3º encontro da escola de química verde mesa redonda...
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Adelaide Antunes Adelaide Antunes
Mesa redonda Principais desafios em Química Verde para rotas
Industriais de Conversão química
Debate: Petroquímicos Verdes
Adelaide Antunes
abril 2013 [email protected] [email protected]
3º Encontro da escola de Química Verde
Adelaide Antunes
Biochemicals
Petroquímica Verde
Adelaide Antunes
Matérias Primas Renováveis
Brasil década de 20, século XX
Rhodia
Usina Victor Sense
Etanol
Cloreto de Etila
Éter etílico
Ácido Acético
Melaço
Butanol
Acetona
Adelaide Antunes
Matérias Primas Renováveis
Década de 50
44% Industria Química
41% álcool-gasolina
15% bebidas, farmacêutica
Etanol
Butadieno Borracha
Eteno PEs
Acetaldeído
Ácido acético Acetato de Vinila
Butiraldeído 2-etil hexanol
Adelaide Antunes
Matérias Primas Renováveis
Início dos anos 70
Barril do Petróleo US$2/barril
1973 – 1º choque do Petróleo
1975 – Pró-Álcool
Países dependentes de petróleo passaram a considerar outras fontes alternativas
Anos 80
Brasil Congressos de Alcoolquímica
Energia Matérias Primas para IQ
Pólos Petroquímicos
O Mundo começa
a P&D em
Biotecnologia
Adelaide Antunes
Os Termos
Bioquímica, Biomassa, Biotecnologia
Química verde
Convergem Definições
Matérias Primas Renováveis
Processos
Produtos
Adelaide Antunes
A biotecnologia pode ser dividida:
a tradicional fermentação para a produção de bebidas, alimentos, antibióticos, combustíveis, produtos químicos
a nova biotecnologia produção e uso de organismos manipulados geneticamente para produção de proteínas, vacinas e anticorpos monoclonais para uso, diagnóstico e terapia. (maior valor agregado)
Petroquímica Verde Petroquímica Verde
Adelaide Antunes
Os mercados de produtos químicos renováveis incluem
os obtidos de matéria prima renovável
agrícola , resíduos da agro-indústria (biomassa), microorganismos, sacarose, amido, celulose, lignina e oleos, gorduras, proteina .
(Brasil cana de açucar principal MP).
A gama de possibilidades de fontes para bioprodutos e de biocombustíveis
gerou o conceito de
Biorefinaria
Petroquímica Verde
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BIOPRODUTOS
Nº átomos de Carbono & Funções
C1 a C6 álcoois
C2 a C5 aldeidos
C2 a C5 ácidos
C2, C4e C6 ésteres
Cn poliésteres
C2, C3 e C4 olefinas
PONTOS DE PARTIDA: CARBOHIDRATOS ETANOL
GS
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Biochemicals
C1 Syngas Methanol
C2
Acetic Acid
Ethanol Ethylene
C3
Isopropyl Alcohol Propylene
Propionic Acid
Lactic Acid PLA
Piruvic Acid
Glycerol
Acrylic Acid
Acrylic Aldehyde
C4
Buthanol
2,3 Butylene Glycol Butadiene
Succinic Acid
Fumaric Acid
C5 Furfural Furfurilic Alcohol
C6
Sacarose Esters
Sorbitol
Mannitol
Citric Acid
Cn Polyhydroxyalkanoates PHB
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Alcoóis
C1 (Gás de Síntese/Metanol)
Pirólise and gaseificação de biomassa
gás de síntese e biometanol.
Dow (US), Coskata (US), Range Fuels(US), Fulcrum Bioenergy(US), INEOS Bio(US) e LanzaTech (US):
P&D sobre o potencial do gás de síntese
Syntec Biofuel (CA): gaseifica diferentes MPs para conversão em: biometanol, ethanol, propanol and butanol.
Biometanol de glicerina: EVONIK(DE) e BIOMCN (Holanda)
MTBE 20.0000t/a 2013 de metanol
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Alcoóis
C2 – Etanol de Segunda Geração
Petrobras e Novozymes, Tereos, Cosan, Codexis, Shell e Iogen
P&D no aumento da eficiência de enzimas.
Dedini e Novozymes: projeto de enzimas para transformar a biomassa celulósica do bagaço e da palha da cana de açúcar em etanol.
Amyris Brasil S.A.: resíduos da cana e outras MPs leveduras geneticamente modificadas
Clariant 2012
Etanol de celulose
1000t/a na
Alemanha
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Alcoóis
C3 – Glicerol (Hoje produção co-produto do biodiesel)
• Objetivo é seu uso como MP em outros petroquímicos verde
European Renewable Energy Directive States converte Glicerina em Metanol
Glycos Biotechnologies (US) converte Glicerina em Etanol
Solvay (na França) e a Spolchemie (República Tcheca) tem planta piloto para conversão de Glicerina em Epicloridrina
Propanodiol (Propileno Glicol)
DuPont(US) and Tate & Lyle (UK) desenvolveram o bio-PDO (1,3-propanodiol) de fonte renovável, usado para poliester a adesivos e tintas.
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Alcoóis
C4 – Butanol
Mercado mundial de n-butanol cresça 3,2%ao ano até 2025.Uso em mistura com gasolina, diesel e etanol; combustível de aviação, solvente para tintas,material de limpeza ou adesivos.
Oxiteno (Brasil)- óleo fusel (caldo de cana mais melaço) potencial para produzir 10000 t/ano de butanol em unidade multipropósito.
Butamax Advanced Biofuels LLC (Grã-Bretanha) Tecnologia– Escala comercial prevista para 2012
Mitsui Chemicals (Japão) – produção de isopropanol e butanol a partir de Celulose e óleo de mamona
Rhodia parceria com Cobalt Technologies(emp de Biotecnologia americana) para produção no Brasil
Adelaide Antunes
Alcoóis
C4 – Butanodiol
China – projeto que usa mais de 10 novos genes clonados da bactéria Serratia marcesc para sintese de 2,3 butanodiol por fermentação.
EVONIK(DE) e Biamber (FR) parceria na produção de catalisador para 1,4 BDO
Genomatica (US) 1,4 BDO fermentação Escherichia Coli 18.000t/a na Italia 2013 a partir resíduo agrícola
C5 – Álcool Furfurilico
Ferghana (Ubequistão) – especializada na produção de álcool furfurílico obtido a partir do furfural (aldeído) de bagaço de cana usado nas industrias farmacêuticas, de defensivos e insumo para resinas de fundição.
O
OH
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Aldeídos
C3 – Acroleína
Nippon Shokubai Co Ld (JP) – P&D em catalisador de alta performance. (A plataforma envolve desidratação de glicerina que depois é oxidada a ácido acrílico).
C3 – Propanal
Processo de carbonilação de eteno de etanol para produção de propanal que oxidado gera ácido propiônico ou hidrogenado propanol.
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Aldeídos
C5 – Furfural
Furfural é um importante solvente no refino do petróleo, derivado do bagaço de cana-de-açúcar, espigas de milho e outros produtos agrícolas
Biofuels America – implantando unidade lignocelulósica para produção de etanol e furfural a partir de lixo doméstico e resíduo agrícola
Shengquan(China) em parceria com Novozyme em fase de iniciar comercialização de etanol e furfural de celulose
C5 – Aldeído Valérico
O aldeído valérico é a matéria prima para ácido valérico utilizado na produção de defensivos.
Sweden Perstorp – produção prevista de 150.000 t/a. (2014)
OHC
O
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Ácidos
C2 – Ácido Acético
“building block” para mais de 500 produtos.
No Brasil, o ácido acético é produzido por 3 empresas que utilizam a rota a partir do etanol:
Butilamil - unidade multipropósito com capacidade de 9000 t/ano;
Cloroetil - ácido acético partindo de aldeído acético e possui capacidade de 13.000 t/a
Rhodia Poliamida - capacidade instalada de 40000 t/ano.
ZeaChem (EUA) –biorefinaria prevista para produção de ácido acético e acetato de etila a partir da fermentação celulósica do etanol( inicio jan 2012)
OBS: Foster Wheeler no Brasil ganhou contrato para construção do complexo gás químico (ac.acético de GS) em Linhares
Adelaide Antunes
Ácidos
C3 – Ácido Lático
No Brasil a Purac Sínteses produz ácido láctico partindo da sacarose da cana de açúcar.
Haldor Topsoe (US) and a Technical University of Denmark –produção de ácido lático por catálise heterogênea de biomassa
Mabiolac (França) – P&D em materiais compósitos a partir de ácido lático biodegradável. As duas aplicações potenciais são na industria têxtil e embalagens rígidas.
Unternelhmen (start-up austríaca) novo processo que converte glicerina em ac. lático
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Ácidos
C3 – Ácido Acrílico
O ácido acrílico e seus ésteres são monômeros versáteis.
Arkema (Fr) – instalação de uma planta piloto em seu centro de P&D para produção de bioacrílicos. O processo usa catalisador de zircônia.
PXBIO Biotechnologies (EUA)em parceria com Dow Chemical –escala de demonstração do ácido bioacrílico –– previsto para 2013. Usa a tecnologia Efficiency Directed Genome Engineering para reduzir custos (85%)
Rhoadia Coatis projeto de acrílico verde
BASF (DE), Cargill(US), Novozymes (DN) parceria no projeto de ac. Bioacrílico via ac. 3-hidroxipropiônico.
Adelaide Antunes
Ácidos
C3 – Ácido Propiônico
Usado na preservação de grãos (alimentação) e vários produtos inclusive a vitamina E.
Swedish Perstorp & Lund University(Sueca) – P&D para ácido propiônico e 3-hidroxipropriônico.
C3 – Ácido Pirúvico ( precursor do ácido lático)
Tianfu Biochemical Technology Co Ltd (China) – projeto para construir uma planta de 1.500 t/a. O projeto usará a tecnologia enzimática.
Deinove(FR) desenvolvimento processo verde para ac. pirúvico e ac. fórmico
Adelaide Antunes
Ácidos
C4 – Ácido Succínico “Building block”
Diversas companhias e Universidades: P&D rotas fermentativas para sua produção
DSM (NL) com a Roquette (Fr)
Rice University (US) licencia processo que emprega Escherichia coli geneticamente modificada
University of Georgia (US) licencia um processo que permite um aumento significativo na produção usando enzima piruvato carboxilase .
Adelaide Antunes
Ácidos
C4 – Ácido Succínico
Bioamber (jv da DNP Green Technology e Agro-industrie Recherches et Developpements) – primeira planta de ácido biosuccínico do mundo – 2.000 M t/a (fermentação de várias matérias- primas renováveis). A Bioamber tem parceria com a Evonik para desenvolvimento do catalisador para o ac. biosuccínico
MBI (EUA) – processo com nova bactéria Actinobacillus succinogenes para produzir ácido succínico.
BASF Future Business aliança com Purac, para produção em escala comercial de ácido biosuccínico . Formaram JV: SUCCINITY capacidade prevista 10.000t/a até final de 2013 na Espanha
Adelaide Antunes
Ácidos
C4 – Ácido Fumárico
Imporporado na alimentação de ruminantes, melhorando a taxa de crescimento em 10% e reduzindo a emissão de gás metano, que é importante em países como a Nova Zelândia
Jiangsu Polytechnic University of China patenteou uma tecnologia verde para produzir ácido fumárico em conjunto com o DL-málico
C6 – Ácido Cítrico
Cargill (BR) iniciou a produção no ano 2000 com 30.000 t/ano. por processo submerso de fermentação da glicose.
Tate & Lyle (BR) comprou a unidade de ácido cítrico da Bayer em 2002.
A Tate&Lyle e a Cargill são, respectivamente, a primeira e terceira maiores fabricantes de ácido cítrico do mundo
Adelaide Antunes
Ácidos
C6 – Ácido Adípico
The American Verdezyne – desenvolveu bioprocesso.
Fermentação em uma etapa empregando engenharia combinatória. promete reduzir os custos de pelo menos 20%.
A empresa tem parceria estratégica com a Premiere Fibers (US) (lider global) para suprir esta empresa para produção de nailon 6,6
Adelaide Antunes
Olefinas
Eteno
de etanol para produção de PE no Brasil.
Braskem desde 2010 em Triunfo (líder em Biopolímero)
OBS: projeto no Brasil, da Dow Chemical em parceria com Mitsui adiado por conta dos projeto da Dow nos EUA (de usar o shale gas)
de etanol para produção de PVC no Brasil
Solvay: projeto etanol para produção eteno para PVC no Brasil.
Adelaide Antunes
Olefinas
Propeno
Mitsui Chemicals (JP), Cereplast (US), Global Energies (UK) –desenvolvendo técnicas para permitir a produção de propileno por meio de um novo bioprocesso .
BRASKEM prevista 30.000t/a a partir de 2013 de propeno de etanol de cana de açucar para PP verde
Butadieno
American Arzeda e a Universidade de Washington – P&D processo de bio-butadieno utilizando enzimas projetadas.
Versalis (IT) memorando de entendimento com Genomatica(US) Novamont (IT) para desenvolvimento de biobutadieno
Synthos (polonesa) em parceria com a Global Energies (UK) processo biológico para butadieno
Adelaide Antunes
Biopolímeros/Bioplásticos
O principal mercado da P&D de biopolímeros é embalagem
Os principais produtores dos biopolímeros são: Biotec, Novamont, Cereplast, Limagrain, Fkur, NatureWorks, Telles, Mirel, Purac, Sphere e PSA. Produção de:
PLA (polylactic acid),
PHA (polyhydroxyalcanoate)
PHB (polyhydroxybutyrate)
Cargill ( subsidiária brasileira) prevista produção de bioplástico
Shiseido em colaboração com Braskem (Brazil) tem P&D em bioPET e bioPP
Adelaide Antunes
Biopolímeros/Bioplásticos
Ácido Polilático
NatureWorks LLC (grupo Cargill) – planta piloto com capacidade de 5.000 a 15.000 t/ano para novo grade de PLA para várias aplicações
A marca IngeoTM é plástico 100% derivado de açúcar com aplicação na área eletrônica, cosméticos, produtos de utilidade doméstica com propriedades que varia de transparente e opaco e resistência ao impacto comparado ao PS de médio impacto.
NatureWorks – prevê nova planta de 140.000 a 150.000 t/ano projeto em um dos seguintes países:
Tailândia, Singapura, Malásia, China, Europa e Brasil.
Adelaide Antunes
Biopolímeros/Bioplásticos
Ácido Polilático (cont.)
Novamont (Itália) –70.000 t/a usa amido de milho
Futerro (Bélgica) (jv Total Petrochemicals e Galactic) planta piloto com 1.500 t/a a partir de beterraba.
Futerro pretendo combinar PLA com outros plásticos patenteando aplicações para automóveis, agro-alimentícia e construção.
LG Chem (Coréia) & KAIST University of Korea fermentação em uma etapa (combinação de engenharia metabólica e enzimática) para PLA e co-polímeros
Faurecia (Fr) –consorcio de agro-cooperativas para produção de fibras e biomaterial com matriz de PLA
Adelaide Antunes
Biopolímeros/Bioplásticos
PBS –Polobutileno succinato
Showa Highpolymer (EUA) – produz a marca Bionelle (polibutileno succinato a partir de 1,4 butanodiol e ácido biosuccínico.) para uso na agricultura, em sacolas e cortinas
Mitsubishi Motors com o Aichi Industrial Technology Institute –P&D para compósito de PBS (feito de 1,2-butanodiol e ácido succínico de fermentação) misturado com fibra de bamboo para uso no seu novo mini-carro.
Há outras iniciativas para PBS por parte da Bioamber na Tailândia.
Adelaide Antunes
Conclusões
Inovações baseadas em petroquímica Verde é crescente no mundo e condicionada ao suprimento de petróleo e gás natural.
Os Governos dos países desenvovidos (Inglaterra, Japão, EUA e Suécia) estão atentos há necessidade de investirem em fontes renováveis
Brasil
Líder na produção de cana-de-açúcar
É crucial que legislações e incentivos governamentais suportem GPMEs para produção de bioplásticos cujas projeções para os próximos 5 anos são promissoras.
Adelaide Antunes
Ano de 2010
R$47,8 bilhões Gastos do Governo + Empresas em P&D
R$1,2 Bilhão em P&D Verde
Brasil – 4 lugar no ranking mundial Liderança: EUA, Emirados Árabes e China
Adelaide Antunes
Conclusões
A produção de Biorenováveis está entre as 10 maiores tendências das industria química global
a articulação U-E é a chave para aceleração do processo P&D aliada ao incentivo governamental.
Adelaide Antunes
Universidades & NITs
Adelaide Antunes
FORTEC
Adelaide Antunes
FORTEC
Adelaide Antunes
FORTEC
Adelaide Antunes
WIPO (OMPI) & INPI
INPI 2012
Projeto Piloto: Patentes
Verdes
Adelaide Antunes Adelaide Antunes
Debate: Petroquímicos Verdes
OBRIGADA
Adelaide Antunes abril 2013
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3º Encontro da escola de Química Verde