Panorama geral do REQUIMTE na área das Tecnologias Limpas e Sustentabilidade Ambiental José Paulo Mota

Sustentabilidade Processos sustentáveis são processos industriais ou cadeias processuais caracterizadas pela utilização eficiente de matérias primas, recursos energéticos e fontes de água.

Sustentabilidade Processos sustentáveis são processos industriais ou cadeias processuais caracterizadas pela utilização eficiente de matérias primas, recursos energéticos e fontes de água. Estes processos são desenvolvidos tendo em consideração a minimização do impacto ambiental e segurança intrínseca da operação, sem no entanto comprometer a sua viabilidade económica.

Sustentabilidade Processos sustentáveis são processos industriais ou cadeias processuais caracterizadas pela utilização eficiente de matérias primas, recursos energéticos e fontes de água. Estes processos são desenvolvidos tendo em consideração a minimização do impacto ambiental e a segurança intrínseca da operação, sem, no entanto, comprometer a sua viabilidade económica. Num sentido lato, a sustentabilidade significa a garantia do fornecimento de mercadorias ou de produtos de especialidade a um mercado cada vez mais exigente, independentemente das limitações resultantes de restrições inesperadas, sejam elas sociais, económicas ou ecológicas.

REQUIMTE & Sustentabilidade Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

REQUIMTE & Sustentabilidade Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Fluidos supercríticos Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Fluidos supercríticos Os solventes orgânicos utilizados nas industrias química e farmacêutica são frequentemente substâncias perigosas ou nocivas (por exemplo hidrocarbonetos clorados). Estes solventes são muito voláteis, difíceis de eliminar e nocivos para a saúde humana e para o meio ambiente.

Fluidos supercríticos Os solventes orgânicos utilizados nas industrias química e farmacêutica são frequentemente substâncias perigosas ou nocivas (por exemplo hidrocarbonetos clorados). Estes solventes são muito voláteis, difíceis de eliminar e nocivos para a saúde humana e para o meio ambiente. O dióxido de carbono supercrítico (scCO2) é uma alternativa benigna aos solventes orgânicos convencionais. O scCO2 é um fluido supercrítico porque é mantido a uma temperatura e a uma pressão superiores aos seus valores críticos, numa região em que, apesar de não ser gás nem líquido, retém as propriedades solventes de um líquido e as propriedades de transporte de um gás.

Fluidos supercríticos Apesar do CO2 ser um gás de estufa, ele pode ser obtido em grandes quantidades por via fermentativa ou combustão. A disponibilidade imediata, aliada à facilidade com que pode ser extraído e reciclado, fazem do scCO2 uma perspectiva promissora em várias aplicações industriais. Uma outra vantagem da utilização de fluidos supercríticos em síntese orgânica é a possibilidade do ajuste das suas proprie-dades termodinâmicas através da simples manipulação da pressão e/ou temperatura.

Fluidos supercríticos no REQUIMTE No REQUIMTE extrai-se esqualeno de resíduos provenientes do azeite (O esqualeno é um com- posto usado na indústria cosmética) Unidade piloto de extracção supercrítica

Fluidos supercríticos no REQUIMTE Recuperam-se extractos naturais ricos em hidroxi- tirosol provenientes dos resíduos do azeite O hidroxitirosol é um antioxidante potente Unidade piloto de extracção supercrítica

Fluidos supercríticos no REQUIMTE Remove-se tricloroanisol das rolhas de cortiça (O tricloroanisol é o componente responsável pelo “mau gosto” da cortiça virgem) Unidade piloto de extracção supercrítica

Polímeros biodegradáveis Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Polímeros biodegradáveis Projecto de valorização de sub-produtos agrícolas ou resíduos de indústrias alimentares para a produção de materiais biodegradá-veis de alto valor acrescentado: aproveitamento do soro do queijo (EU IP n.º 026515-2; 2006-2008). Outros resíduos que foram valorizados com sucesso usando uma tecnologia análoga são os melaços e o glicerol.

Polímeros biodegradáveis Aproveitamento do soro do queijo Extracção do conteúdo proteico por nanofiltração e osmose reversa Industria alimentar Proteínas

Polímeros biodegradáveis Aproveitamento do soro do queijo O resíduo é valorizado por via fermentativa para a produção de PHA PHA (fermentador) O poli-hidroxialcanoato é um polímero biodegradável de alto valor acrescentado

Polímeros biodegradáveis Aproveitamento do soro do queijo O resíduo é valorizado por via fermentativa para a produção de PHA Após extracção do PHA intracelular, este pode ser utilizado na indústria alimentar (embalagens biodegradáveis) e em medicina (implantes biocompativeis) PHA (fermentador)

Membranas catalíticas Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Membranas catalíticas As membranas poliméricas são utilizadas em reactores catalíticos, que combinam reacção química com a capacidade de separação selectiva da membrana. No REQUIMTE desenvolveram-se novos catalisadores heterogéneos através da dispersão numa matriz polimérica de diversos materiais porosos, nomeadamente zeólitos, carvões activados e silicas mesoporosas. Estas membranas catalíticas têm sido utilizadas com sucesso em diversas reacções de química fina como, por exemplo, a hidratação e oxidação de olefinas terpénicas e reacções de esterificação e transesterificação.

Membranas catalíticas: exemplo concreto A transesterificação é o processo mais utilizado actualmente para a produção de biodiesel. As moléculas dos óleos vegetais são compostas por um éster de três ácidos gordos ligados a uma molécula de glicerol (triacilgliceróis). A transesterificação consiste em catalisar a reacção do óleo vegetal com um álcool simples para remoção do glicerol. Este processo deixa o óleo mais fino e reduz a sua viscosidade. No REQUIMTE fez-se a transesterificação de óleo de soja em membranas poliméricas funcionalizadas com ácido sulfónico. O reactor catalítico de membrana funciona como um contactor, com uma câmara para o óleo e outra para o álcool (metanol).

Membranas catalíticas: exemplo concreto O reactor de membrana permite a remoção contínua de glicerol, deslocando o equilíbrio no sentido dos produtos (intensificação). Permite a utilização dos reagentes em quantidade estequiométrica, o que reduz o volume do reactor Aumenta consideravelmente a actividade catalítica relativamente ao reactor batch

Bioreactores com membrana Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Bioreactores com membrana Bioremediação: remoção de poluentes iónicos em bioreactor de membrana com permuta iónica (patente WO 01/40118 A1, 2003). O conceito baseia-se em dois compartimentos separados por uma membrana com biofilme suportado. O compartimento biológico contém contra-iões para permuta iónica dos poluentes iónicos presentes no compartimento de água e nutrientes para a respectiva biodegradação através do biofilme.

Bioreactores com membrana Bioremediação: remoção de poluentes iónicos em bioreactor de membrana com permuta iónica (patente WO 01/40118 A1, 2003). O conceito baseia-se em dois compartimentos separados por uma membrana com biofilme suportado. O compartimento biológico contém contra-iões para permuta iónica dos poluentes iónicos presentes no compartimento de água e nutrientes para a respectiva biodegradação através do biofilme. Poluentes bioremediados com sucesso: nitratos, percloretos, brometos, mercúrio na forma catiónica

Biocombustíveis derivados da celulose Tecnologias limpas Fluidos supercríticos Líquidos iónicos Novos materiais inteligentes e mais eficientes Polímeros biodegradáveis Hidrogéis bioactivos inteligentes Membranas catalíticas Intensificação processual Biorectores com membrana Membrana+PSA; leito móvel simulado compacto Redução do impacto ambiental e emissões poluentes Remoção de compostos orgânicos e metais pesados Fontes de energia alternativas Biocombustíveis derivados da celulose

Biocombustíveis derivados da celulose Processo MTHP (methyl tetra hydro pyran): síntese de biocombustível derivado da celulose usando um líquido iónico como dissolvente (patente WO 2008/053284 A1). A celulose é a matéria-prima mais disponível proveniente da agricultura. A produção anual de celulose é de 40 biliões de toneladas e o stock actual é cerca de 700 biliões de toneladas.

Biocombustíveis derivados da celulose O processo patentado consiste na dissolução da celulose, presente em cana de açúcar triturada, num líquido iónico contendo uma pequena quantidade de água necessária à hidrólise para conversão da celulose em glucose. No mesmo reactor, a glucose é desidratada na forma de isómeros de hidroximetil piranona (HMP), através da perda de três moleculas de água A lignina sólida é separada por filtração O HMP é extraído do líquido filtrado usando um solvente apropriado

Biocombustíveis derivados da celulose O biocombustível obtido por este processo consiste essencial-mente numa mistura de isómeros de 2-metil tetra hidropirano (MTHP).

Biocombustíveis derivados da celulose A maior parte do solvente é reciclada por destilação e o resíduo da destilação é hidrogenado em reactor de leito fixo com um catalisador selectivo A reutilização do líquido iónico é fácil, porque ele é estável até 200ºC. O catalisador de hidrogenação tem um tempo de vida longo e pode ser facilmente regenerado.

Biocombustíveis derivados da celulose Comparação dos custos do combustível favorece o MTHP Etanol Óleo vegetal MTHP Petróleo bruto Produção – toneladas por hectar & por ano de colheita 80 3 Produção – toneladas por hectar & por ano de consumo de combustível 5 1 10 Entalpia de combustão – GJoule/ton 30 36 38 40 Custos de produção da colheita – USD/hectar.ano 2400 1200 Custos de produção da colheita – USD/ton combustível.ano (USD/GJoule) 480 (16) 1200 (36) 240 (6.3) Custo da matéria prima – USD/barril de combustível 200 140

Conclusões O REQUIMTE tem cumprido na íntegra o seu mission statement, Em particular, o Lab. Assoc. tem demonstrado excelência nos seguintes tópicos relevantes para esta sessão temática: Desenvolvimento de tecnologias limpas Síntese de materiais biocompatíveis e biodegadáveis Intensificação processual Desenvolvimento de processos sustentáveis Desenvolvimento de tecnologias para redução do impacto ambiental e emissões poluentes Aproveitamento de fontes de energia alternativas

Hidrogéis bioactivos inteligentes O Poli(N-isopropilacrilamida), PNIPAAm, é um hidrogel termo-sensível com aplicações em libertação de fármacos, engenharia de tecidos e membranas inteligentes. No REQUIMTE o PNIPAAm foi sintetizado em scCO2 com diferentes percentagens de agente reticulante.

Hidrogéis bioactivos inteligentes A polimerização in-situ do NIPAAm em scCO2, para a impre-gnação e/ou revestimento de estruturas porosas de quitosano, produz dispositivos porosos secos e sem contaminantes, capazes de alterar as propriedades de superfície de uma forma rápida e reversível sob acção de estímulos externos.

Hidrogéis bioactivos inteligentes Estes hidrogéis, sintetizados no interior dos microporos dos “scaffolds” de quitosano, têm a capacidade inteligente de expandir e de contrair por variação da temperatura ou do pH. (efeito da adição de ácido acético)

Hidrogeis bioactivos inteligentes A variação do volume dos hidrogéis altera a acessibilidade do meio aquoso o que permite a sua utilização em separação de proteínas e na libertação controlada de fármacos. Separação de proteínas em membrana de polisulfona

Hidrogeis bioactivos inteligentes A variação do volume dos hidrogéis altera a acessibilidade do meio aquoso o que permite a sua utilização em separação de proteínas e na libertação controlada de fármacos. Libertação de Ibuprofen (scaffold de quitosano)

Sustentabilidade & “Bom senso” Regras de ouro: Não faças o que não sabes fazer bem. Não fales sobre o que não sabes (...!).