O propilenoglicol, ou 1,2-propanodiol, é o produto de interesse deste presente trabalho. É um composto químico líquido inodoro, incolor, viscoso e altamente higroscópico (CHEMINDUSTRY, 2017). Possui aplicações em três grandes áreas industriais: cosméticos, alimentos e farmacêuticos. Por ter essa variedade de aplicações, o propilenoglicol é uma alternativa comercial para o excesso de glicerina obtido na produção de biodiesel. Sua fórmula estrutural está representada na Figura 2.13.
Figura 2.13: Fórmula estrutural do propilenoglicol (SIGMA-ALDRICH, 2016b)
O propilenoglicol é um dos quatro álcoois polihídricos mais frequentemente encontrados em alimentos. Não confere sabor adocicado em formulações como os outros álcoois e ajuda a reter a qualidade original dos alimentos (Dow, 2000).
Na indústria de cosméticos, ele é um solvente para corantes e fragrâncias, além de dispersar ingredientes. O propilenoglicol está presente em mais de 4000 produtos cosméticos, como produtos para pele e para o cabelo. Atua como veículo, emoliente, controlador de viscosidade, plastificante e umectante em muitos tipos de cosméticos (Dow, 2000).
O foco deste trabalho é seu uso e aplicação na indústria farmacêutica. É um produto que tem afinidade com compostos hidrofóbicos e hidrofílicos, o que confere a ele a capacidade de solubilizar uma variedade grande de produtos farmacêuticos. O álcool benzílico, que é um anestésico local, é miscível em todas as proporções em relação ao propilenoglicol, por exemplo. Atua também como emoliente e umectante de produtos de aplicação tópica, o que é fundamental para melhorar a aparência desses. A segurança de se trabalhar com o propilenoglicol é também um fator importante, já que seu manuseio e estocagem são simples (Dow, 2000).
O propilenoglicol é ideal para a indústria farmacêutica. É muito explorado por esse segmento, principalmente por possuir diversas aplicações para o desenvolvimento dessa indústria. É um produto econômico e eficaz, reconhecido por atingir prazo de até dois anos de validade quando armazenado em temperaturas de até 40°C em recipientes fechados e protegidos dos raios UV. O propilenoglicol é um excipiente não-ativo em produtos farmacêuticos, ou seja, auxilia que os medicamentos tenham a devida forma e eficiência farmacêutica. Assim, é aprovado por conselhos de qualidade e de segurança em várias jurisdições pelo mundo (Dow, 2014)
É um produto de múltiplas finalidades para essa indústria. Pode agir como solvente e extrator de ingredientes ativos como: Alcalóides, anestésicos locais, barbitúricos, corticóides, derivados de fenol e vitaminas A e D. Atua também como agente de ligação, dispersante, emoliente amaciante e suavizante, estabilizante de emulsão, modificador de viscosidade e umectante, isto é, que promove retenção de umidade, especialmente em produtos para a pele (DOW, 2014).
2.4.2 Rotas de obtenção
A rota principal de produção de propilenoglicol a nível industrial é através de um derivado de petróleo, o óxido de propileno. O propileno é produto do craqueamento do petróleo, e, ao reagir com o oxigênio, forma o óxido de propileno, que por sua vez irá reagir com água para a obtenção de uma mistura de propilenoglicóis que será destilada para a purificação em graus desejados. (PROPYLENE GLYCOL, 2017).
A produção de propilenoglicol a partir do glicerol evita a rota que envolve derivados de petróleo. Portanto, essa outra rota, que ainda não é utilizada em larga escala industrialmente, pode gerar muitos benefícios ao meio ambiente (VASILIADOU, 2009).
Figura 2.14: Rota para a obtenção de propilenoglicol a partir de glicerol (Adaptado de AKIYAMA et al., 2009)
Ao comparar a rota de obtenção do propilenoglicol a partir do óxido de propileno e a rota de obtenção a partir do glicerol, na figura 2.14 pode-se notar que a hidrogenólise do glicerol ocorre através de duas reações consecutivas, pois estudos mostram que alcoóis são resistentes a reações de hidrogenação (CHUN et al, 2007). Desta forma, a primeira reação é a desidratação do glicerol à hidroxiacetona e, em seguida, esta é hidrogenada à propilenoglicol (DASARI et al, 2005). Já a rota a partir do óxido de propileno envolve uma reação de adição com a utilização de etanol seguido de uma hidratação para assim obter o propilenoglicol. Na Figura 2.15 observa-se essa comparação.
Figura 2.15: Comparação da rota do propilenoglicol a partir do óxido de propileno e a partir do glicerol (BEHR et al., 2008)
Em 2011, a companhia Archer Daniels Midland abriu a primeira planta de produção comercial a partir do glicerol proveniente do biodiesel. A capacidade de produção é estimada em 100 mil toneladas por ano (NAKAGAWA et al., 2011). Assim como é apresentado na Figura 2.16, o propilenoglicol pode também ser formado com a utilização de catalisadores bifuncionais ácidos e metálicos. A função ácida do catalisador é responsável pela desidratação do glicerol, enquanto o metal catalisa a sucessiva hidrogenação, após formação do acetol. Pode-se também observar a rota para o 1,3-propanodiol, na qual o glicerol é desidratado a 3- hidroxipropanal para posteriormente ser hidrogenado.
Figura 2.16: Formação de propilenoglicol e 1,3-propanodiol com a utilização de catalisadores bifuncionais (Adaptado de NAKAGAWA et al., 2011).
2.4.3 Mercado do Propilenoglicol
Em 2013, a produção global de propilenoglicol cresceu 8% em relação a 2012 e ultrapassou a marca de 2.18 milhões de toneladas. Esse crescimento robusto pode ser explicado pelo lançamento da unidade de produção de propilenoglicol da Dow em março de 2013 na Tailândia, com uma capacidade anual estimada de 150 mil toneladas. Em 2013, a média global de taxa de operação de indústrias de propilenoglicol foi estimada em 77%. (Merchant Research and Consulting Ltd.,2014).
Em 2013, os Estados Unidos foi o país que mais produziu propilenoglicol no mundo, sendo responsável por 30% da cadeia global produtiva, como pode ser visto na Figura 2.17.
Ainda nesse ano, a capacidade mundial de produção de propilenoglicol foi estimada para mais de 2.81 milhões de toneladas. A região da Ásia-Pacífico foi responsável por 40% dessa capacidade, seguida pela América do Norte e Europa com partes de 29.18% e 26.94%, respectivamente. A divisão por região pode ser vista na Figura 2.18 (Merchant Research and Consulting Ltd., 2014).
Figura 2.17: Produção mundial de propilenoglicol por país para o ano de 2013 (Merchant Research and Consulting Ltd.,2014)
Figura 2.18: Capacidade mundial de produção de propilenoglicol por região para o ano de 2013 (Merchant Research and Consulting Ltd.,2014)
Ao comparar a Figura 2.17 e a Figura 2.18, nota-se que a produção de propilenoglicol está gradualmente se mudando para países asiáticos, especialmente a China.
2.4.3.1 Mercado Brasileiro
De acordo com dados do website Alice Web, no período entre janeiro de 2015 e janeiro de 2016, foram importados para o Brasil 20.120 toneladas de propilenoglicol somando US$25.172.63,00 o que revela que o produto tem uma demanda importante para o mercado nacional (ALICE WEB, 2017).
Trabalha-se sob a hipótese de produzir fatias dessa quantidade total importada de propilenoglicol em um ano, com o objetivo de suprir a demanda do mercado interno. Ainda, outra hipótese é que a grande maioria desse propilenoglicol importado se encontra especificado no grau farmacêutico, o que pode ser estimado se notarmos que os preços do produto especificado nesse grau são bem parecidos com aqueles relativos a quantidade importada de propilenoglicol.
Essa demanda não é suprida pela produção da indústria nacional, como mostram os números atrelados à importação. A produção do propilenoglicol internamente seria então uma alternativa interessante.
3. METODOLOGIA 3.1 Mercado do Biodiesel
Com o contínuo crescimento da produção de biodiesel no Brasil desde 2006, houve um consequente crescimento na produção de glicerina. Tendo em vista o objetivo de produzir propilenoglicol a partir do glicerol, apresentou-se a necessidade de realizar uma análise detalhada da produção de biodiesel no país. Além da análise histórica dos últimos anos da sua produção, foi utilizado como importante fator do estudo, possíveis metas governamentais de incentivo à utilização de biodiesel, desta forma, é possível determinar uma continuidade no crescimento da demanda do biodiesel no país. A análise da produção de biodiesel foi por região e por unidades produtoras por estado.
3.2 Mercado do Propilenoglicol
Foi realizada uma pesquisa no site oficial de Análise das Informações de Comércio Exterior (ALICEWEB), que divulga as estatísticas brasileiras de importação e exportação. Neste sistema os dados são atualizados mensalmente e tem como base informações do Sistema Integrado de Comércio Exterior (SISCOMEX). Este sistema foi utilizado para coleta de dados de importação do propilenoglicol para o Brasil nos anos de 2014, 2015 e 2016. Os dados estavam dispostos em massa de propilenoglicol, bem como seu valor de importação total em dólar FOB. Com isso, para cada um dos anos selecionados, calculou-se o preço do propilenoglicol por tonelada. Em seguida, determinou-se uma média entre estes três valores para a definição de um preço médio por tonelada do produto principal da planta.
Através da mesma ferramenta, foram obtidos dados relativos à massa importada anualmente de propilenoglicol pelo Brasil para os anos de 2014, 2015 e 2016. Realizou-se uma média entre os três valores coletados, para que cenários de produtividade para a planta pudessem ser definidos. O primeiro cenário visou uma pequena porção do mercado, 2% de toda a importação de propilenoglicol por ano no país. O segundo cenário de caráter intermediário buscou 5% de toda a importação de propilenoglicol, enquanto o terceiro cenário visou 10% do mercado de importação de propilenoglicol.
Baseado nos dados obtidos tanto no mercado do biodiesel, quanto no mercado do propilenoglicol, o objetivo foi realizar um mapeamento do melhor local para construção de uma planta industrial de transformação de glicerol em propilenoglicol. Realizar uma análise da localização dos maiores produtores do biodiesel e das principais indústrias farmacêuticas e buscar uma região que minimize os custos logísticos de transporte.