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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-12052022-075225
Document
Author
Full name
Kaccnny de Matos Carvalho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Kulay, Luiz Alexandre (President)
Musse, Ana Paula Santana
Oliveira, José Augusto de
Title in Portuguese
Avaliação da viabilidade ambiental da obtenção de ácido fórmico a partir de rota envolvendo tecnologia de Carbon Capture and Usage (CCU).
Keywords in Portuguese
Carbono (Uso)
Ciclo de vida (Avaliação)
Dióxido de carbono
Abstract in Portuguese
As emissões de dióxido de carbono (CO2) em excesso, causam efeitos (drásticos) no meio ambiente e na saúde humana, estando cada vez mais presentes no cotidiano, razão suficiente para se tornar foco principal quanto à contingência das mudanças climáticas. Dentre as diversas alternativas possíveis para diminuir a quantidade de CO2 presente na atmosfera, o seu uso como insumo em processos produtivos, aparece como uma alternativa promissora e sustentável. Alternativas sustentáveis são emergentes, tecnologias que troquem combustíveis fósseis por renováveis (de fato), em conjunto com o reuso de resíduos e a otimização dos fluxos mássicos e energéticos são necessárias e vão de encontro com os objetivos das principais adendas ambientais a nível global. Tendo em vista esse breve arrazoado, o conteúdo apresentado nesse trabalho faz a avaliação do impacto ambiental, através da técnica de avaliação de ciclo de vida (ACV) pela abordagem consequencial, de uma rota alternativa para produção de ácido fórmico (HCOOH) com uso de tecnologia de Carbon Capture and Usage (CCU), ou seja, uma rota de produção que captura e utiliza CO2, um gás residual que seria lançado na atmosfera, como insumo principal do processo. Além de ser capaz de utilizar como insumo de processo uma matéria-prima barata e abundante, o uso desse insumo (CO2) ainda foi capaz de trazer benefícios ambientais. Para determinação do desempenho ambiental dessa rota alternativa de produção que utiliza CCU, a técnica de avaliação de ciclo de vida (ACV) foi aplicada, e a abordagem utilizada para tal foi a consequencial. Para chegar nesse resultado, à avaliação ambiental foi feita de forma comparativa com outras rotas de produção de HCOOH com tecnologia já consolidadas e atuantes no mercado produtivo. Nesse caso, comparou-se o desempenho ambiental a rota alternativa que utiliza CO2 como insumo com a rota convencional de produção de HCOOH (hidrólise de metil formato) que é a mais amplamente utilizada para produção de ácido fórmico. E por último uma comparação dos desempenhos ambientais entre a rota alternativa, rota convencional e a rota convencional II (ciclização descarboxlativa do ácido adípico) segunda maior rota de produção de ácido fórmico. Para que fosse possível comparar as rotas produtivas de HCOOH, foi imprescindível uma boa descrição de processo de todas as rotas processuais, convencional I, II e alternativa, possibilitando uma análise ambiental robusta decorrente da aplicação da ACV Consequencial. Através da abordagem escolhida, consequencial, o tratamento de multifuncionalidades foi feito através da expansão de fronteiras do sistema, e os impactos analisados para a avaliação do desempenho ambiental foi realizada em etapas Endpoints para as categorias de demanda energética primária e o potencial de aquecimento global do processo; e em Midpoint para as categorias de formação de ozônio, formação de partículas finas, acidificação terrestre e consumo de água. Os resultados obtidos demonstraram que a rota que utiliza CCU tem um menor custo ambiental do que a rota convencional, ou seja, melhor desempenho ambiental, tanto para as categorias em Endpoints como para as categorias em Midpoint quando analisadas através de um indicador único global.
Title in English
Environmental assessment of the feasibility of obtaining formic acid from a route involving Carbon Capture and Usage (CCU) technology.
Keywords in English
Carbon capture and usage
Carbon dioxide utilization
Consequential life cycle assessment
Life cycle assessment
Abstract in English
The excess carbon dioxide (CO2) in atmosphere causes environmental damage and harmful effects on human health, reason enough to become the main focus in terms of the contingency of environmental climate changes. Among the various possible alternatives to reduce the amount of CO2 present in the atmosphere, its use as consumption in production processes appears as a promising and sustainable alternative. Sustainable alternatives are emerging, technologies that replace fossil fuels with renewable ones (in fact), together with the reuse of waste and the optimization of mass and energy flows are necessary and meet the objectives of the main environmental amendments at a global level. Given this brief reasoning, the content presented in this work evaluates the environmental impact, through the life cycle assessment (LCA) technique using the consequential approach, of an alternative route for the production of formic acid (HCOOH) using Carbon Capture and Technology of use (CCU), that is, a production route that captures and uses CO2, a residual gas that would be released into the atmosphere, as the main input of the process. In addition to being able to use a cheap and abundant raw material as an input to the process, the use of this input (CO2) was still able to bring environmental benefits. To determine the environmental performance of this alternative production route that uses CCU, the life cycle assessment (LCA) technique was applied, and the approach used for this was the consequential. To reach this result, the environmental assessment was carried out in a comparative way with other HCOOH production routes with technology already consolidated and active in the productive market. In this case, the environmental performance of the alternative route that uses CO2 as input was compared with the conventional route of production of HCOOH (hydrolysis of methyl formate), which is the most used for the production of formic acid. Finally, a comparison of the environmental performances between the alternative route, conventional route and the conventional route II (decarboxylative cyclization of adipic acid), the second major route of formic acid production. In order to compare the HCOOH production routes, it was essential to have a good process description of all the process routes, conventional I, II and alternative, allowing a robust environmental analysis resulting from the application of Consequential LCA. Through the consequential approach chosen, the treatment of multifunctionalities was done by expanding the limits of the system, and the impacts analyzed for the assessment of environmental performance were carried out in endpoint steps for the categories of primary energy demand and the global warming potential of the process; and at the midpoint for the categories ozone formation, fine particle formation, terrestrial acidification and water consumption. The results obtained showed that the route that uses CCU has a lower environmental cost than the conventional route, that is, better environmental performance, both for the end-point categories and for the mid-point categories when analyzed through a single global indicator.
 
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Publishing Date
2022-05-12
 
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