Coppe desenvolve membranas com líquidos iônicos para separação de gás natural

O Centro de Excelência em Gás Natural (CE-GN) da 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.  Membranas que usam líquidos iônicos, com desempenho e estabilidade superiores comprovados em escala laboratorial.

A produção de gás natural está em crescimento no Brasil e, de acordo com o professor Cristiano Borges, do Programa de Engenharia Química da Coppe, para que ele seja remetido das plataformas de petróleo offshore para o continente, é preciso reduzir a concentração de CO_² no gás natural, para cerca de 3%.

“A captura de CO_² 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 já utilizam membranas para extração e purificação do gás natural. A Petrobras sempre teve interesse em usar tecnologia nacional para controlar melhor o processo, 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 Cristiano 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 cinco mil metros de profundidade, à medida em que o transporta à superfície, ele vai despressurizando. No reservatório a pressão é superior a 500 atm (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 a mesma perde resistência mecânica e de a eficiência a separação”.

Então, com a coordenação dos professores Frederico Kronemberger, Claudio Habert e Cristiano Borges, os pesquisadores do CE-GN estudam diversas rotas tecnológicas para o desenvolvimento de membranas capazes de atuar em pressões maiores, com melhores propriedades. “Neste 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.

Os líquidos iônicos são um tipo especial de composto iônico que se encontra no estado líquido em temperatura ambiente e 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 (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 as 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 integramente, gastando mais energia para a compressão, a qual é obtida da combustão do próprio gás natural”, conclui o professor da Coppe.