Desenvolvimento de Materiais Híbridos à Base de Líquidos Iônicos e Carvão Ativado para a Remoção de CO2 e H2S do Biogás

• Processo: 25/04416-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2029
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Luis Alberto Follegatti Romero
• Beneficiário: Hilman Ibnu Mahdi - Dave Ronel
• Instituição Sede: Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 24/01112-1 - Centro Paulista de Estudos em Biogás e Bioprodutos - CP2B, AP.CCD
• Assunto(s): Biogás Carvão ativado Dióxido de carbono Líquidos iônicos Purificação Sulfeto de hidrogênio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biogás | carvão ativado | Dióxido de carbono | líquidos iônicos | purificação | Sulfeto de Hidrogenio | Separações

Resumo

O crescente interesse pela produção sustentável de energia tem impulsionado pesquisas sobre o biogás, uma alternativa renovável obtida a partir da decomposição anaeróbica de resíduos orgânicos. Comumente, o biogás produzido contém de 60 a 70% de metano e de 30 a 40% de dióxido de carbono (CO¿), seguido por sulfeto de hidrogênio (H¿S), monóxido de carbono e outros componentes. Sabe-se bem que o CO¿ e o H¿S são gases altamente tóxicos, venenosos e corrosivos. No entanto, a presença dessas impurezas reduz a eficiência energética e pode causar corrosão em equipamentos. Assim, torna-se essencial o desenvolvimento de processos eficientes para a purificação do biogás, garantindo sua viabilidade econômica e ambiental.Este projeto propõe a síntese e caracterização de materiais híbridos inovadores, baseados na combinação de líquidos iônicos (LIs) e carvão ativado (CA), para aprimorar a remoção seletiva de contaminantes do biogás. Para remover o CO¿ e o H¿S, pode ser necessário desenvolver esses materiais híbridos como a combinação de líquidos iônicos [Bmim]Cl- e [Bmim][NTf¿] e carvão ativado, utilizado como adsorvente dos gases indesejáveis. O CA será produzido através do processo de pirólise em uma faixa de temperatura de 600 a 1200°C, por um período de 30 a 90 minutos, utilizando diversos tipos de biomassa e insetos, como resíduos de café, casca de coco, bagaço de cana-de-açúcar, microalgas, semente de abóbora, larvas de tenebrio (YML) e larvas da mosca soldado negra (BSFL). O CA produzido será diluído em uma solução de ILs composta por diferentes concentrações de massa e, em seguida, impregnado via sistema ultrassônico, resultando em um novo adsorvente híbrido. A pesquisa será conduzida em três etapas principais: (i) síntese e modificação dos líquidos iônicos com diferentes cátions e ânions para aprimorar a seletividade na captura de H¿S e CO¿; (ii) impregnação dos LIs no carvão ativado e caracterização dos materiais híbridos obtidos por técnicas como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (XRD), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise de adsorção/dessorção de N¿ (BET), análise termogravimétrica (TGA-DTG), e espectroscopia de energia dispersiva (SEM-EDX); e (iii) testes de desempenho dos materiais na purificação de biogás, avaliando a eficiência de adsorção em diferentes condições de temperatura, pressão e composição do gás.O adsorvente híbrido preparado será aplicado em um sistema de adsorção sob temperatura e pressão atmosférica, sendo fornecidos os gases CO¿ e H¿S ao sistema. O processo de adsorção será realizado por um período estimado, e o tempo de processo, bem como as concentrações de saída, serão registrados em pequenos intervalos de tempo até que sejam atingidos os pontos de ruptura e saturação. Os efeitos de algumas variáveis operacionais estudadas incluem diferentes temperaturas de pirólise (600 - 1200°C), tempos de pirólise (30 - 90 min), durações de impregnação (10 - 30 min), tipos de matéria-prima (biomassa, resíduos, microalgas e insetos), concentrações de massa de ILs (25 - 100% em relação à massa do CA) e tempos de adsorção. O gás final produzido será analisado quanto à concentração de CO¿ e H¿S em ppm, calculando-se a capacidade de adsorção. Espera-se que os materiais híbridos desenvolvidos apresentem elevada capacidade de captura seletiva de H¿S e CO¿, promovendo a purificação eficiente do biogás e ampliando suas aplicações como fonte energética limpa. Os resultados contribuirão para o avanço do conhecimento na área de materiais adsorventes e separação de gases, podendo ainda incentivar a implementação de tecnologias mais sustentáveis na indústria de biogás. Dessa forma, o projeto propõe uma abordagem inovadora para a purificação do biogás, combinando os benefícios dos líquidos iônicos e do carvão ativado para desenvolver materiais adsorventes de alto desempenho, alinhando-se às demandas de sustentabilidade e eficiência energética.