Métodos de captura de CO2, tendências e tecnologias

Nos últimos anos, os processos de captura de CO₂ começam a estabelecer-se como ferramentas poderosas para reduzir as emissões de gases poluentes na indústria. De acordo com os planos da IEA CCS, a evolução deve ser clara: os processos de captura devem crescer das dezenas de megatoneladas em 2020 para os milhares de megatoneladas em 2050. Tudo com o objetivo de cumprir os acordos de Paris em 2015, no intuito de evitar danos irreparáveis ao nosso ambiente.

Processos de captura de CO₂: desafios e limitações

Dito isto, apresentam-se enormes desafios futuros relacionados com a eficiência dos atuais processos de captura. Provavelmente, uma das grandes limitações da implementação das tecnologias de captura é o preço, o custo do CO2; o qual está diretamente relacionado com o gasto energético do processo em questão.

Correntes de CO2 muito diluídas disparam os custos. Fonte: IEA

Sempre que desenhamos um processo de captura, temos em mente este aspeto, este indicador, como uma espada de Dâmocles sempre disposta a arruinar-nos qualquer ideia, projeto ou solução. E é que o custo do CO₂ capturado depende enormemente da fonte de emissões de onde procede. Não é o mesmo uma corrente quase pura de CO₂, sem quase contaminantes ou componentes, que uma corrente muito diluída, onde o CO₂ é marcadamente minoritário. E é aqui que surgem a maior parte dos problemas atuais.

Temos processos muito baratos, na ordem de 15-25 €/tonelada de CO₂ em processos industriais que produzem correntes muito concentradas, como a produção de etanol ou o processamento de gás natural. Mas também temos processos com custos de captura muito mais caros, em concentrações abaixo de 20%, com custos entre 35-105 €/tonelada de CO₂, tais como emissões em fornos de cimenteiras ou de produção de aços.

Há que ter em conta, se nos cingirmos às estatísticas, que mais de metade das emissões de CO₂ para a atmosfera procede de fontes muito diluídas, abaixo de 2%. Nesta situação, muitos dos processos atualmente em vigor ou promissores fracassam ou são praticamente inviáveis devido ao seu altíssimo custo energético, se se quiserem alcançar eficiências razoáveis.

Um exemplo, aqui, na Comunidade Valenciana, talvez o foco mais importante de emissões provenha das empresas de azulejos. As suas fontes contêm menos de 2% de CO₂, assim como muitos poluentes, o que dificulta enormemente os processos de captura e utilização mediante metodologias mais ou menos estabelecidas tecnologicamente e maduras, como podem ser a absorção com aminas (MEA), membranas, adsorventes sólidos, ou diferentes métodos de destilação como a destilação criogénica. E se formos mais longe, temos as emissões altamente dispersas, como as provenientes de transporte, aquecimento e tudo aquilo que incluímos no que chamamos captura direta do ar ou captura atmosférica, onde nos encontramos com concentrações em torno de 300-400 ppm ou 0,03-0,04%. Isto dispara os custos de captura para níveis hoje em dia inaceitáveis.

Novos desenvolvimentos na captura de CO₂

No entanto, nos últimos anos, tem-se lutado para dar solução a estas limitações. As novas investigações e desenvolvimentos apontam, sobretudo, para minimizar custos e gastos na captura de CO2 proveniente de fontes muito diluídas. E não há uma única linha válida, mas sim várias em carteira com resultados muito promissores.

Por um lado, temos o quase interminável campo dos sorventes sólidos. Estão a ser desenvolvidos novos materiais adsorventes muito específicos, capazes de ter uma grande eficiência e seletividade a concentrações muito baixas, abaixo de 1-2%. São, por exemplo, alguns tipos de MOFs (“Metal Organic Frameworks”). É certo que nem todos podem trabalhar nesse intervalo de concentrações, mas há alguns, como SiF6-3-Cu, que são capazes de capturar CO2 de maneira muito eficiente a pressões parciais de vapor muito baixas, o que corresponde a fontes muito diluídas. Nem tudo é tão perfeito e, justamente, hoje em dia, estes MOFs são caros e complexos de fabricar em grandes escalas, enquanto os mais acessíveis não são tão eficientes a baixas pressões. Este é um desafio que confiamos em superar durante os próximos anos.

Alguns sorventes sólidos funcionam incrivelmente bem a baixas pressões / concentrações de CO2. É preciso melhorar a sua produção.

SiF₆-3-Cu são capazes de capturar CO₂ de maneira muito eficiente a pressões parciais de vapor muito baixas, o que corresponde a fontes muito diluídas. Nem tudo é tão perfeito e, justamente, hoje em dia, estes MOFs são caros e complexos de fabricar em grandes escalas, enquanto os mais acessíveis não são tão eficientes a baixas pressões. Este é um desafio que confiamos em superar durante os próximos anos.

Uma tecnologia tremendamente interessante é aplicar sorventes líquidos tradicionais e baratos como as aminas em leitos rotativos embalados, mais conhecidos como RPBs (“Rotating Packed Beds”). A tecnologia do “efeito máquina de lavar”, a qual gera umas forças centrífugas enormes pela rotação do rotor. Isto provoca uns fluxos de gás muito turbulentos que, combinados com a “quebra” do sorvente líquido em pequeníssimas gotas, faz com que a interação entre sorvente/adsorvato aumente exponencialmente, incrementando a eficiência de captura de CO₂ para valores superiores a 80% em concentrações abaixo de 5%.

Talvez uma das soluções mais viáveis a curto e médio prazo seja o emprego dos promissores sistemas híbridos, nos quais, na AIMPLAS, já estamos a trabalhar há alguns anos. Trata-se de combinar diferentes tipos de tecnologias de captura tradicionais, conectando-as, seja em série ou em paralelo, para tentar tirar o máximo proveito de cada uma delas e conseguir efeitos sinérgicos entre elas. Desta maneira, numa primeira etapa, poderiam ser utilizados, por exemplo, MOFs ou zeólitos não tão eficientes para correntes diluídas, mas muito mais baratos de produzir. Esta primeira etapa geraria uma “simples” concentração de CO₂ a níveis, digamos, muito mais “manejáveis”. A partir daqui, uma etapa de aminas líquidas tradicionais poderia trabalhar com este fluxo já concentrado com total eficiência. Esta combinação de recursos de maneira sinérgica é simples e barata, embora exija numerosas iterações e processos de simulação para ajustar de maneira independente a cada caso concreto, seja pela composição das emissões, quantidade e fluxo, entre outras questões.

Atualmente, estamos longe de chegar ao fim do caminho no desenvolvimento de novas tecnologias de captura de CO₂. Existem diversas opções merecedoras de serem estudadas a fundo, as quais exigem um grande investimento no desenvolvimento de materiais e de processos de engenharia. As simulações são muito exigentes, e os escalonamentos, por vezes muito complexos e inesperados. E, sobretudo, destacar que não existe uma solução milagrosa, mas sim soluções adaptadas, concretas e otimizadas para cada caso industrial específico.