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Uma “gaiola” para aprisionar gás carbônico | Unicamp

Processo pode revolucionar a retenção de gases provenientes da extração de petróleo no fundo do mar


Texto Carmo Gallo Netto

Fotos Antonio Scarpinetti

Edição de Imagem Renan Garcia

Fonte Portal Unicamp


Ao ser extraído dos poços o petróleo vem acompanhado de uma mistura de gás carbônico (CO2) e hidrocarbonetos gasosos, particularmente o metano (CH4), ambos poluentes atmosféricos, e que normalmente hoje são reinjetados nos poços o que encarece o processo. O ideal seria que esses dois principais componentes gasosos fossem recolhidos e separados para que o metano pudesse ser utilizado como combustível e o gás carbônico armazenado convenientemente.


Esse é o escopo dos estudos que vêm sendo realizados por um grupo de pesquisadores da Unicamp e da USP. No caso, a ideia envolve a formação de hidratos de gases, em que a água solidificada retém em seus interstícios os gases em questão. A estrutura cristalina formada, que se assemelha ao gelo, tem grande capacidade de armazenamento de gases: um litro de hidrato de metano, por exemplo, pode conter aproximadamente 168 litros desse gás.

O professor José Roberto Nunhez (segundo à direita) com Lucídio Cristóvão Farderlone, Daniela da Silva Damaceno e Nayla Xiomara lozada Gardia (primeira à esquerda): Prêmio ANP de Inovação Tecnológica em 2019 (Foto: Antonio Scarpinetti)


Na sequência, dessas estruturas cristalinas - obtidas em condições de pressão e temperatura adequadas - pode-se separar o metano para utilização como combustível e manter aprisionado o gás carbônico. Restariam, então, duas possibilidades para descartes de hidratos de gás carbônico: eles seriam depositados ou nos poços ou no fundo do mar, em que a baixa temperatura (4 graus Celsius) e alta pressão os manteriam definitivamente estáveis.


O projeto que teve como objetivo a captura e armazenamento de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), através do processo de produção de hidratos dos gases, foi coordenado pelo professor Song Won Park, do Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da USP e teve a coordenação técnica do professor José Roberto Nunhez, do Departamento de Engenharia de Processos da Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp. O estudo contou com a colaboração de orientados dos dois docentes: pela Escola Politécnica, de Adriano Ferreira de Mattos Silvares (pós-doutorando), João Pedro Ferreira del Pintor e Vitor Hideyo Isume (mestrandos); pela Unicamp, dos pós-doutorandos Lucídio Cristóvão Farderlone e Daniela da Silva Damaceno, da doutoranda Nayla Xiomara lozada Gardia e da mestranda Aglaer Nasia Cabral Leocádio.


Este estudo, desenvolvido no âmbito da cláusula de participação especial da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), é patrocinado pela Petrogal Brasil, que participa ativamente na coordenação técnica através de Carlos Augusto e Marcella Mathias, que atuam nos projetos .


Para os estudos experimentais iniciais foi utilizada um sistema de bancada para a produção de hidratos de gás, construída em Portugal, baseada em tecnologia patenteada pelo Laboratório de Separação e Engenharia de Reação, da Faculdade de Engenharia do Porto (FEUP) e produzido pela empresa Paralab.

Detalhe de um dos dois equipamentos que foram os primeiros a serem construídos no mundo especificamente para a produção de hidratos


No minirreator NETmix ®, componente do equipamento, tanto a água quanto os gases entram em contato uns com os outros e produzem os hidratos de gás em pressão e temperatura adequadas. Os auspiciosos resultados iniciais levaram à construção, pela mesma empresa, de um equipamento piloto com capacidade dez vezes maior, já testado pela FEUP, e que está vindo para a Unicamp. Esses dois equipamentos foram os primeiros a serem construídos no mundo especificamente para a produção de hidratos, embora de longa data se utilizem na Europa o NETmix para vários outros processamentos.


Os diferenciais


O professor Nunhez explica que a utilização de hidratos é antiga. O projeto teve como objetivo propor uma solução real, concreta e rápida para a captura de CO2 e purificação de CH4 , utilizando instalações industriais de dimensões reduzidas em plataformas marinhas. Os hidratos se formam a baixas temperaturas, mas durante o processamento há grande liberação de calor que exige remoção mais rápida possível para que o processo continue e acelere. Nos tanques de mistura, que seriam uma opção para a produção de hidratos, a remoção do calor é lenta e pode demandar horas, diferentemente do processo proposto em que a formação do hidrato se dá em segundos.


Com efeito, nos tanques à medida em que há aumento de suas quantidades diminui a capacidade de troca térmica. Um dos maiores problemas na obtenção de hidratos é a alta energia liberada na sua formação. É sobejamente mencionado na literatura específica que, com o aumento de escala nos tanques de mistura, a energia não é liberada com a mesma eficiência com que ocorre em tanques menores visto que o escalonamento diminui a relação entre a área de troca térmica e o volume em que ocorre a transformação. Diferentemente, o novo processo utiliza uma tecnologia que garante o mesmo nível de troca térmica mesmo com o aumento de escala.


O grande diferencial dos equipamentos propostos, cujo reator consiste em uma rede de misturadores estáticos, é que eles possuem estruturas que permitem que o fluxo de água e gases introduzidos se divida diversas vezes, permitindo maior contato entre eles. Nessa tecnologia os equipamentos, na troca térmica, têm características de micro misturadores. Dependendo do escalonamento da produção basta aumentar o número de misturadores, processo que facilita a dissipação do calor necessária à formação dos hidratos. Ou seja, adicionam-se progressivamente misturadores para que a produção de hidratos ocorra de acordo com o fluxo dos gases a serem processados.


Outra vantagem do sistema é sua instalação compacta quando comparada com tanques de mistura. Ou seja, a área ocupada passa a ser menor e o processo é continuo. Naturalmente os hidratos de gás carbônico e metano precisam ser retirados à medida que se formam para posterior separação dos gases de forma a ter apenas os hidratos de gás carbônico.


Na verdade, esclarece Nunhez, a ideia é retirar primeiro o hidrocarboneto, no caso o metano, e manter o hidrato de gás carbônico: “Como os hidratos desses gases têm estabilidades diferentes, o metano pode ser liberado preferencialmente. Essa separação ainda está sendo estudada e, embora não trivial, envolve um problema que pode ser resolvido pela engenharia química valendo-se do que se chama equilíbrio termodinâmico”.


Essa, em síntese, é a ideia do projeto em andamento. Nos testes já realizados foram obtidos hidratos com a mistura de CO2 e CH4 - utilizados na mesma proporção em que se encontram nos poços de petróleo - e, separadamente, de hidratos de CO2. Resultados similares foram obtidos com o emprego de água marinha, de composição salina, e que poderiam inibir a formação de hidratos.


O docente credita a atribuição do prêmio aos resultados muito animadores conseguidos e ao potencial mundial da tecnologia desenvolvida. A propósito ele conclui: “Mostramos que a tecnologia funciona e traz um grande avanço em termos de inovação tecnológica porque viabiliza um processo continuo a uma velocidade incomparável em relação ao que ocorre em um processo de bateria em que os hidratos se formam no decorrer do tempo”.


Em 2019, o trabalhou venceu o Prêmio ANP de Inovação Tecnológica, concedido em cinco categorias em sua sexta edição. Tem como objetivo reconhecer os resultados alcançados por projetos de pesquisa, desenvolvimento e Inovação (PD&I) que representam inovação tecnológica para o setor de petróleo, gás natural e biocombustíveis desenvolvidos no Brasil por instituições de pesquisa credenciadas pela Agência, com recursos provenientes dos contratos de exploração e produção. O prêmio recebido pelos pesquisadores da Unicamp e da USP insere-se na categoria I: “Exploração e Produção de Petróleo e Gás”.

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