adequadas para combustível de aviação. Este processo pode utilizar resíduos abundantes que não são adequados para a tecnologia HEFA, mas um projeto tem de gerir a alimentação heterogénea, a logística dos sólidos, a procura de oxigénio, a fiabilidade do gaseificador, a purificação do gás de síntese e uma secção de valorização que exige um elevado investimento de capital. Por conseguinte, «qualquer biomassa» não constitui uma especificação adequada para a alimentação do processo.

Alcohol-to-Jet: Produção de cadeias mais longas a partir de álcoois

O processo ATJ começa com um álcool purificado, cuja origem pode ser biológica, derivada de resíduos ou sintética. A desidratação converte o álcool no seu alceno correspondente: o etanol transforma-se em etileno, enquanto o isobutanol se transforma em isobuteno. A oligomerização une essas pequenas moléculas em cadeias mais longas, a hidrogenação satura os produtos e o fracionamento isola a gama de combustível desejada. Dependendo do processo e da distribuição do produto, poderá ser necessária uma isomerização adicional ou um acabamento.

Esta via pode recorrer à infraestrutura existente de produção de álcool e logística, mas a intensidade carbónica do álcool é tão importante quanto a unidade de valorização. A energia necessária para a fermentação, os fatores de produção agrícolas, os pressupostos relativos ao uso do solo, a eletricidade, o hidrogénio, a captura de carbono e o transporte podem, todos eles, alterar o resultado do ciclo de vida. A avaliação do projeto deve, por conseguinte, integrar a unidade de produção de álcool e a unidade de ATJ num único modelo de massa, energia e emissões, em vez de tratar o etanol adquirido como uma mercadoria uniforme.

Power-to-Liquid: Combinação de hidrogénio renovável e carbono capturado

A PtL utiliza eletricidade renovável para produzir hidrogénio por eletrólise da água. O CO₂ capturado é purificado e comprimido, sendo depois combinado com o hidrogénio através de um processo de conversão, como a reação reversa de deslocamento do gás de água, para produzir gás de síntese, ou através da síntese de metanol. O produto intermédio pode então ser convertido através da conversão de Fischer-Tropsch (FT), de processos químicos derivados do metanol ou de outra via qualificada, e transformado em combustível para aviões a jato.

O PtL não constitui, por si só, um único anexo da ASTM e não lhe deve ser atribuído um limite universal de mistura. A certificação segue a via de conversão a jusante utilizada para produzir o componente sintético da mistura. O desempenho climático também é condicional: a intensidade de carbono da eletricidade, a utilização do eletrolisador, a compressão do hidrogénio, a fonte de CO₂, a eficiência de conversão e a integração de calor são todos fatores importantes. A eletricidade barata, por si só, não garante uma unidade de e-SAF competitiva ou com baixas emissões de carbono.

Blocos de processo comuns em diferentes percursos

A preparação da ração protege a secção de conversão

Cada via de produção apresenta um perfil de impurezas diferente. Os lípidos podem conter água, fósforo, sais, metais, ácidos gordos livres e produtos de oxidação. O gás de síntese derivado da biomassa pode conter partículas, alcatrões, enxofre, amoníaco, cloretos, álcalis e excesso de dióxido de carbono. As matérias-primas alcoólicas podem conter água e subprodutos da fermentação. O CO₂ capturado e o hidrogénio eletrolítico requerem um controlo de pureza e humidade adequado ao processo de síntese.

A estes fluxos não deve ser atribuída uma configuração universal de adsorvente ou de leito de proteção. O projeto correto deve ter em conta a composição medida, a pressão, a temperatura, o caudal, a carga de contaminantes, as especificações de saída exigidas e a estratégia de regeneração. Considerar um tipo de adsorvente como padrão apenas porque apareceu noutro fluxograma SAF pode transferir o risco de contaminação para uma secção de catalisador muito mais dispendiosa.

O processo de melhoramento confere propriedades semelhantes às do combustível de aviação

A conversão primária raramente produz diretamente um componente acabado da mistura de jato. Os produtos HEFA e FT contêm frequentemente parafinas puras ou ceras pesadas que exigem craqueamento e isomerização controlados. O ATJ tem de formar cadeias mais longas a partir de pequenos alcenos e, em seguida, hidrogená-las. O PtL herda os requisitos de valorização da rota a jusante selecionada.

O desempenho em fluxo a frio é uma das razões pelas quais esta etapa é importante. O Jet A e o Jet A-1 têm requisitos diferentes quanto ao ponto de congelamento máximo, normalmente −40 °C e −47 °C, respetivamente. O aumento da ramificação molecular melhora, em geral, o comportamento a baixas temperaturas, mas a hidrocraqueamento excessivo reduz o rendimento do combustível de aviação, ao desviar o material para a nafta e os gases leves. A seletividade do catalisador, a temperatura, a pressão do hidrogénio, a velocidade espacial e a pureza da carga devem, portanto, ser avaliadas como um sistema, em vez de serem otimizadas individualmente.

O fracionamento determina a gama de produtos comercializáveis

Uma unidade da SAF produz normalmente mais do que uma fração de hidrocarbonetos. A destilação e a separação de gases permitem separar os gases leves, a nafta, o material da gama dos combustíveis para aviação, o material da gama do gasóleo, os intermediários não convertidos, a água e as correntes de reciclagem. O modelo económico deve utilizar rendimentos realistas para todos os coprodutos, em vez de partir do princípio de que cada tonelada de matéria-prima se transforma em combustível para aviação. Uma unidade de combustíveis renováveis pode também alterar a intensidade operacional para favorecer a produção de gasóleo ou de combustível para aviação, à medida que os preços relativos e os valores políticos evoluem.

Como escolher uma tecnologia de combustível sustentável para a aviação

O percurso deve ser selecionado com base na vantagem mais forte em termos de recursos do local e na sua limitação mais fraca. O preço da matéria-prima, por si só, não é suficiente, uma vez que o raio de transporte, a variabilidade, o armazenamento, o pré-processamento, os serviços públicos, o financiamento, a certificação e a flexibilidade do produto podem anular uma vantagem aparente em termos de custos.

Uma região rica em lípidos com hidrogénio proveniente de refinarias pode favorecer a tecnologia HEFA. Um local que controle fluxos de resíduos volumosos e consistentes pode justificar a gaseificação-FT. Um abastecimento estabelecido de álcool de baixo carbono pode apoiar a tecnologia ATJ. A tecnologia PtL torna-se mais viável onde a energia renovável é abundante, os eletrolisadores podem funcionar com elevada taxa de utilização e existe uma fonte adequada de CO₂ garantida. Estas são condições iniciais, não respostas automáticas; uma seleção viável do ponto de vista financeiro continua a exigir balanços de massa e energia específicos para cada local.

Certificação, mistura e qualificação em sustentabilidade

A norma ASTM D7566 contém anexos relativos aos componentes aprovados para a mistura de combustível sintético de aviação. Cada anexo define as condições de processo elegíveis, os requisitos de composição e a proporção máxima de mistura. As vias HEFA-SPK, FT-SPK e ATJ-SPK, amplamente utilizadas, permitem misturas até 50%, enquanto as vias SIP e HC-HEFA-SPK estão limitadas a 10%. A ICAO também enumera rotas de coprocessamento D1655 com limites diferentes, incluindo 5% para determinadas gorduras, óleos, graxas e hidrocarbonetos FT, e 10% para uma rota de coprocessamento HEFA definida (ICAO, 2026).

Depois de o componente sintético aprovado ser misturado e de o lote final cumprir as especificações aplicáveis, este pode ser reidentificado como combustível para aviões convencional em conformidade com as especificações. Os voos de demonstração que utilizam o SAF 100% não eliminam os limites atuais de mistura comercial específicos para cada rota. Uma utilização mais ampla, sem mistura, requer uma qualificação adicional das propriedades do combustível, da compatibilidade dos materiais, da operacionalidade da câmara de combustão, das emissões e do desempenho no manuseamento.

A conformidade técnica, por si só, não constitui uma declaração de sustentabilidade. O CORSIA e os sistemas regionais impõem regras distintas no que diz respeito às emissões ao longo do ciclo de vida, às matérias-primas elegíveis, à rastreabilidade, à certificação e à verificação. Um projeto deve identificar o seu mercado-alvo e o seu sistema de contabilização antes de fixar os contratos de fornecimento ou definir o desenho do processo.

Onde os projetos de produção costumam falhar

Especificação dos materiais de purificação e dos catalisadores

A seleção do material começa com uma especificação do fluxo. Para uma aplicação de secagem ou purificação, o pedido de cotação deve indicar a composição, a fase, a pressão, a temperatura, a carga normal e máxima de contaminantes, o nível de saída exigido, a gama de caudal, o tempo de ciclo, o método de regeneração, a restrição relativa ao tamanho das partículas, a queda de pressão admissível e os requisitos de resistência mecânica. No caso de materiais catalisadores que contenham zeólitos, o tipo de estrutura, a relação sílica/alumina, o tamanho dos cristais, a acidez, o sistema de ligante, os metais e o procedimento de ativação podem todos afetar o desempenho.

A JALON pode apoiar a triagem inicial de materiais zeolíticos e produtos de peneira molecular para aplicações relacionadas com o SAF. Partilhe as condições reais do fluxo, as propriedades pretendidas do produto e os requisitos do licenciador, para que a equipa técnica possa identificar os tipos de material candidatos, fornecer a documentação disponível relativa à caracterização e aos lotes e definir um plano adequado de validação de amostras. A aprovação final do material deve continuar a estar vinculada a ensaios específicos da aplicação e à base de projeto do licenciador do processo ou da EPC.

Referências

1. Organização da Aviação Civil Internacional. Processos de conversão de SAF. Acedido em 2026.
2. Departamento de Energia dos EUA. Caminhos para a comercialização: Combustível de aviação sustentável. 2024.
3. Departamento de Energia dos EUA. Combustível de aviação sustentável: análise das vias técnicas. 2020.
4. Departamento de Energia dos EUA, Centro de Dados sobre Combustíveis Alternativos. Combustível de aviação sustentável. Acedido em 2026.
5. Associação Internacional de Transporte Aéreo. Combustível de aviação sustentável. 2026.
6. Laboratório Nacional de Energia Renovável. Relatório sobre o estado da indústria do combustível de aviação sustentável. 2024.
7. ASTM International. ASTM D7566: Especificação-padrão para combustível de turbina de aviação contendo hidrocarbonetos sintetizados.