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Ascom: Qual a origem da sua trajetória de pesquisa com biocombustíveis e o que o levou a focar na tecnologia da quebra química de gorduras em vez do biodiesel convencional?
Professor Douglas Castro: O meu primeiro contato com a produção de biocombustíveis ocorreu ainda durante a graduação na Universidade Federal do Pará (UFPA), em um projeto de inovação tecnológica […]. No meu mestrado, trabalhei focado no biodiesel. Contudo, no doutorado, optei por direcionar minha pesquisa para o craqueamento termocatalítico, pois percebi que a tecnologia de produção do biodiesel já se encontra bastante consolidada e comercializada em escala industrial no Brasil, o que limita as margens para as inovações tecnológicas nesse segmento. O grande diferencial do craqueamento termocatalítico está na possibilidade de desenvolver catalisadores seletivos capazes de converter biomassa renovável diretamente em hidrocarbonetos.
Ascom: Quais as matérias-primas e os passivos ambientais que o grupo de pesquisa utiliza atualmente na Ufam, evitando o descarte inadequado desses materiais?
Professor Douglas Castro: Trabalhamos com dois grandes grupos de resíduos produzidos aqui na cidade: os resíduos lipídicos (gordura residual de caixas de gordura e óleo de fritura usado) e os resíduos lignocelulósicos (caroços de açaí e de tucumã). Na Amazônia, o caroço de açaí é um passivo ambiental gigantesco. Em geral, ele é descartado em lixeiras viciadas e acaba causando problemas sanitários e prejuízos ecológicos. Já o óleo de fritura e as gorduras de caixas de refeitórios industriais ou comerciais representam hoje um sério risco ambiental. Um litro dele pode contaminar mais de mil litros de água.
Estamos mapeando quais indústrias do Polo Industrial de Manaus (PIM) geram volumes mais expressivos desses resíduos. Levantamos que apenas uma das fabricantes de motocicletas do Distrito gera cerca de 60 toneladas desse material por ano — enquanto shoppings descartam cerca de três toneladas por mês nas caixas de gordura.
Nós entendemos que uma das frentes mais significativas do trabalho é, ao mesmo tempo, evitar que esses resíduos sejam jogados em aterros ou incinerados e dar uma destinação adequada a eles. E mais do que isso até: produzir bio-óleos com valor comercial. Ou seja, retirar esse material do meio ambiente e convertê-lo em energia resolve o problema do descarte e gera matrizes energéticas limpas.
Ascom: Em que nível de maturidade a pesquisa se encontra e quais são as metas de escala do projeto?
Professor Douglas Castro: Atualmente, a pesquisa já possui nível de maturidade entre quatro e cinco na Technology Readiness Level (TRL) ou Nível de Prontidão Tecnológica, em tradução livre. Essa escala varia de 1 a 9, e cada número representa uma fase posterior da pesquisa científica ou tecnológica. O atual estágio da pesquisa com biocombustíveis da Ufam significa que o projeto se encontra em processo de “desenvolvimento experimental e validação”. Ao alcançar o último nível, ele terá seus resultados consolidados e já estará pronto para ser reproduzido numa escala de comercialização.
Isso se deve à estruturação de uma nova unidade semi-piloto, projetada pelos próprios pesquisadores e construída na Universidade. O reator, mais robusto e eficiente, permite o processamento de três a quatro quilos de gordura por ciclo de funcionamento. Cada circuito completo é chamado de “batelada” e dura algo entre 50 e 60 minutos. A taxa de conversão representa a quantidade de bio-óleo que é produzida por ciclo completo, e o rendimento atual tem ficado em torno de 70% do material bruto inserido no equipamento.
Ascom: Como funciona o processo de conversão termoquímica e qual é o papel desempenhado pelo catalisador desenvolvido pela sua equipe?
Professor Douglas Castro: Depois da etapa inicial em que a água é retirada da biomassa e os restos de alimentos e resíduos sólidos (como pedaços de alimentos) são extraídos desse material bruto, tem início o primeiro passo da transformação termoquímica. De uma forma simplificada, diferentes processos são aplicados aos dois tipos de resíduos trabalhados pelos pesquisadores, conforme o estado da matéria. As biomassas em estado líquido (gorduras) são submetidas ao “craqueamento termocatalítico”, enquanto as matrizes sólidas (biomassas dos caroços de tucumã e de açaí) passam pela “pirólise catalítica”.
Atualmente, o projeto de síntese dos bio-óleos se concentra na quebra das cadeias da gordura de resíduos das caixas industriais. A quebra das cadeias de hidrocarbonetos é qualificada como termocatalítica porque depende da taxa de aquecimento aplicada à matéria-prima. O novo reator tem capacidade de aquecer até 700°C, mas a equipe trabalha com um limite máximo em torno de 500°C.
Funciona assim: o material é aquecido a uma taxa lenta de 10 °C por minuto, partindo da temperatura ambiente até alcançar os 500°C. O resultado desse procedimento é a transformação de estado da matéria de líquido a gasoso, tudo isso em um circuito fechado.
Em seguida, o gás atravessa um “reator tubular de leito fixo” contendo o catalisador desenvolvido pelos pesquisadores. Podemos dizer que essa substância é responsável pela “mágica” capaz de transformar o gás produzido no primeiro momento em dois produtos distintos: o bio-óleo (de interesse para o projeto atual) e um novo gás, que é inflamável e também tem potencial para se tornar combustível.
O catalisador, cuja composição está em aperfeiçoamento para futuramente ser patenteada, potencializa a quebra das cadeias de carbono para formar os hidrocarbonetos. Ele é uma espécie de “peneira molecular” ativada pelo calor para agir sobre as moléculas complexas do gás, retendo compostos com oxigênio e outros elementos não aproveitados. O efeito catalítico dessa substância é um dos pontos altos da pesquisa: se eu não uso o catalisador, tenho um produto formado por aproximadamente 50% de hidrocarbonetos; quando eu o aplico, essa taxa de conversão sobe para algo em torno de 90%, que é próxima à composição dos combustíveis fósseis, ou seja, derivado do petróleo. É aí que um princípio básico da química é observado na prática: a mudança de estado do gasoso para o líquido devido ao choque térmico. Assim, produz-se um bio-óleo escuro ao aplicar baixas temperaturas ao gás resultante da chamada “quebra termocatalítica”. O rendimento é promissor: para cada litro de gordura drenada inserida no reator, produz-se cerca de 700 ml de bio-óleo, além do gás inflamável.
Ascom: Quais tipos de biocombustíveis e coprodutos são gerados ao final do tratamento?
Professor Douglas Castro: O nosso processo é focado no aproveitamento integral da matéria-prima, gerando três tipos de frações energéticas:
- Sólida (biocarvão ou biocoque): Material rico em carbono com elevado potencial de aplicação como ligante asfáltico sustentável ou biocombustível sólido;
- Líquida (bio-óleo): A partir da destilação fracionada desse bio-óleo primário, nós obtemos diferentes biocombustíveis com aplicações diversas (biogasolina, bioquerosene, diesel verde e um similar ao bunker usado em navios);
- Gasosa (biogás): Composto por biometano, hidrogênio e dióxido de carbono, com um elevado potencial para gerar energia térmica e elétrica.
Ascom: Qual desses biocombustíveis é hoje o mais próximo das versões derivadas do petróleo?
Professor Douglas Castro: Eu posso dizer que a biogasolina que obtivemos em laboratório já apresenta parâmetros físico-químicos dentro das especificações da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Inclusive, já fizemos testes práticos com resultados excelentes no Laboratório de Termociências da própria Ufam.
Ascom: Quais os principais resultados obtidos nesses testes práticos com a biogasolina?
Professor Douglas Castro: Realizamos testes em motores estacionários acoplados a um dinamômetro, que calcula a intensidade do torque, nos quais comparamos a eficiência entre a gasolina convencional e a mistura contendo 5% da nossa biogasolina. Primeiro nós tiramos o percentual de álcool da gasolina comum para, em seguida, acrescentar os 5% da biogasolina.
O ensaio foi submetido a testes de desempenho numa refinaria de Manaus. Os resultados revelaram que a mistura contendo apenas 5% da biogasolina produzida na Ufam apresentou um padrão comparável à gasolina premium vendida hoje no mercado brasileiro.
Essa medição é feita a partir de um parâmetro chamado octanagem (índice do hidrocarboneto octano), que evita a “batida de pino” e preserva o motor de detonação precoce. A adição do percentual de biogasolina elevou a octanagem do composto para 96,8. Na prática, significa que temos um produto com alta performance e estabilidade – bastante superior à gasolina comum.
Além disso, o motor apresentou melhor desempenho, o consumo foi menor e foram emitidos menos poluentes na comparação com o combustível convencional da indústria petroquímica.
Ascom: O que significa dizer que um biocombustível é “drop-in”?
Professor Douglas Castro: Dizer que um biocombustível é “drop-in” significa que esse produto final tem a composição química muito parecida com a estrutura molecular dos combustíveis utilizados comercialmente, aqueles derivados do petróleo.
Ao contrário do biodiesel convencional, que pode apresentar problemas de higroscopicidade e formação de borras no motor do veículo, os combustíveis “drop-in” podem ser colocados diretamente em motores de combustão interna convencionais sem necessidade de serem feitas adaptações mecânicas.
Ascom: Quem integra essa rede de pesquisa e quais são os próximos passos da equipe?
Professor Douglas Castro: A investigação é conduzida pelo Grupo de Pesquisa em Tecnologias Biossustentáveis da Amazônia aplicadas à Descarbonização (GP-Tecbioam), na Ufam, liderado por mim, pelo vice-líder, professor Nilton Pereira da Silva, e pela professora Daniela D’Antona. Contamos com parceiros como o professor Sérgio Duvoisin Júnior (UEA), responsável pelas análises de Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (CG-MS), e o professor Nélio Teixeira Machado (UFPA). A equipe inclui ainda discentes de iniciação científica (Pibic) e de pós-graduação em Engenharia Mecânica e Engenharia Civil.
Ascom: Quais as outras frentes de investigação exploradas pelo grupo e quais os próximos objetivos traçados pelos pesquisadores em relação aos biocombustíveis?
Professor Douglas Castro: Nosso objetivo atual é evoluir o sistema para operar em escala contínua, permitindo determinar com precisão os custos reais para uma futura produção industrial dos biocombustíveis. A nossa ideia é aproveitar tudo. Atualmente, já sabemos que o material que sobra no fundo da destilação à vácuo quando usamos a biomassa líquida (gordura da indústria e do comércio) tem potencial como ligante asfáltico e pode ser aplicado na pavimentação de estradas, por exemplo. Já estão sendo realizados testes no Laboratório de Pavimentação da própria Universidade para alcançar o ponto ideal de uso.
Uma aplicação ambiental dos coprodutos é objeto da pesquisa de mestrado da pós-graduanda Márcia Salazar. Ela está desenvolvendo o uso do biocarvão de tucumã (que sobra após a geração do bio-óleo derivado dos caroços) na função de bioabsorvente para ser usado no tratamento de águas poluídas de igarapés na cidade de Manaus.
Nossa meta é aperfeiçoar a composição e submeter as patentes do catalisador, do processo aplicado na produção dos biocombustíveis e dos produtos em si.
Em paralelo, estamos pesquisando a síntese de novos catalisadores a partir do reaproveitamento de resíduos de baterias e lixo eletrônico, considerando o crescente uso desses componentes e o descarte inadequado. Novamente, a proposta é estabelecer outra importante frente cíclica que crie energia limpa a partir do que hoje são considerados rejeitos poluentes. Na verdade, eles são matéria-prima ainda não aproveitada.
Segundo o pesquisador, por meio do Programa Fapeam + ODS, da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas, que liberou fomento de R$100 mil para o projeto e R$72 mil em bolsa, a equipe conseguiu construir o reator próprio com maior capacidade de processamento de biomassa, chamado de planta semi-piloto, e planeja avançar nas frentes de investigação mencionadas pelo líder do grupo.
Fonte: UFAM
