A perspectiva do dióxido de carbono (CO2) de ser considerado um resíduo para se tornar um recurso valioso com potencial como fonte de carbono e alternativa aos combustíveis fósseis é explorada nesse trabalho. A Utilização do Dióxido de Carbono (UDC) concentra-se em avançar além das tecnologias de captura e armazenamento de carbono, as estratégias para reciclar o CO2 em vetores de energia e intermediários químicos, e avaliar o potencial de produtos derivados do CO2. Ao utilizar o CO2 como base de carbono, produtos químicos podem ser produzidos com custos competitivos e impacto ambiental reduzido. A adoção de matérias-primas alternativas, como CO2, pode trazer mudanças disruptivas para a indústria. O CO2 pode ser integrado à indústria química existente por meio de produtos químicos fundamentais, como metanol, ou como uma possível base de carbono C1. Ao avaliar uma tecnologia de UDC, fatores como potencial de redução de emissões, restrições termodinâmicas e viabilidade comercial devem ser considerados. Para enfrentar o desafio de avaliar tecnologias de utilização de CO2 e identificar produtos promissores, uma abordagem sistemática utilizando uma análise de decisão multicritério foi desenvolvida. Critérios específicos para a conversão do dióxido de carbono são estabelecidos, e uma avaliação em três níveis é aplicada para selecionar os produtos mais adequados com base na viabilidade econômica, maturidade tecnológica e relevância científica. Carbonato de dimetila, éter dimetílico e ácido acético são identificados como produtos favoráveis, com recomendação de estudos de projeto de processo. Um processo inovador para a produção de ácido acético a partir do CO2 usando a rota de hidrocarboxilação do metanol foi desenvolvida, incorporando ajustes nas matérias-primas, faixas de temperatura, pressão e unidades de separação eficientes. O estudo contribui para o campo de síntese de processo para a conversão do CO2 em produtos de alto valor agregado, abordando a escassez de dados literários sobre os processos de produção de ácido acético. Além disso, uma avaliação da conversão de CO2 em metanol e éter dimetílico foi conduzida. É proposto um framework para otimizar as plantas químicas, considerando tanto o custo anualizado total quanto as emissões de CO2 resultantes do uso de utilidades. Modelos simplificados, como redes neurais, representaram com precisão o comportamento da planta, possibilitando uma otimização eficiente. Os esforços de otimização de processos têm produzido resultados positivos tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A redução no custo total anualizado demonstra maior eficiência financeira, enquanto a diminuição nas emissões de CO2,eq significa um passo em direção à sustentabilidade. No geral, este trabalho apresenta avaliações importantes sobre a utilização de CO2 como um recurso, otimizando a planta química e direcionando a indústria para práticas mais sustentáveis e eficientes. Mais pesquisas nessas áreas contribuirão para uma economia mais sustentável e circular.

The perspective on carbon dioxide (CO2) from being considered a waste product to a valuable resource with potential as a carbon source and alternative to fossil fuels is explored. Carbon Dioxide Utilization (CDU) focuses on advancing carbon capture and storage technologies, developing strategies for recycling CO2 into energy vectors and chemical intermediates, and evaluating the potential of CO2-derived products. By using CO2 as a carbon building block, chemicals can be produced with competitive costs and reduced environmental impact. Adopting alternative feedstocks, such as CO2, can bring disruptive changes to the industry. CO2 can be integrated into the existing chemical industry through fundamental chemicals like methanol or as a potential C1 building block. When evaluating a CDU technology, factors such as emission reduction potential, thermodynamic restrictions, and commercial viability should be considered. To address the challenge of evaluating CO2 utilization technologies and identifying promising products, a systematic approach is developed using a Multi-criteria decision analysis. Specific criteria for carbon dioxide conversion are established, and a three-level assessment is applied to select the most suitable products based on economic viability, technological maturity, and scientific significance. Dimethyl carbonate, dimethyl ether, and acetic acid are identified as favorable products, with further process design studies recommended. An innovative process for acetic acid production from CO2 using the methanol hydrocarboxylation route is developed, incorporating adjustments in feedstock, temperature, pressure ranges, and efficient separation units. The study contributes to the field of process synthesis for converting CO2 into high-value products, addressing the scarcity of literature data on acetic acid production processes. Additionally, a comprehensive evaluation of CO2 conversion into methanol and dimethyl ether is conducted. A framework for optimizing chemical plants is proposed, considering both the total annualized cost and resulting CO2 emissions from utility usage. Simplified models, particularly neural networks, accurately represented plant behavior, enabling efficient optimization. Optimization efforts in the processes have yielded positive outcomes in terms of both economic and environmental perspectives. The reduction in total annualized cost demonstrates improved financial efficiency, while the decrease in CO2 equivalent emissions signifies a commendable step towards environmental sustainability. Overall, this thesis provides valuable insights into utilizing CO2 as a valuable resource, optimizing chemical plant operations, and driving the industry towards more sustainable and efficient practices. Further research and development in these areas will contribute to a more sustainable and circular economy.