Implementar inovações como a captura e utilização de carbono para a produção de produtos químicos requer uma abordagem sistemática para garantir a competitividade com os processos convencionais e a capacidade de reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO2). A hidrogenação de CO2 é uma rota potencial para produzir combustíveis sintéticos e produtos químicos de valor agregado, mas como é um processo de demanda energética elevada, seus custos e o impacto de mitigação precisam ser minuciosamente avaliados, considerando as fontes das matérias-primas utilizadas e seus desempenhos técnico, econômico e ambiental. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar a produção de ácido fórmico por hidrogenação de CO2 como método potencial de mitigação de emissões de CO2. A pesquisa foi desenvolvida nas seguintes etapas: (i) estudo de fontes de CO2 e hidrogênio (H2) para identificar combinações que resultem em processos de hidrogenação de CO2 mais sustentáveis; (ii) modelagem e simulação das rotas selecionadas para obtenção dos balanços de massa e energia e condições operacionais do processo e; (iii) análise técnico-econômica e ambiental dos processos de produção de ácido fórmico. Resultados com base em análise de decisão multicritérios sugeriram o uso de dióxido de carbono oriundos de indústrias siderúrgicas e da produção de óxido de etileno combinados com hidrogênio provenientes do gás de coque e da produção de etileno, respectivamente, como potencialmente mais sustentáveis do que outras combinações de fontes de matérias-primas avaliadas. O processo convencional para produção de ácido fórmico e uma rota inovativa foram simulados no Aspen Plus, considerando as combinações de fontes de CO2 e H2 definidas. No geral, a rota inovativa custa cerca de 30% a mais que a convencional e emite 45% menos CO2, e ambas consomem aproximadamente a mesma quantidade de energia, mas de diferentes tipos. A análise de rentabilidade mostrou que seriam necessários, no mínimo, US$ 5 em créditos de carbono por tonelada de CO2 evitado para que o processo inovador atinja o breakeven ao longo da vida útil da planta e US$ 182 para torná-lo competitivo em comparação com a rota convencional.

Implementing innovations such as carbon capture and utilization for production of chemicals requires a system-level approach to guarantee its competitiveness with the conventional process and verify its capability to reduce CO2 emissions. Carbon dioxide hydrogenation is one of the potential routes to produce synthetic fuels and value-added chemicals from carbon dioxide (CO2). but since it is a highly energy-demanding process, its costs and emission mitigation impact need to be thoroughly evaluated, considering raw material sources and technical, economic and environmental assessments. In this context, the objective of this work is to evaluate the production of formic acid by CO2 hydrogenation as potential way of mitigating CO2 emissions. The research was developed in the following stages: (i) study of CO2 and hydrogen (H2) sources to identify combinations that results in more sustainable hydrogenation processes; (ii) modeling and simulation of the selected routes to obtain mass and energy balances and operating conditions; (iii) technical-economic and environmental analysis of the formic acid production processes. Results from a multi-criteria decision analysis suggested that using carbon dioxide from iron and steel industries and from ethylene oxide production combined with by-product hydrogen from coke oven gas and ethylene production, respectively, are potentially more sustainable than other feedstock sources combinations evaluated. The conventional process for formic acid production and the innovative route were simulated in Aspen Plus, considering both combinations of CO2 and H2 sources. Overall, the innovative route costs around 30% more than the conventional and emits 45% less CO2, and both consume approximately the same amount of energy, but of different types. The profitability analysis showed that the innovative process would need at least US$5 in carbon credit per ton of CO2 avoided to breakeven over the plant lifetime and US$182 to make it competitive comparatively with the conventional case.