A nova tecnologia poderia fornecer mais barato, menos

Apesar dos esforços para se concentrar em fontes renováveis ​​de energia, o petróleo continua sendo a espinha dorsal da sociedade moderna. Ele fornece combustíveis para aquecimento e transporte e produtos químicos para tudo, de plásticos a produtos farmacêuticos. Mas todos esses usos requerem a separação do petróleo bruto em seus vários componentes. Esse processo de separação – que tradicionalmente depende do calor – consome uma quantidade enorme de energia e é responsável por cerca de 1% das emissões globais de gases de efeito estufa a cada ano.

Agora, os químicos dizem que um material recém-desenvolvido pode um dia ajudar a aliviar essa pegada de carbono significativa - embora praticamente invisível - que consome cerca de 230 gigawatts anualmente, o equivalente ao consumo total de energia de Nevada. Pesquisadores relatam esta semana que uma nova membrana pode, se ampliada, reduzir a energia necessária para separar o petróleo bruto em mais da metade. Essas membranas não apenas tornariam o uso do petróleo bruto mais ecológico, mas também mais barato para as refinarias produzirem, pois economizariam bilhões de dólares por ano em custos de energia.

"O potencial de economia é bastante impressionante", diz Ryan Lively, engenheiro químico do Instituto de Tecnologia da Geórgia, que não participou do novo trabalho. As novas membranas, acrescenta ele, ainda devem provar ser duráveis ​​por meses, senão anos. Ele e outros também alertam que as refinarias de petróleo convencionais podem demorar a adotá-los, porque as empresas já investiram custos na instalação de sistemas de separação convencionais. No entanto, diz Lively, as novas membranas podem ser rapidamente adotadas em novas refinarias construídas para separar misturas de hidrocarbonetos criadas a partir de biocombustíveis ou combustíveis sintéticos feitos com eletricidade renovável. "Esse é um território realmente maduro", diz Lively.

O petróleo bruto é uma mistura de dezenas de milhares de produtos químicos. A primeira etapa do refino do petróleo é a separação dessa mistura por meio de um processo de destilação. O petróleo bruto bruto é aquecido até cerca de 500°C. Componentes mais leves, como os que compõem a gasolina, vaporizam em temperaturas mais baixas e são capturados. Componentes mais pesados, como óleo de aquecimento doméstico, vaporizam em temperaturas mais altas.

Dois anos atrás, pesquisadores liderados por Lively e Andrew Livingston, engenheiro químico da Queen Mary University of London, relataram na Science que era possível separar esses componentes usando membranas em vez de destilação. Eles criaram membranas com poros embutidos que permitem a passagem de hidrocarbonetos pequenos e leves e mantêm os maiores e mais pesados ​​fora. Mas os hidrocarbonetos leves passaram pelas membranas muito lentamente para torná-los práticos para uso no mundo real.

Para contornar isso, Livingston e seus colegas recorreram a uma abordagem industrial para fabricar membranas ultrafinas de dessalinização de água, chamadas de polimerização interfacial. Eles esperavam que membranas mais finas permitissem que os hidrocarbonetos desejados passassem mais rapidamente. No entanto, observa Livingston, embora as membranas normalmente usadas para dessalinização sejam resistentes em um ambiente à base de água, elas se desfazem rapidamente quando submetidas a hidrocarbonetos que incluem solventes industriais.

Assim, ele e seus colegas reformaram os polímeros que compõem as membranas convencionais. Primeiro, eles criaram polímeros individuais, ligando uma porção hidrofóbica ou semelhante a óleo a uma vertente hidrofílica ou semelhante a água. Quando adicionaram essas moléculas em uma mistura de óleo e água, elas se agruparam espontaneamente em pequenas bolhas, ou vesículas, com a parte hidrofóbica voltada para dentro. Eles então usaram a técnica de polimerização interfacial para espalhar essas vesículas em uma folha ultrafina contínua e ligar todas as unidades poliméricas para formar uma membrana robusta.

A abordagem funcionou. Os núcleos hidrofóbicos das vesículas permitiram que hidrocarbonetos selecionados (com base no tamanho e outras características) passassem facilmente – cerca de 10 vezes mais rápido do que nas membranas de separação de óleo anteriores, Livingston e seus colegas relataram ontem na Science. Os pesquisadores também mostraram que, ao adaptar a composição química dos polímeros, eles poderiam criar diferentes membranas que passam seletivamente por hidrocarbonetos de tamanhos diferentes.