Coppe/UFRJ desenvolve membranas com líquidos iônicos para separação de gás natural

Além do melhor aproveitamento, a tecnologia pode colaborar na descarbonização desse processo | Foto: Divulgação Coppe/UFRJ

Tecnologia pode auxiliar aproveitamento de gás natural no processo de exploração de petróleo

O Centro de Excelência em Gás Natural (CEGN) do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia (Coppe/UFRJ) está desenvolvendo, em parceria com a Petrobras, um tipo inovador de membranas para separar gás carbônico do gás natural nas plataformas do pré-sal. As membranas usam líquidos iônicos e têm desempenho e estabilidade superiores comprovados em escala laboratorial.

A produção de gás natural está em crescimento no Brasil. De acordo com o professor Cristiano Borges, do Programa de Engenharia Química da Coppe, para que esse gás seja remetido das plataformas de petróleo offshore – localizadas no mar, afastadas da costa – para o continente, é preciso reduzir a concentração de CO2 no gás natural para cerca de 3%.

“A captura de CO2 de correntes de hidrocarbonetos, em particular do gás natural, continua sendo prioridade da indústria de óleo e gás. Processos eficientes e econômicos são necessários para enfrentar os desafios de teores elevados de CO2 (de 30-70%) como os que caracterizam as fontes do pré-sal.”

As plataformas do tipo FPSO – Floating Production Storage and Offloading; em português Unidade Flutuante de Produção, Armazenamento e Transferência – já utilizam membranas para extração e purificação do gás natural. A Petrobras sempre teve interesse em usar tecnologia nacional para controlar melhor o processo. Também são poucos os fornecedores internacionais de membranas poliméricas com essa finalidade. Por isso, a Coppe e a Petrobras, por meio do Centro de Pesquisas, Desenvolvimento e Inovação Leopoldo Américo Miguez de Mello (Cenpes), firmaram essa parceria.

Conforme explica Borges, quanto maior for a pressão com a qual a membrana conseguir operar, melhor. “É uma questão de espaço. Por exemplo, durante a extração do gás em reservatórios a 5 mil metros de profundidade, à medida que o transporta à superfície, ele vai despressurizando. No reservatório a pressão é superior a 500 atm [atmosfera – unidade de pressão]. Se ocorrer despressurização à pressão atmosférica, são cerca de 500 vezes o volume inicialmente captado. Atualmente, a pressão limita a operação com membranas, pois em pressões muito elevadas há aumento do volume do polímero que forma a membrana e ela perde resistência mecânica e a eficiência de separação”.

Com a coordenação de Borges, além dos professores Frederico Kronemberger e Claudio Habert, os pesquisadores do Centro de Excelência em Gás Natural (CEGN) estudam diversas rotas tecnológicas para o desenvolvimento de membranas capazes de atuar em pressões maiores, com melhores propriedades. “Nesse projeto, colocamos na matriz do polímero um solvente que facilita a passagem do CO2 e interage com ele, aumentando a seletividade e a remoção. Em um projeto anterior foi demonstrado o funcionamento e, agora, a Petrobras quer escalonar”, complementa Borges.

Os líquidos iônicos são um tipo especial de composto iônico que se encontra no estado líquido em temperatura ambiente. São conhecidos por sua baixa volatilidade, boa estabilidade térmica e ampla gama de propriedades físicas e químicas ajustáveis, o que os torna interessantes para uma variedade de aplicações industriais e tecnológicas.

Segundo o professor, “alguns líquidos iônicos próticos, baseados em etanolaminas e ácidos carboxílicos, apresentaram altas seletividades para absorção do CO2 com relação ao CH4 [gás metano, componente principal do gás natural] e podem ser sintetizados através de uma rota simples e barata. Os experimentos foram realizados em escala de laboratório e demonstraram o grande potencial das membranas, devido ao desempenho e à estabilidade superiores às membranas comerciais, observados durante o período de teste. Foram realizados experimentos com condições próximas às industriais, empregando-se misturas gasosas com vários teores de CO2 na alimentação e pressões de até 40 bar”.

Além do melhor aproveitamento do gás natural, a tecnologia pode colaborar na descarbonização da exploração de petróleo offshore. “Uma forma de diminuir a emissão de CO2 é retirá-lo do gás natural e reinjetá-lo no reservatório. Caso não seja possível retirar o CO2 e especificar o gás natural para envio ao continente, ou ele é queimado, emitindo carbono, ou é reinjetado integralmente, gastando mais energia para a compressão, a qual é obtida da combustão do próprio gás natural”, conclui o professor da Coppe.

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