Hidrogenação de dióxido de carbono para hidrocarbonetos líquidos: simulação de processo e avaliações.

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Santos, Magno Fonseca
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Carbon capture and utilization; CO2-to-diesel conversion; Dióxido de carbono; Fischer-Tropsch synthesis; Green hydrocarbons; Hidrocarbonetos; Processos químicos; Reverse water-gas shift; Simulação
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032026-082134/

As emissões antrópicas de CO são a principal causa do aquecimento global e representam mais de 75% das emissões de gases de efeito estufa. Apesar dos avanços no uso de fontes de energia renovável, as emissões de CO ainda persistem, o que torna essencial o desenvolvimento de tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS). O CO pode ser convertido em produtos de alto valor agregado, fortalecendo a cadeia de valor da CCUS. Entre as rotas de valorização do CO, a reação reversa de deslocamento gás-água (RWGS) destaca-se como uma alternativa sustentável para a produção de gás de síntese (syngas), o qual pode ser utilizado como precursor na síntese de hidrocarbonetos por meio da síntese Fischer-Tropsch (SFT). Esta tese, desenvolvida no âmbito do projeto COCHEM liderado pela Repsol Sinopec Brasil, tem como foco a simulação e avaliação da reação RWGS integrada à produção de hidrogênio via eletrólise da água e à SFT para produção de hidrocarbonetos líquidos. O objetivo é a produção de hidrocarbonetos na faixa do diesel, oferecendo uma alternativa viável para a utilização do CO na transição energética. Foram analisadas diferentes configurações para uma planta de produção de diesel a partir de CO. Estas incluíram eletrólise da água com membrana de troca prótonica, reatores de leito fixo convencionais e com membrana permeável à água para a reação RWGS, tecnologias de purificação de syngas como adsorção por oscilação de pressão e absorção com metildietanolamina, reatores de leito fixo para a SFT, uma etapa de hidrotratamento e uma coluna de destilação atmosférica. As configurações foram avaliadas sob os aspectos técnico, econômico e ambiental, incluindo Avaliação do Ciclo de Vida e Limites Planetários. Uma contribuição central desta tese está no desenvolvimento de uma avaliação integrada e sistêmica que combina simulação rigorosa dos processos com essas análises. Diferentemente da maioria dos estudos, que tratam essas dimensões separadamente, este trabalho adota uma abordagem holística que permite compreender com maior profundidade os trade-offs, sinergias e gargalos associados à produção de combustíveis a partir de CO. Todas as configurações mostraram-se tecnicamente viáveis, com conversões de carbono para hidrocarbonetos líquidos variando entre 71% e 75%. A análise econômica indicou que o processo é altamente dependente da produção de H e apresenta inviabilidade econômica, com valores presentes líquidos negativos. Do ponto de vista ambiental, a configuração que utiliza o reator de membrana para a reação RWGS apresentou desempenho superior em comparação à produção de diesel convencional, especialmente em relação ao potencial de aquecimento global e à demanda energética primária. A tese oferece percepções sobre os desafios do escalonamento tecnológico de rotas para produção de combustíveis a partir de CO e identifica pontos-chave de alavancagem que são essenciais para o avanço de sistemas CCUS. De modo geral, o processo apresenta vantagens ambientais e tecnológicas relevantes, mas ainda é economicamente inviável nas condições atuais. Otimização de processos, redução de custos e marcos regulatórios favoráveis são essenciais para viabilizar a utilização sustentável do CO e alinhar essas tecnologias às fronteiras planetárias e às metas climáticas de longo prazo.