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Carbalyst: produção sustentável de baixo carbono e combustíveis renováveis

© Leowolfert |

Carl De Maré discute como a Carbalyst produz combustíveis renováveis ​​e de baixo carbono por meio da fermentação de gases de processo industrial da indústria de ferro e aço

Na indústria do aço, o carbono é usado principalmente como um reagente químico para reduzir o óxido de ferro a ferro metálico. Embora as fontes alternativas de energia, como a eólica e a solar, possam substituir os combustíveis fósseis, elas não podem substituir o carbono na produção de aço. Assim, os gases residuais resultantes da siderurgia são resíduos inevitáveis ​​da produção industrial. Os gases de escape gerados com o processo de alto-forno ou com um dos processos de redução direta contêm quantidades significativas de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), mas quantidades menores de hidrogênio. Em uma siderúrgica integrada, esses gases são usados ​​para aplicações térmicas ou para geração de energia elétrica.

O conceito da Carbalyst é uma nova abordagem para reduzir as emissões de CO2 e, ao mesmo tempo, produzir combustíveis e produtos químicos com baixo teor de carbono, que capturam e recicla gases industriais ricos em carbono para a indústria global de aço e ligas de ferro. O processo usa micróbios naturais da família dos acetogênios, ou organismos fermentadores de gás. Esses organismos representam uma das primeiras formas de vida na Terra e utilizam gases como a única fonte de energia durante todo o seu ciclo de vida.

Em seu núcleo, a tecnologia de fermentação de gás do parceiro de tecnologia LanzaTech usa resíduos e gases residuais contendo carbono como nutriente e fonte de energia para microorganismos proprietários, em vez de açúcares como na fermentação tradicional. Os micróbios, por sua vez, produzem um conjunto diversificado de produtos, incluindo combustíveis com baixo teor de carbono e produtos químicos de alto valor usados ​​em aplicações diárias. Gases industriais ricos em carbono, como gases produzidos durante a fabricação de aço, são transformados em combustível commodity e produtos químicos em um processo contínuo, fornecendo uma abordagem inovadora para captura e reutilização de carbono.

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Em vez de enviar um fluxo de gás residual para uma unidade de geração de energia térmica ou elétrica, o gás, que é resfriado e pré-tratado, é injetado em um tanque de fermentação contendo micróbios e meios líquidos proprietários. Os micróbios convertem CO, CO2 e H2 em etanol e produtos químicos que podem ser recuperados do caldo de fermentação. Isso é semelhante à maneira como a levedura produz etanol a partir de açúcares, exceto que os gases fornecem a única fonte de carbono e energia para o processo do Carbalyst.

A tecnologia também tem um impacto significativo na pegada de carbono dos produtos produzidos. Análises separadas do ciclo de vida (LCAs) mostraram que a produção de bioetanol a partir do gás residual da usina siderúrgica resulta em um produto com emissões de carbono do ciclo de vida até 87% mais baixas do que a gasolina convencional, dependendo da intensidade de carbono da rede elétrica local. Onde os gases de escape são usados ​​como entrada do processo, um benefício adicional para a usina siderúrgica anfitriã é a redução nas emissões de CO2, já que parte do carbono que normalmente seria queimado na produção de calor e energia, ou queimado, é convertido em um produto líquido . Globalmente, até 150 milhões de toneladas de emissões de CO2 poderiam ser evitadas pela reutilização de resíduos de gás disponíveis na usina de aço por meio do processo Carbalyst. A fermentação de gás também evita a combustão do fluxo de gás sendo convertido, resultando em uma redução substancial nas emissões de material particulado (PM), SOx e NOx em até 85% e mais. Somente para o etanol, a oportunidade de mercado representada nas emissões da indústria do aço é muito significativa. Uma análise de grandes usinas siderúrgicas em todo o mundo revela o potencial para produzir mais de 40 bilhões de litros de etanol por ano somente na China. A indústria siderúrgica da Europa poderia produzir quase 20 bilhões de litros. Os Estados Unidos poderiam ver quase quatro bilhões.

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Além disso, o etanol pode ser convertido em combustível de aviação (2 litros de etanol para 1 litro de combustível de aviação) para uso no transporte aéreo, onde em um futuro próximo não haverá alternativa sustentável que seja economicamente viável. Além disso, o etanol é o melhor candidato a combustível sustentável no transporte de combustíveis pesados. Junto ao setor de transportes, a tecnologia de fermentação pode ser utilizada para produzir produtos químicos básicos, como eteno e propeno, que são utilizados na fabricação de bens de consumo diário. Isso representa um exemplo perfeito da economia circular em que o carbono é reciclado e preso em um novo produto, que pode ser reciclado, fechando o ciclo do gás residual para a matéria-prima química e para o bem de consumo que pode ser reciclado posteriormente.

O projeto da ArcelorMittal demonstrará o valor agregado da reciclagem dos fluxos de resíduos, não apenas reduzindo as emissões na origem da siderúrgica, mas mantendo os combustíveis fósseis no solo por meio da produção de commodities químicas e combustíveis que, de outra forma, seriam feitos a partir do petróleo. Para produzir o volume total de 80 milhões de litros de etanol, será aproveitada uma pequena parcela do gás de alto-forno produzido.

Aproximadamente 50% do carbono usado na química da siderurgia sai do processo como monóxido de carbono. A tecnologia da Lanzatech, no entanto, recicla esses gases residuais e os fermenta com um micróbio proprietário para produzir bioetanol. A cada tonelada de bioetanol produzida, desloca 880 litros de gasolina, além de reduzir as emissões de CO2 em 2,3 toneladas. O etanol produzido também pode ser processado posteriormente para produzir combustível de aviação sustentável por meio do álcool para jato. A demanda de combustível de aviação sustentável está prestes a crescer e a Carbalyst pode desempenhar um papel central no atendimento a essa demanda. Outra saída para o etanol produzido de forma sustentável é a indústria química. A indústria está sob pressão de mercado para produzir insumos com menos carbono para os produtos finais de várias fábricas.

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Os governos em todo o mundo estão estabelecendo metas ambiciosas para a redução das emissões estacionárias de carbono de instalações industriais como a indústria do aço, adicionando assim custos significativos à produção de aço. A fermentação de gás oferece uma nova rota para criar valor a partir dos gases de escape da produção de ferro e aço, ao mesmo tempo que atende aos requisitos para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Além disso, a flexibilidade da fermentação de gás permitirá a produção de uma gama mais ampla de produtos químicos ao longo do tempo, criando valor adicional para a indústria de ferro e aço e aprofundando as conexões com a indústria química.

Agradecimentos

O projeto Carbalyst recebeu financiamento do programa de investigação e inovação Horizon 2020 da União Europeia ao abrigo do acordo de subvenção n.º 656437.

Observação: este é um perfil comercial

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