Pesquisadores desenvolvem catalisadores para produção de monóxido de carbono e hidrogênio a partir de biogás

Novos catalisadores têm vida útil mais extensa por utilizar metais de terras raras em sua composição. Produtos ajudam a obter gás de síntese, mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, a partir do biogás já purificado. O gás de síntese obtido é rico em hidrogênio que, por sua vez, pode ser utilizado para a obtenção de novos produtos. Tecnologias foram testadas com sucesso em laboratório e aguardam parceiros para testes em escala industrial.

A Embrapa Agroenergia (DF) desenvolveu dois catalisadores metálicos usados para a obtenção de hidrogênio (H₂) e monóxido de carbono (CO) a partir do biogás já purificado (esquema abaixo). As tecnologias criadas atuam na última etapa do processo, quando o biogás obtido já foi limpo de impurezas e é composto apenas de metano (CH₄) e gás carbônico (CO₂). Ambos catalisadores foram aprovados em testes de laboratório que envolvem pequena escala e aguardam parceiros interessados em finalizar a tecnologia e testá-la em plantas industriais (veja quadro abaixo).

A obtenção desses produtos de maior valor tende a incentivar economicamente a adoção da reciclagem dos dejetos animais. O hidrogênio, por exemplo, é empregado em vários processos industriais como a produção de amônia, o refino do petróleo, em metalurgia e na indústria de alimentos. “Para fins energéticos, o hidrogênio vem sendo bastante pesquisado mundialmente, principalmente após o desenvolvimento das células combustível”, frisa o pesquisador Emerson Schultz, que liderou o desenvolvimento dos catalisadores. Já o monóxido de carbono obtido nesse mesmo processo, chamado de “reforma”, é matéria-prima para várias indústrias como a química e a farmacêutica, só para citar algumas.

 

Esquema

Schultz conta que o crescimento econômico mundial tem aumentando o uso de combustíveis de origem fóssil e, consequentemente, a concentração de CO₂ na atmosfera terrestre. Para diminuir o impacto ambiental causado, é necessário investir no uso de fontes renováveis para a produção de energia e de compostos químicos. A Embrapa é pioneira em estudos sobre biogás no País.

“O gás de síntese, que é a mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, pode ser obtido também de fontes renováveis e usado para a produção de energia e de combustíveis líquidos. Uma forma de obtenção desse gás a partir de fontes renováveis é a reforma do biogás. O gás de síntese possui diversas aplicações, como a produção de hidrocarbonetos, metanol e hidrogênio”, detalha Schultz.

Seja um parceiro nessa tecnologia Se sua empresa está interessada em ser parceria da Embrapa Agroenergia para o codesenvolvimento desses ou de outros produtos, visite a Vitrine Tecnológica da Unidade para se inteirar sobre as áreas de atuação dessa pesquisa e as soluções já desenvolvidas. No caso dos catalisadores, a Unidade busca parceiros cofinanciadores para realizar estudos de viabilidade (prova de conceito) e prosseguir com o processo de desenvolvimento das tecnologias. Em 2021, a Embrapa Agroenergia foi oficialmente recredenciada pela Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (Embrapii) para desenvolver projetos com parceiros do setor industrial nas áreas de Química e Bioquímica de Renováveis; Microrganismos e Enzimas e Tecnologia da Biomassa; e Química de Renováveis. Para conhecer o processo de cofinanciamento Embrapa Agroenergia + Embrapii, clique aqui.

 

O que é biogás Composto por uma mistura dos gases metano, dióxido de carbono e outros, o biogás é produzido a partir da digestão anaeróbia de diversos tipos de biomassa, sendo atualmente muito usados os resíduos agrícolas e os dejetos animais. Registros da produção e utilização de biogás não são recentes. Durante a Segunda Guerra Mundial o biogás foi utilizado no aquecimento de residências e na alimentação de motores de combustão interna. Atualmente, tem crescido o interesse na produção do biogás, principalmente por causa dos produtos que podem ser gerados a partir dele. A reação para converter o biogás em gás de síntese ocorre em um reator catalítico em elevadas temperaturas (entre 700º e 800º C), no qual os componentes do biogás passam por um catalisador que aumenta a velocidade das reações químicas.

 

Emerson Schultz (foto ao lado) explica que o diferencial dessas novas tecnologias é a sua composição capaz de aumentar o tempo de vida do catalisador. O catalisador é mistura química relativamente barata, porém, suas versões convencionais costumam perder a ação com certa rapidez por causa da deposição de carbono sobre ele.

Para resolver esse problema, os pesquisadores caracterizaram e testaram composições formadas por óxidos mistos de níquel, magnésio e alumínio (Ni-Mg-Al) com a adição dos elementos químicos gadolínio (Gd) e praseodímio (Pr), ambos metais de terras raras, com o objetivo de melhorar os processos de reforma a vapor de biogás para a obtenção do gás de síntese.

O pesquisador conta que o trabalho foi iniciado com o projeto “Efeito da adição de gadolínio e praseodímio em óxidos mistos de Ni-Mg-Al aplicados na reforma a vapor de biogás – GAPRNI”, finalizado em 2021. A origem dessas pesquisas se deu no projeto Biogasfert, liderado pela Embrapa Suínos e Aves (SC) e realizado em parceria entre a Itaipu Binacional e a Embrapa.

Dejetos animais e biomassa florestal podem virar biogás

A pesquisadora da Embrapa Itânia Soares lembra que o biogás também pode ser obtido a partir do aproveitamento de dejetos animais, em sistemas de biodigestão, de biomassa florestal, resíduos de hortifrúti e até efluentes da cultura do dendê (Pome). O biogás poderá ser empregado em caldeiras ou aquecedores para a geração de calor ou cogeração de energia elétrica.

“Acreditamos que o hidrogênio verde obtido a partir da reforma do biogás possa desempenhar importante papel na obtenção de vários outros produtos, como a amônia verde, por exemplo”, declara a cientista. Ela lembra ainda que a produção de biogás e biometano está perfeitamente alinhada ao Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 7, referente ao provimento de energia limpa e acessível para a sociedade, além de compor o Programa 6 do Plano de Agricultura de Baixa Emissão de Carbono (ABC+) do Ministério da Agricultura (Mapa).

Programa Metano Zero  O desenvolvimento de ativos tecnológicos direcionados à cadeia de produção de biogás e, consequentemente, de biometano, está alinhado ao recém-lançado programa “Metano Zero”, um incentivo do governo brasileiro à produção de biocombustíveis. A ideia é cumprir o “Compromisso Global de Metano”, assumido pelo Brasil e mais 103 países na COP26, cuja meta é reduzir as emissões de gás metano em 30% até 2030. Lançado em 21 de março, o programa traz medidas de incentivo à produção e ao uso sustentável de biometano, isenta de impostos os produtores que aproveitarem resíduos urbanos e da agricultura para produção do combustível, e inclui o metano no mercado de créditos de carbono, iniciativa inédita no mundo. O metano é o principal gás de efeito estufa depois do dióxido de carbono. Seu potencial de retenção de calor é 21 vezes maior do que o CO2. As principais fontes de emissões de metano incluem infraestrutura com vazamento de óleo e gás, antigas minas de carvão, agropecuária e aterros sanitários. De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU), em relatório publicado em maio de 2021, cortes acentuados nas emissões de metano nesta década poderão evitar quase 0,3 graus Celsius de aquecimento global até 2040.

 

Conheça aqui o pioneirismo da pesquisa brasileira em biogás