Descarbonização

Como usar plástico e madeira para fazer combustível

Prof. João Bordado_IST

Plástico. Na realidade o termo correto é polímeros. E se é verdade que são hoje um problema, nomeadamente nos oceanos, também é verdade que há uma solução e que esses polímeros podem ser reutilizados. Um exemplo? A borracha dos pneus em fim de vida é reduzida a um granulado, que pode ser usado de várias formas. Como nos campos de futebol, por exemplo, através da sua utilização na relva artificial, ao permitir que os filamentos permaneçam na vertical, ou nos pavimentos dos parques infantis.

Mas nem tudo é livre de polémicas. Como refere João Bordado, investigador e professor no Instituto Superior Técnico (IST), a atual preocupação dos ambientalistas reside no facto de a borracha se fragmentar em partículas que, pela sua pequena dimensão, são levadas pela água da chuva, dos campos de relva artificial para o mar. Ou seja, essas partículas representam uma parte dos temidos microplásticos. Para este investigador, nada poderia estar mais errado. E explica porquê: a borracha é mais densa que a água do mar.

Sobre a questão das “ilhas” de plásticos a navegar nos oceanos João Bordado “lança” uma solução que já está a ser testada (em laboratório) e que segundo os estudos tem tudo para dar certo e ser rentável no espaço de quatro a cinco anos. A solução passa por analisar os pontos de ‘recolha’ dos plásticos. Isto porque as correntes transportam os plásticos que flutuam para as mesmas zonas – criando hotspots onde estão agregados os plásticos. O que torna possível a colocação de um navio com uma instalação que faça a despolimerização catalítica do plástico e o converta em combustível. Na prática, “estaríamos a transformar um resíduo, que o próprio mar se encarregou de transportar, em combustível”. E, refere o professor, é preferível utilizar este componente que posteriormente vai para uma refinaria afinar e ser transformado em combustível para os automóveis, do que deixar acumular plástico no mar.

E esta não é uma visão para o futuro, uma vez que “já há várias instalações piloto, um pouco por todo o mundo”, apesar de ainda não haver unidades industriais grandes. O Instituto Superior Técnico, por exemplo, tem a decorrer um projeto de investigação sobre o tema, sob a coordenação do professor Francisco Lemos.

Plásticos há muitos…

Para analisar bem o problema dos plásticos convém referir que, apesar de existirem cerca de 300 variedades de plástico, apenas duas ou três, efetivamente, flutuam. Nomeadamente o polietileno, o polipropileno e o poliestireno expandido (esferovite). Todos os outros plásticos têm uma densidade superior à água do mar e vão para o fundo do mesmo, onde se misturam na chamada lama de fundo. Esta é constituída por partículas de diferentes tipos e microrganismos anaeróbicos que rapidamente destroem os plásticos que assentam no fundo do mar, transformando-os em alimentação para as algas e para o Krill (microrganismos que são comidos pelos peixes e pelos camarões). Simplificando: o problema não são os plásticos densos. Esses afundam-se no mar e, decorrendo de processos bioquímicos naturais, transformam-se em nutrientes para a cadeia alimentar. O problema são os plásticos que, pela sua pouca densidade, flutuam na água. Mesmo assim, no meio do problema há uma boa notícia A de todos eles terem uma estrutura de hidrocarboneto, muito semelhante aos combustíveis. Quer isto dizer que são fáceis de se converter em combustível em reatores de pirólise.

O processo só não está ainda disseminado porque o investimento inicial de apetrechar o navio é elevado. O mesmo não acontece com o custo de operação, que consiste em aquecer os plásticos a uma temperatura da ordem dos 400 graus, em presença de catalisadores. E porquê os catalisadores? Porque sem eles, o aquecimento resulta apenas pela degradação térmica, o que cria uma grande quantidade de gás, mas praticamente nenhum combustível líquido. O recurso aos catalisadores vai fazer com que as cadeias poliméricas (ou compridas) sejam cortadas em pedaços pequenos, a temperaturas mais baixas, permitindo que a degradação ocorra entre os 350 e os 400 graus. E é precisamente nesta gama de temperaturas que se forma muito mais líquido. O processo é simples e o resultado final sai do reator em forma de gás, sendo depois arrefecido. E é esse processo que produz combustíveis líquidos. E estes, depois de serem tratados numa refinaria, podem ser usados para produzir gasolina e gasóleo.

Para João Bordado o interessante seria montar, para já, uma operação num navio mais pequeno, para demostrar o conceito. Mostrar, de facto, as vantagens e atrair investidores. Porque, através do recurso a catalisadores, a fração de combustível líquido que se consegue, através da “decomposição” do plástico, é da ordem de 60 a 70%. É certo que há sempre a formação de algum gás. Mas mesmo esse pode ser aproveitado, refere João Bordado, nomeadamente para aquecer os reatores. Ou seja, é possível ter um sistema de queima, que aquece o reator a 400 graus. Simplificando. Aproveita-se tudo. O gás para aquecer os reatores e o combustível líquido para produzir, numa refinaria, frações utilizáveis nas unidades de blending onde se formulam a gasolina e o gasóleo. O que posiciona este processo no verdadeiro conceito da economia circular e o transforma numa excelente alternativa ao crude.

Desperdícios florestais transformados em combustível

Imagine usar os resíduos florestais e outros materiais de madeira (paletes velhas, por exemplo) e, em vez de estes irem para o lixo, serem transformados em combustíveis. É uma espécie de dois em um. Deixa de haver resíduos (e as florestas ficam mais limpas o que minimiza a propagação de fogos florestais) e consegue-se uma fonte alternativa de combustível, mais limpa e que atenua o recurso ao crude. Isto porque, como refere João Bordado, todos os resíduos que não são utilizados (e que, com isso, terminam num aterro) podem ser transformados em madeira líquida. Esta depois pode ser usada como combustível, para alimentar os fornos em fábricas, por exemplo.

É certo que o projeto “nasceu” no Técnico, mas rapidamente despertou o interesse de empresas como a Secil, que, no âmbito de um projeto parcialmente financiado pelo Portugal 2020 montou, em Pataias, uma instalação piloto, que produz três toneladas de madeira líquida por dia. Os resultados obtidos aliciaram a empresa a ampliar a ideia e a passar para uma produção de 100 toneladas/dia. No entanto, a nova instalação será montada em Outão, Setúbal. A explicação reside no facto de na zona sul do Tejo e até ao Algarve as árvores, e sobretudo os pinheiros, estarem a ser atacados pelo nemátodo– um microrganismo que mata as árvores em poucos meses. Neste momento é proibido transportar madeira da região sul para o norte do país, para evitar a contaminação. Pelo que a solução passa por uma instalação próxima do “problema”. Neste caso a liquefação não só proporciona uma nova forma de combustível, como aproveita as madeiras mortas e impede a propagação da doença.

Ainda sobre a madeira líquida convém perceber que esta contém compostos, alguns deles vindos da celulose e da hemicelulose – da família dos açúcares, que são usados para fazer bioetanol por fermentação, mas que também se podem usar como nutrientes no fabrico de antibióticos, de levedura para pão ou na produção de microalgas para fins farmacêuticos e alimentares. Mas há mais utilizações. Como lembra João Bordado, também podem ser usados para fortalecer rações para animais. Basicamente a parte que é solúvel em água e que é extraída do líquido feito de madeira pode ser usada ou em rações para animais ou em processos biológicos. A outra parte, que não é solúvel em água, pode ser usada como combustível e, acredita João Bordado, é muito melhor que a madeira. Isto porque a madeira tem humidade, que “rouba” uma grande quantidade de calor e torna “o combustível madeira pouco eficiente”. No processo de liquefação, ao mesmo tempo que se está a fazer a madeira líquida separa-se a água. O que significa que o liquefeito tem menos de 0,1% de humidade. “A madeira que vou buscar à floresta tem um poder calorífico da ordem de 4.000 Kilocalorias por quilo e o liquefeito tem quase o dobro”, frisa.

Há ainda um outro aproveitamento (para além dos açúcares e do liquefeito). A água que sai do reator pode ser usada para regar, dado que não contém compostos tóxicos para as plantas. O que pode ser interessante para países que sofrem com a seca. Porque, como explica o professor, por cada tonelada de madeira processada obtém-se 200 a 250 litros de água.

Mas o mais interessante da madeira líquida é o facto de funcionar como combustível e ter a vantagem de também poder ser convertida em materiais. O Instituto Superior Técnico tem, neste momento, uma linha de investigação que pretende utilizar a madeira líquida (já sem os açúcares) em termoplásticos para impressão 3D. Mas o que torna interessante o uso da madeira líquida na produção de termoplásticos? Como explica João Bordado, o ácido polilático é a matéria prima das impressões 3D sustentáveis e custa cerca de sete euros por quilo. Já o recurso à madeira líquida deverá permitir baixar (e muito) os custos desse novo termoplástico.

Aplicações para impressão 3D e construção civil

 A opção de enveredar pela impressão 3D (em detrimento, por exemplo, dos sacos de plástico) deu-se por ser uma área que está a surgir e onde se está a verificar muita inovação. A outra alternativa que o projeto de investigação está a abordar prende-se com o desenvolvimento de novos polímeros termoendurecíveis, nomeadamente, para compósitos com fibra de vidro e de carbono. Na prática traduz-se no fabrico de placas de compósito de carbono que são usadas como reforço nos edifícios, quando ocorrem fissuras no betão que representem risco estrutural. Tendo em conta o custo associado à demolição ou reconstrução total dos edifícios, a solução encontrada passa pela criação de placas que irão reforçar a estrutura dos edifícios. A inovação está no facto de, apesar de ser algo muito fino, como é composta por material compósito, é muito resistente. Este tipo de placas já estão a ser produzidas em Portugal, numa fábrica em Elvas.

É certo que não é uma solução que possa ser usada de forma massificada dado o custo associado, pelo menos por enquanto. Mas a previsão é de que, com o tempo, os custos diminuam e possa transformar, por completo, algumas das tecnologias utilizadas na indústria da construção civil, nomeadamente no que concerne à reparação e reforço estrutural de edifícios.

Ainda na construção civil, e dado o valor da pegada ecológica associado ao cimento, o setor uniu-se no sentido de encontrar soluções mais amigas do ambiente. No C5lab (Sustainable Construction Materials Association), um laboratório colaborativo que junta o IST com várias empresas de materiais de construção, existem 10 projetos prioritários de investigação sobre novas tecnologias para a produção de cimento com menor emissão de CO2 ou recorrendo a resíduos da própria construção e demolição. A ideia é aproveitar os resíduos decorrentes das obras, que podem ser reconvertidos em novo cimento. Um outro projeto consiste na conversão do CO2 que sai das chaminés em combustível, seja metano ou gás natural. Isso é feito fazendo reagir o CO2 com hidrogénio. O truque (para ultrapassar a questão dos custos associados ao hidrogénio) passa por usar hidrogénio produzido nos períodos em que há excedentes de fontes renováveis. Ou seja, utilizar esses excedentes, que não seriam aproveitados, para produzir hidrogénio. A filosofia passa por pensar não tanto nos custos de produção associados, mas sim, nas perdas inerentes ao não aproveitamento da energia. Porque “produzir hidrogénio é uma forma de conservar energia, de não a desperdiçar”, afirma João Bordado. Principalmente porque uma das aplicações mais interessantes do hidrogénio reside no facto de permitir a transformação de CO2 em metano, que depois pode ser usado como combustível, em detrimento do gás natural. Ou seja, a ideia é, simultaneamente ter o mínimo de energia desperdiçada e atenuar, ao máximo, as emissões de CO2. “É uma das formas de conseguir a descarbonização, ou seja, de conseguir que não haja emissões de CO2, à custa da energia excedente”.

Mas coloca-se a questão da rentabilidade da solução. Sobre isso João Bordado lembra que, hoje, o custo do hidrogénio produzido por eletrólise ronda os 10 euros por quilo. Mas, a Comunidade Europeia estima que, no espaço de oito a 10 anos, a otimização dos processos de hidrogénio permita que o valor baixe para três euros. O que significa que, a nível económico, não haverá muito interesse em produzir metano (que custa pouco mais de um euro o quilo) usando hidrogénio a 10 euros. No entanto, se na produção forem usados excedentes (quer da energia eólica, quer da fotovoltaica) esse custo de produção baixa drasticamente. Porque, na prática, a energia utilizada está a ser produzida a custos marginais, dado que não iria ser aproveitada.

O interesse no hidrogénio, refere João Bordado, não se prende tanto com as aplicações inerentes, mas pelo facto de ser uma (boa) forma de guardar energia. Energia que não só não é aproveitada como resulta de investimentos já concretizados.

A solução para ter um planeta mais sustentável pode passar muitas vezes não pela invenção de algo completamente novo, mas sim por novas ideias de reutilização de materiais e desperdícios existentes. Afinal, esta é a filosofia da economia circular.