PROGRAMA DE APOIO À PESQUISA EM PARCERIA PARA INOVAÇÃO TECNOLÓGICA (PITE)

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Reações verdes

Produtos com base em matérias-primas renováveis começam a substituir derivados de petróleo

MARCOS DE OLIVEIRA | ED. 260 | OUTUBRO 2017

 

Imagem de microscopia (acima) mostra catalisador para substituir reagentes constituído por argila e microesferas de magnetita, em experimento na UFSCar

Em um planeta cada vez mais necessitado de cuidados ambientais, a indústria química passa pelo desafio de encontrar substitutos para os derivados de petróleo. Essa matéria-prima, segundo estudo da petrolífera britânica BP, conforme dados de 2016, tem reservas mundiais para mais 50,6 anos. Além de fatores econômicos, como a variação dos preços do petróleo, existem também restrições ambientais ao uso de produtos de origem petrolífera em função do aquecimento global, da destruição da camada de ozônio e da poluição. O caminho para encontrar substitutos leva o nome de química verde, que busca produtos análogos que substituam os compostos petroquímicos ou novas substâncias para uso da indústria e para o consumo.

O conceito de química verde, que inclui a diminuição da dependência petrolífera, surgiu nos anos 1990 nos Estados Unidos. O marco principal é de 1998, quando os químicos norte-americanos Paul Anastas e John Warner apresentaram no livro Green chemistry: Theory and practice (Química verde: Teoria e prática) os 12 princípios da química verde, que nortearam os caminhos dessa nova área. “Na Europa já havia algumas iniciativas de cunho ambiental ainda nos anos 1960, principalmente na Alemanha. Nos anos 1990, a inquietação com a contaminação por produtos químicos começou primeiro na indústria, preocupada em aprimorar seus processos e melhorar a imagem passada aos consumidores, depois em órgãos governamentais e logo tornou-se um assunto a ser tratado também nas universidades”, explica a química Vânia Gomes Zuin, da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e professora visitante no Centro de Excelência em Química Verde da Universidade de York, na Inglaterra.

O movimento da química verde ainda é lento. Por um lado, existe uma grande variedade de produtos petroquímicos, com preços baixos; por outro, faltam substâncias e processos sustentáveis que possam substituir os atuais. Nos anos 2000, algumas soluções começaram a aparecer. Os óleos vegetais, como os de soja e milho, surgiram como candidatos promissores para substituir derivados de petróleo. Um dos exemplos de uso de biomassa, que pode ajudar a mudar os parâmetros da indústria química, é o da empresa Elevance, dos Estados Unidos, que utiliza desde 2007 um processo para quebrar as moléculas de óleos vegetais e produzir matéria-prima para detergentes, ceras, solventes e óleos para cosméticos. A empresa emprega um processo de catálise (para realizar as reações químicas) chamado metátese de olefinas, que substitui alguns derivados petrolíferos, usa menos energia, produz menos resíduos e reduz as emissões de gases nocivos que contribuem para o efeito estufa.

Os estudos iniciais que levaram a esse processo inovador foram reconhecidos com o Nobel de Química de 2005, concedido ao francês Yves Chauvin e aos norte-americanos Robert Grubbs e Richard Schrock, que desenvolveram a metátese. Trata-se de uma reação entre duas moléculas orgânicas com cadeias contendo duplas ligações que possuem grupos similares e são trocadas entre si, permitindo a síntese de novos compostos químicos, com temperaturas e pressões menores por meio de catalisadores metálicos. Em 2012, a Elevance, fundada pelas empresas químicas Cargil e Materia, ganhou o Prêmio Presidencial de Química Verde, da Agência de Proteção Ambiental (EPA) dos Estados Unidos, por utilizar o processo de metátese. A empresa tem duas fábricas nos Estados Unidos e uma na Indonésia, que utiliza óleo de palma. A vantagem desse óleo está em ser mais barato do que os de soja e milho, usados para alimentação humana e de animais.

O prêmio anual de química verde concedido pela EPA revelou em 2016 outra empresa que desenvolveu uma solução com microrganismos para substituir insumos derivados do petróleo. A norte-americana Verdezyne desenvolveu uma plataforma de fermentação de leveduras Candida sp. para produção do ácido dodecanodioico (DDDA), usado na fabricação de um tipo de fio de nylon utilizado em plásticos de alta resistência a produtos químicos e, ainda, em adesivos, revestimentos e lubrificantes. A Verdezyne foi criada em 2008 e em 2014 começou a produzir – ainda em escala muito pequena – o novo produto feito com base em vários óleos vegetais. A empresa está instalando uma fábrica na Malásia, onde a partir de 2018 deve também iniciar a produção comercial com óleo de palma.

Exemplo brasileiro
Um exemplo da química renovável nasceu no Brasil. Uma inovação mundial é o plástico verde da Braskem, a quinta maior petroquímica do mundo. A produção a partir de etanol da cana-de-açúcar é feita na unidade de Triunfo (RS) desde 2010. A Braskem vende a resina a clientes que a empregam em mais de 150 produtos em todo o mundo, que transformam o material em embalagens de alimentos, produtos de higiene e limpeza, cosméticos, bebidas lácteas e sacolas. O biopolímero foi desenvolvido pela empresa, com envolvimento de engenheiros, químicos e técnicos, e um investimento de US$ 290 milhões. Hoje a empresa tem capacidade de produzir 200 mil toneladas de origem renovável. A Braskem não informa se existe diferença de preços da mesma resina produzida com cana ou petróleo. Em 2007, após a apresentação do produto em uma feira na Alemanha, a estimativa do preço do plástico verde, em uma fase comercial, era de 15% a 20% mais caro que o do petróleo. Hoje o preço do barril custa cerca de 56% a menos que naquele ano, descontada a inflação. Um exemplo que mostra as dificuldades econômicas para a evolução da química verde.

Óleo vegetal…

O polietileno verde é exportado para Estados Unidos, Europa e Ásia. “Esse exemplo da Braskem está consolidado como uma inovação brasileira na química verde”, comenta Vânia, da UFSCar. As próximas investidas da empresa nesse campo estão em desenvolvimento em um laboratório de biotecnologia próprio em Campinas. “São projetos de alto risco que envolvem, por exemplo, engenharia genética de microrganismos e biomassa”, conta Mateus Schreiner, gerente global de Inovação em Tecnologias Renováveis da Braskem.

Outra empresa brasileira, a Nexoleum, utiliza o óleo vegetal de soja como o principal ingrediente da produção de um plastificante de policloreto de vinila (PVC). “Os clientes usam o óleo para substituir o dioctil ftalato [DOP], um produto petroquímico útil para tornar o PVC [mais conhecido na forma rígida em tubos e conexões] maleável para utilização em fios e cabos, couro sintético, filmes para embalagens alimentícias e brinquedos”, explica Jacyr Quadros Júnior, presidente da empresa, fundada em 2007, em Cotia (SP). A Nexoleum vende o ingrediente para empresas que fabricam os produtos finais. “O preço para o cliente é de 5% a 10% menor que o mesmo produto originário de petróleo”, afirma Quadros. A tecnologia foi licenciada do Instituto Battelle, dos Estados Unidos, mas a empresa já desenvolveu outras tecnologias para o mesmo processo de produção. Em 2016, a Nexoleum fez uma joint-venture com uma grande empresa química brasileira pertencente ao Grupo Itaú, a Elekeiroz, que atua no mercado de plastificantes, e queria entrar na química verde. “Com isso conseguimos, com o apoio da Elekeiroz, atingir o mercado internacional”, explica Quadros.

Uma das razões pelas quais os pesquisadores buscam substituir insumos e processos atuais por soluções verdes está na diminuição da quantidade de produtos utilizados na indústria química. “Nos processos convencionais, os reagentes são usados na mesma quantidade que as matérias-primas principais de uma reação química. De uma forma geral e muito simplificada, para 1 quilo (kg) de qualquer matéria-prima é preciso aproximadamente 1 kg de reagente. No processo em que se usa o processo de catálise, são utilizados 10% de outros compostos (catalisadores) no lugar do reagente, o que resulta na geração de menos resíduos”, conta a química Arlene Gonçalves Corrêa, professora do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e coordenadora do Centro de Excelência para Pesquisa em Química Sustentável (CERSusChem), que tem parceria com a farmacêutica GlaxoSmithKline (GSK). Arlene e seu grupo de 18 pesquisadores procuram, desde 2016, quando começou o projeto, novos catalisadores em substituição aos reagentes convencionais. A pesquisadora conta que um dos desafios em relação à adoção de substâncias verdes na indústria é a necessidade de o custo de produção ser competitivo com os derivados de petróleo. Um exemplo é a possibilidade do uso do óleo das sementes de anis, chamado de anizol, para substituir o tolueno (usado em tintas) e o benzeno, que é cancerígeno. Mas ainda não é utilizado porque o preço do produto natural é alto.

…e síntese de substâncias com microrganismos (acima) são duas linhas de produção renováveis para substituição de derivados de petróleo

Mesmo com grande parte dos preços não competitivos, o mercado de produtos e derivados químicos renováveis, incluindo o etanol de cana usado como combustível e na indústria química, deve chegar a US$ 85,6 bilhões no mundo em 2020, comparado a US$ 51,7 bilhões em 2015, segundo um estudo divulgado em 2016 pela consultoria norte-americana BCC Research. A taxa de crescimento estimada, tomando-se o período de 2015-2020, seria de 10,6% ao ano. A empresa também comenta no estudo que leis e normas reguladoras de fabricação e o problema do descarte de produtos químicos tradicionais em países como Estados Unidos e os integrantes da União Europeia ajudam a impulsionar a produção e o consumo dos renováveis. Outra consultoria de mercado norte-americana, a Navigant Research, aponta que o faturamento desse setor em 2020 deverá ser de US$ 98 bilhões, o equivalente a 1,85% da receita da indústria química global, no mesmo ano, que deverá atingir US$ 5,3 trilhões.

Dificuldades e ensino
Embora ainda engatinhando no mundo da indústria, a química verde ganha, no Brasil, estratégias para desenvolvimento do setor que incluem envolver cada vez mais a pesquisa e o ensino. É o que faz a Associação Brasileira da Indústria Química (Abiquim). “Colaboramos desde 2010 na criação da Rede Brasileira de Química Verde [RBQV], uma instituição sem fins lucrativos para promover inovações científicas e tecnológicas para empresas nacionais, e apoiamos a Escola Brasileira de Química Verde na Universidade Federal do Rio de Janeiro [EBQV-UFRJ]”, conta o químico industrial Fernando Tibau, gerente de Inovação e Assuntos Regulatórios da Abiquim.

A EBQV é uma escola virtual que não tem estrutura própria. Reúne projetos voltados principalmente ao estudo do bagaço de cana-de-açúcar, com pesquisadores da UFRJ, do Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Etanol (CTBE), de Campinas, e do Instituto Nacional de Tecnologia (INT), do Rio de Janeiro. “Nosso interesse maior é estudar resíduos de biomassa para convertê-los em matérias-primas de maior valor agregado”, explica o químico Peter Seidl, coordenador da EBQV. Seidl entende que trabalhar apenas utilizando a química verde ainda não é possível. “É preciso desenvolver processos, além de ser necessário verificar os gargalos tecnológicos das empresas.” Ele afirma também que é necessário criar mais programas de pós-graduação em química verde no país. Na UFRJ existe um programa de pós e está sendo estudada a oferta da disciplina na graduação. Química verde já está na grade curricular da graduação na UFSCar e a partir de 2018 também estará disponível na pós-graduação.

Projeto
Green chemistry: Sustainable synthetic methods employing benign solvents,safer reagents, and bio-renewable feedstock (FAPESP-GSK) (nº 14/50249-8); Modalidade Programa Parceria para Inovação Tecnológica (Pite); Pesquisadora responsável Arlene Corrêa (UFSCar); Investimento R$ 3.948.414,14 (FAPESP) e R$ 2.849.094,73 + US$ 601.093,17 (GSK).

Artigo científico
ERLEN Y. C. JORGE, E. Y. C. et al. Metal-exchanged magnetic β-zeolites: Valorization of lignocellulosic biomass-derived compounds to platform chemicals. Green Chemistry. v 19, p. 3856-68. jul 2017.


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