Simulação e análise técnico-econômica do processo de produção de hidroximetilfurfural

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Assis, Letícia Helena Paulino de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise técnico-econômica; Biorefinery; Biorrefinaria; Hexoses; Hidroximetilfurfural; Hydroxymethylfurfural; Process Simulation; Simulação de Processos; Technical-economic analysis
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-27062025-121627/

O Hidroximetilfurfural (HMF) desempenha um papel estratégico na transição do uso de fontes de matérias-primas fósseis para renováveis, contribuindo para a consolidação de um modelo de indústria química mais sustentável. Furanos como HMF e furfural podem ser empregados como base para uma ampla gama de aplicações, incluindo a produção de resinas, plásticos, aditivos alimentares, biocombustíveis e produtos farmacêuticos. O HMF pode ser produzido pela reação de desidratação de hexoses, como glicose, frutose ou polissacarídeos como a celulose, proveniente de biomassa lignocelulósica, o que torna o processo ainda mais atraente em âmbito de sustentabilidade. Entretanto a produção de HMF ainda busca superar alguns desafios tecnológicos, como a baixa eficiência dos processos de conversão e a compreensão de estruturas de processos produtivos em grande escala. Portanto, é de grande importância o desenvolvimento de tecnologias visando processos mais eficientes e sustentáveis de produção de HMF. Neste contexto, esta dissertação avaliou a obtenção de HMF a partir de diferentes matérias-primas, buscando compreender seus impactos na conversão, seletividade e rendimento da reação, bem como na viabilidade técnicoeconômica do processo. Foram conduzidos ensaios experimentais utilizando monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos como matérias-primas, cujos resultados, aliados a dados da literatura, embasaram simulações de processo para avaliar cenários de maior viabilidade econômica. Os menores preços mínimos de venda (MSP) foram obtidos a partir da frutose (3,08-3,21 USD/kg). A análise das simulações de processo demonstrou que a viabilidade econômica da produção de HMF depende da seletividade, da capacidade da planta de produção, e dos custos de utilidades e de matéria-prima. De modo geral, a viabilidade econômica foi alcançada em cenários com seletividade superior a 60%, capacidade mínima de produção de 31.000 t/ano e custos de utilidade e matéria-prima de até 90 milhões e 72 milhões de dólares por ano, respectivamente. Além disso, a integração energética dos processos reduziu os custos de utilidades em até 27%, impactando diretamente na redução do MSP do HMF. Os resultados demonstram que a seletividade da reação, o custo da matéria-prima, a capacidade da planta e a eficiência no processamento de correntes mais concentradas são fatores estratégicos para a viabilidade industrial do HMF. Dessa forma, o desenvolvimento de catalisadores mais estáveis, que mantenham alta conversão ao longo de múltiplos ciclos, e a busca por matérias-primas de baixo custo são aspectos fundamentais para pesquisas futuras, enquanto projetos industriais devem priorizar processos com elevada capacidade de produção, operação com correntes de alimentação mais concentradas e integração energética otimizada para reduzir custos e aumentar a competitividade do HMF no mercado.