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Tipo: Tese
Título: Avaliação econômica e ambiental de um novo processo de produção de 1,3-propanodiol a partir do glicerol bruto
Autor(es): Ruy, Alisson Dias da Silva
Primeiro Orientador: Pontes, Luiz Antônio Magalhães
metadata.dc.contributor.advisor-co1: de Brito Alves, Rita Maria
metadata.dc.contributor.referee1: Pontes, Luiz Antonio Magalhães
metadata.dc.contributor.referee2: Alves, Rita Maria Brito
metadata.dc.contributor.referee3: Carvalho, Isabel Cerqueira de Souza Gouveia
metadata.dc.contributor.referee4: Sotomayor, Rafael Luque Alvarez de
metadata.dc.contributor.referee5: Bresciani, Antonio Esio
Resumo: A grande disponibilidade do glicerol oriundo do biodiesel aparece como uma oportunidade econômica para seu uso como matéria-prima de baixo custo para obter químicos de alto valor agregado. O 1,3-propanodiol (1,3-PDO) é uma especialidade química de interesse comercial na produção de polímeros de alto desempenho, e é obtido a partir da glicose pelo processo biotecnológico industrial da DuPont. O uso do glicerol permite obter novas rotas de produção do 1,3-PDO que possam competir economica e ambientalmente com a rota biotecnológica, visando ampliar seu mercado. Nesse contexto, este trabalho faz uma avaliação do mercado atual e perspectivas de crescimento para o glicerol e o 1,3-PDO, propõe um novo processo para produzir 1,3-PDO através da hidrogenólise do glicerol, seguido de um estudo de viabilidade técnico-econômica (EVTE) e uma análise de ciclo de vida (ACV) comparativos com uma representação do processo biotecnológico comercial existente. A rota catalítica foi desenvolvida utilizando o programa Aspen Plus® e a ACV foi realizada a partir da base de dados da Ecoinvent e simulada pelo SimaPro®, utilizando o TRACI e o Environment Footprint como métodos de avaliação dos impactos ambientais. A rota catalítica proposta apresentou melhores resultados do que a rota biotecnológica, tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. A rota proposta tem economicidade e competitividade em relação à rota biotecnológica e obteve um valor presente líquido em relação ao investimento (VPL/INV) de 2,03, uma taxa interna de retorno (TIR) de 38% e um custo de produção de 1,3-PDO 18% menor do que o da rota biotecnológica, devido, principalmente, ao menor investimento para construção da nova planta e menor demanda de energia durante a operação. A rota catalítica proposta resultou em menores impactos ambientais com diferencial na ecotoxicidade, escassez de fontes fósseis e o uso da água, em relação à rota biotecnológica. O ganho ambiental para a rota catalítica nessas categorias está associado ao menor consumo de gás natural e água. Verificou-se que a etapa de purificação do glicerol na rota proposta é a etapa do processo que mais contribui para os impactos ambientais devido ao uso do hidróxido de sódio como catalisador homogêneo na produção do biodiesel e do glicerol. A substituição por um catalisador heterogêneo, como a zeólita Y, pode aumentar o rendimento do processo e diminuir os impactos ambientais na separação do glicerol, com redução significativa da quantidade de resíduos gerados. O processo de obtenção de 1,3-PDO a partir do glicerol tem escalabilidade e pode representar uma rota competitiva com a produção biotecnológica comercial, tornando o produto uma commodity.
Abstract: The significant availability of glycerol derived from biodiesel presents an economic opportunity for its use as a low-cost raw material to produce high-value-added chemicals. 1,3-propanediol (1,3-PDO) is a specialty chemical of commercial interest to obtain high-performance polymers, and it is currently obtained in large scale from glucose through DuPont's biotechnological process. The utilization of glycerol enables the development of new production routes for 1,3-PDO that can economically and environmentally compete with the biotechnological pathway, aiming to expand its market. In this context, this study assesses the current market and growth prospects for glycerol and 1,3-PDO, proposes a novel process to produce 1,3-PDO through the hydrogenolysis of glycerol, followed by a technical-economic feasibility study (EVTE) and a comparative life cycle analysis (ACV) with a representation of the existing commercial biotechnological process. The catalytic route was developed using the Aspen Plus® software, and the ACV was based on Ecoinvent data and simulated using SimaPro®, employing TRACI and Environment Footprint methods for assessing environmental impacts. The proposed catalytic route yielded superior results compared to the biotechnological pathway, both in terms of economic and environmental aspects. The proposed route demonstrates cost-effectiveness and competitiveness in relation to the biotechnological process, with a net present value to investment ratio (NPV/INV) of 2.03, an internal rate of return (IRR) of 38%, and a 18% lower production cost of 1,3-PDO compared to the biotechnological route. These gains are primarily attributed to reduced investment for constructing the new plant and lower energy demand during operation. The proposed led to fewer environmental impacts, particularly in categories like ecotoxicity, scarcity of fossil sources, and water usage, when compared to the biotechnological process. Catalytic route environmental improvements in these categories are linked to reduced consumption of natural gas and water compared to the biotecnological one. It was found that the glycerol purification step in the proposed route contributes the most to environmental impacts due to the use of sodium hydroxide as a homogeneous catalyst in biodiesel and glycerol production. The use of zeolite Y as a heterogeneous catalyst, in relation to the homogeneous one, could enhance process yield and decrease environmental impacts during glycerol separation, resulting in a significant reduction in generated waste. The process of obtaining 1,3-PDO from glycerol is scalable and has the potential to become a competitive pathway alongside commercial biotechnological production, transforming the product into a commodity.
Palavras-chave: Glicerol
1,3-propanodiol
Rota catalítica
Rota biotecnológica
Análise econômica
Avaliação do ciclo de vida
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica (PPEQ) 
Tipo de Acesso: Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/37835
Data do documento: 24-Jul-2023
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