O processo contínuo para produzir cristais de bicarbonato de sódio

A atual crise climática destaca a necessidade essencial de mudar o estilo de vida das pessoas em países com economias mais desenvolvidas. Os negócios como sempre não são mais aceitáveis, mesmo que a mudança social seja difícil. Além dessa transformação social, a indústria deve unir esforços para se adequar às novas necessidades e ao uso mais restritivo de energia.

As emissões de dióxido de carbono (CO2), um dos principais contribuintes para o aquecimento global, também devem ser drasticamente reduzidas se a neutralidade climática for o objetivo até 2050 [1]. Nesse contexto, o uso de carbono de origem fóssil torna-se incoerente, mas o carbono ainda é um elemento básico na produção de produtos químicos de base e polímeros.

Uma nova fonte de carbono é, portanto, necessária.

Se o CO2 se tornar a fonte de carbono da indústria, o ciclo do carbono será fechado. Isso significa que não haverá emissões adicionais de CO2. Tendo isso em mente, este artigo apresenta um novo processo baseado na tecnologia de membrana que captura o CO2 dos gases de combustão para produzir cristais de bicarbonato de sódio puro (NaHCO3) [2].

O bicarbonato de sódio é um sal branco em pó com grande demanda, como fermento em pó e outros aditivos alimentares, usado em sabões, detergentes, produtos farmacêuticos, cosméticos, extintores de incêndio, aditivos para ração animal e na produção de muitos outros produtos químicos. Seu mercado está projetado para crescer a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 5,5%, atingindo US$ 2,053 bilhões em 2026 [3]. O desenvolvimento de alternativas mais ecológicas para produzir NaHCO3 é, portanto, uma estratégia inteligente.

O novo processo apresentado neste trabalho consiste em duas etapas principais (Figura 1), ou seja, a etapa de absorção de CO2 e a etapa de purificação do NaHCO3.

Na primeira etapa do processo, uma corrente gasosa proveniente dos gases de combustão (cerca de 15 vol%CO2 no ar contendo impurezas como NOx e SO2) é enviada para um contator de membrana no qual o CO2 entrará em contato com uma solução líquida contendo carbonato de sódio ( Na2CO3) através dos poros da membrana. Este contato gás-líquido não dispersivo permite uma rápida transferência de massa com uma operação fácil na qual as condições do gás e das fases líquidas podem ser ajustadas independentemente. Para aumentar a transferência de massa dentro do contator, aminoácidos e/ou enzimas são usados ​​[4, 5]. A corrente de gás é assim limpa (o CO2 foi removido) e a corrente de líquido é rica em NaHCO3.

A solução de bicarbonato é agora passada para a segunda etapa para que sejam obtidos cristais de bicarbonato de sódio puro de NaHCO3. Esta etapa de cristalização é realizada em um cristalizador de membrana. Diversas configurações de cristalização por membrana podem ser utilizadas, dependendo do tipo de energia disponível no local [6]. Um processo de cristalização por membrana de contato direto seria recomendado para os casos em que o calor residual (temperatura em torno de 40-70°C) está disponível. Neste caso, a solução de bicarbonato pode ser aquecida para que a água seja evaporada dentro dos poros da membrana graças à força motriz térmica. Uma clara vantagem da cristalização por membrana de contato direto é o baixo consumo de energia e a produção de água pura como permeado. Uma vez alcançada a concentração de saturação da solução de bicarbonato, a nucleação do cristal acontecerá dentro do contator de membrana para continuar posteriormente em um reservatório de cristalização para posterior crescimento dos cristais de bicarbonato de sódio.

Outra opção para realizar a cristalização do NaHCO3 é através da cristalização por membrana a vácuo, na qual um vácuo é aplicado no lado do permeado para criar uma grande força motriz que fará a água evaporar. Aqui também é produzida água pura e a taxa de evaporação é notavelmente alta.

Finalmente, o terceiro tipo de estratégia para alcançar a cristalização do NaHCO3 é usando a cristalização por membrana osmótica. Se no local estiver disponível uma solução altamente concentrada de sais (solução osmótica), por exemplo, salmouras de dessalinização, se pensarmos num potencial processo que integre dessalinização de água e captação de CO2, seria possível recuperar a energia intrinsecamente existente no salmoura de dessalinização para evaporar a água graças à força motriz osmótica. A membrana separa as salmouras da solução de cristalização e a água é evaporada até que a supersaturação seja alcançada.