Em 2022, a maioria das emissões de GEE consistiu, principalmente, de CO2, resultante da combustão de combustíveis fósseis (71,6%). O CH4 contribuiu com 21% para o total, enquanto a parcela restante das emissões compreendeu N2O (4,8%) e F-gases (2,6%) (GGH emission).
Na queima de combustíveis fósseis há geração de subprodutos como: CO2(g), CO(g), H2O(g), NOx(g) e SOx(g). Um detalhe importante sobre o monoxido de carbono, é que sofre oxidação em contato com ar transformando-se em CO2. Portanto, na contabilidade de CO2, o monóxido de carbono está incluído.
As frações de petróleo ( hidrocarbonetos ) possuem muitas aplicações, e uma das mais importantes é para a geração de energia, que é obtida a partir da queima de hidrocarbonetos. Este tipo de reação é chamada de reação de combustão. Portanto, as reações de combustão podem ser classificadas em 3 tipos(USP):
Combustão completa: Hidrocarboneto(l)(g) + O2(g) -> CO2(g) + H2O(g)
Combustão incompleta com formação de CO: Hidrocarboneto(l)(g) + O2(g) -> CO(g) + H2O(g); O CO é um gás sem cor, sem cheiro e extremamente tóxico. Além do mais, está reação é amais comum nos processos de combustão
Combustão incompleta com formação de C: Hidrocarboneto(l)(g)+ O2(g) -> C(s) + H2O(g); A liberação de C pode ser observado nos escapamentos de veículos, na forma de pequenas partículas negras, mais conhecidas como fuligem, pó-de-carvão ou negro-de-fumo.
Este estudo visa capturar do CO e CO2 e em conjuto com o hidrogênio verde, produzir um combustível ecológico. Para atingir este objetivo tem-se as tecnologias do Gas-To-Liquid (GTL), o onde a reação de polimerização dos gases dar-se-ão pela síntese de Fischer-Tropsch.
Síntese de Fischer-Tropsch
A síntese Fischer-Tropsch é um processo catalítico que produz hidrocarbonetos a partir de gás de síntese, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogénio. Inventado nos anos 20 na Alemanha, no Kaiser Wilhelm Institut für Kohlenforschung, em Muhlheim-Ruhr, o processo vêm sendo aplicado em grande escala para produzir produtos petrolíferos a partir de carvão ou gás natural, principalmente, na África do Sul. A sua combinação com hidrogénio com baixo teor de carbono é promissora na produção de combustíveis renováveis e sustentáveis.
As reações principais de Fischer-Tropsch são na realidade reações de polimerização, consistentes de passos básicos*:
Adsorção de CO e H2 (formação do hidreto metálico) na superfície do catalisador, dão o início de polimerização mediante a formação do radical metilo (por dissociação do CO e hidrogenação). Desta, polimerização por condensação tem-se a liberação de água. A cinética da reação (velocidade da reação) é limitada na etapa de polimerização por condensação.
A etapa final, do mecanismo, tem-se a dessorção do hidrocarboneto e a posterior regeneração de um hidreto de superfície.
As dessorções de hidrocarbonetos são bem conhecidas na química organometálica e são reversíveis. Na presença de grandes quantidades de hidrogênio, a superfície será coberta de hidreto e, portanto, o equilíbrio será fortemente deslocado para a esquerda, desfavorecendo a etapa de dessorção.
*MAITLIS, P. M., Fischer-Tropsch, Organometalics and Other Friends; Journal of Organometalic Chemistry, 2004.
Produtos da síntese de Fischer-Tropsch
A síntese de Fischer-Tropsch forma produtos como o diesel, nafta-gasolina, óleos lubrificantes, querosene e outros. Os produtos desta síntese são considerados puros, ou seja, baixo teor de enxofre, compostos aromáticos e metais.
No gráfico de distribuição de produtos, tem-se uma comparação entre a composição típica de um produto obtido pelo refino de petróleo e a composição típica de um produto obtido pelo processo de Fischer-Tropsch.
Caracteristicas dos produtos da síntese de Fischer-Tropsch
As principais características dos produtos obtidos pela síntese de Fischer-Tropsch são:
Diesel com alto número de cetano;
Gasolina com alto número de octano;
Alto poder calorífico;
Baixa toxicidade;
Boa biodegradabilidade;
Imiscibilidade em água.
Plantas industriais que utilizam a síntese de Fischer-Trospch em operação
Desde que Fischer e Tropsch inventaram o processo para converter hidrogênio e monóxido de carbono em combustíveis líquidos em 1923, o mundo tem um meio viável, mas ainda não econômico, de converter gás natural em combustíveis de transporte. Dois acontecimentos recentes justificam uma reconsideração da importância da conversão de gás para líquidos (GTL) para os mercados mundiais de energia:
Avanços em no desenvolvimento de catalisadores e vários outros componentes da tecnologia GTL, reduziram, significativamente, os custos de conversão e aumentaram a seletividade, aumentando a faixa de destilados médios. Outro benefício, com o avanço da tecnologia, foi a redução de escala da planta industrial, fazendo com que o GTL se torna viável economicamente;
A pressão crescente para reduzir as emissões automotivas, especialmente de veículos a diesel, exigindo combustíveis destilados mais limpos, criando uma disposição para pagar por combustíveis destilados de qualidade premium e/ou misturas de combustíveis destilados.
Melhorias no processo que permitissem o tamanho reduzido da planta, não apenas tornariam os GTL's mais competitivos em termos de custo com combustíveis de petróleo, mas também expandiriam muito a potencial base de recursos para GTL's, incluindo vários campos de gás menores que podem não ter outro uso econômico ou incluir novas tecnologias, como hidrogênio verde e captura de CO e CO2.
O potencial de reduzir simultaneamente as emissões dos veículos e melhorar a segurança energética tornaria os combustíveis GTL's muito mais atraentes.
Alguns exemplos de plantas em operação, hoje, utilizando a sintese de Fischer-Tropsch:
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