Como o desenvolvimento de processos molda o setor moderno?

O desenvolvimento de um processo requer a aplicação de uma metodologia rigorosa e adaptável para otimizar seu desempenho e, ao mesmo tempo, minimizar seu impacto ambiental e controlar os riscos associados à sua industrialização. Essa metodologia deve possibilitar a integração do desempenho técnico e econômico, da sustentabilidade e das avaliações de segurança desde os primeiros estágios de desenvolvimento, garantindo uma transição rápida e controlada para a escala industrial. Ao estruturar os estágios de projeto, dimensionamento e validação, ela ajuda a reduzir o tempo de colocação no mercado, um fator essencial para a competitividade em um contexto industrial em constante mudança.

1. Aquisição de dados básicos e caracterização das condições do processo : a primeira etapa do desenvolvimento de um processo envolve a coleta e a análise das propriedades físicas dos produtos, além de dados termodinâmicos (entalpias de reação, coeficientes de transferência de calor, equilíbrio de fases etc.) e dados cinéticos (taxas de reação, ordens de reação, influência dos parâmetros operacionais etc.). A caracterização rigorosa forma a base para a seleção das tecnologias mais adequadas, definindo a sequência de operações da unidade (reação, separação, purificação) e, por fim, otimizando o desempenho geral do processo e antecipando os riscos associados ao aumento de escala.

2. Estudos comparativos e seleção de tecnologias: a segunda fase do desenvolvimento do processo envolve a identificação da solução de produção mais adequada. Para isso, são usadas ferramentas de seleção de tecnologia digital (como o PROCIP) e softwares de modelagem e simulação de processos, como o Aspen Plus. Graças à experiência de engenheiros especializados e aos dados adquiridos anteriormente, essas ferramentas podem ser usadas para prever o desempenho dos vários processos previstos. Além disso, estudos técnicos e econômicos e análises de ciclo de vida (LCA) possibilitarão a seleção do processo mais eficiente, confiável e sustentável.

3. Escalas de laboratório e piloto: essa etapa consiste em testar experimentalmente o processo em desenvolvimento. Essa fase é essencial para validar a modelagem e as simulações numéricas em condições próximas às da produção industrial. Esse estágio também é particularmente útil para ajustar os parâmetros operacionais e garantir que o processo atenda aos critérios de segurança, sustentabilidade e lucratividade. Ela também desempenha um papel fundamental na produção de amostras representativas, permitindo a validação das propriedades de aplicação dos produtos e sua adequação às exigências do mercado. Por fim, ao garantir o aumento de escala, esse estágio progressivo desempenhará um papel central no dimensionamento e na fabricação do equipamento final, reduzindo assim o risco do investimento industrial.

4. Industrialização: esse é o estágio final do desenvolvimento de um processo, marcando a transição crucial do laboratório para a produção em larga escala. Ela inclui a consolidação do livro de processos, que reúne todos os dados necessários para os estudos de engenharia, até a construção da unidade industrial ou de demonstração. A boa comunicação e a transferência eficaz entre as equipes de desenvolvimento e industrialização são essenciais para o sucesso do projeto.

O desenvolvimento de processos desempenha um papel fundamental na evolução de muitos setores industriais, respondendo às necessidades específicas de cada área e, ao mesmo tempo, respondendo aos desafios ambientais e econômicos atuais.

➡️ A indústria química e a economia circular

Historicamente, o desenvolvimento de processos químicos levou a avanços espetaculares. Por exemplo, o processo Haber-Bosch, desenvolvido no início do século XX, possibilitou a produção em larga escala de amônia, essencial para a manufatura de fertilizantes agrícolas. Esse processo químico inovador transformou fundamentalmente a agricultura global, assegurando a alimentação de bilhões de pessoas.

Hoje, o setor químico precisa se reinventar para enfrentar os desafios das mudanças climáticas. A necessidade de reduzir o consumo energético e a geração de efluentes fizeram com que todos os atores do setor adotassem práticas mais sustentáveis. Surgiram inúmeras iniciativas para conciliar sustentabilidade e competitividade, como o desenvolvimento de novos métodos de recuperação de materiais plásticos (consulte REPOS). Esses novos processos promovem uma economia circular, graças, principalmente, à reutilização de resíduos poliméricos. Para que esses projetos se concretizem em larga escala, o trabalho de concepção e desenvolvimento de processos desempenha uma função essencial.

➡️ Produtos bio-based como alternativa

Os processos bio-based desempenham um papel fundamental na transição para uma indústria mais sustentável, explorando recursos naturais renováveis para conceber produtos inovadores ou oferecer alternativas mais ecológicas aos produtos existentes. Em particular, processos bio-based utilizam carbono biogênico (derivado de biomassa) para substituir matérias-primas fósseis tradicionalmente usadas na produção de químicos e materiais.

Um exemplo emblemático é a conversão de produtos agrícolas em bioplásticos biodegradáveis, uma alternativa promissora aos plásticos de base petroquímica. Graças aos avanços da biotecnologia, o desenvolvimento de processos inovadores, como a fermentação microbiana, está possibilitando a produção de bioplásticos, como os polihidroxialcanoatos (PHA), polímeros100% compostáveis com propriedades comparáveis às dos plásticos convencionais. Uma abordagem rigorosa para o desenvolvimento de processos bio-based garante sua viabilidade econômica e ambiental, controlando os impactos associados.

➡️ Descarbonização

A descarbonização industrial é um grande desafio para reduzir a pegada de carbono dos processos de produção e limitar as emissões de gases de efeito estufa, especialmente o dióxido de carbono (CO₂). Nesse contexto, o desenvolvimento de tecnologias inovadoras que permitem a captura e a valorização do CO₂ representa um passo estratégico em direção a um setor mais sustentável.

O projeto VIVALDI está totalmente alinhado com esse objetivo, explorando as emissões de CO₂ das biorrefinarias para transformá-las em ácidos orgânicos, como o ácido acético, por meio de uma etapa de fermentação microbiana. Em vez de ser emitido para a atmosfera, esse CO₂ é usado como matéria-prima para a produção de moléculas de alto valor agregado, reduzindo a dependência dos recursos fósseis tradicionalmente usados para sua síntese. Ao integrar estratégias de Captura e Utilização de Carbono (CCU), o projeto VIVALDI ilustra como a inovação tecnológica pode não apenas limitar o impacto ambiental das indústrias, mas também desenvolver novas rotas de produção de baixo carbono.

O desenvolvimento de processos é um pilar estratégico da transformação industrial, combinando ciência e engenharia para otimizar a conversão de matérias-primas em produtos de alto valor agregado. É um processo complexo de múltiplas etapas, cada uma delas essencial para garantir a eficiência, a segurança e a sustentabilidade do processo final. Durante todo esse processo, é essencial seguir uma metodologia rigorosa, integrando ferramentas tecnológicas avançadas e conhecimento humano para prever desafios e minimizar riscos. A Processium, graças à sua reconhecida experiência na área da engenharia de processos, se destaca como líder no desenvolvimento e na industrialização de processos inovadores. Seu know-how garante suporte sob medida, assegurando soluções personalizadas que atendem aos requisitos específicos de cada projeto.

Por fim, hoje, mais do que nunca, o desenvolvimento de processos oferece soluções concretas para enfrentar os desafios ambientais, reduzir as emissões de CO₂ e melhorar a sustentabilidade da atividade industrial. Ao integrar tecnologias inovadoras, como a conversão de emissões de CO₂ em produtos de alto valor agregado, ou a produção de bioplásticos biodegradáveis, os processos industriais estão se tornando protagonistas da descarbonização e da transição energética. Esse desenvolvimento, focado em abordagens de economia circular e de baixo carbono, representa um importante pilar para um futuro industrial que seja competitivo e responsável frente às questões ambientais globais, colocando a otimização de recursos e a redução de impacto ambiental no centro das estratégias industriais.