aula A evolução industrial e a Química Verde ou biotecnologia Indústria Química e Sociedade Autores Ana Cristina Facundo de Brito

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Ana Cristina Facundo de Brito

Daniel de Lima Pontes

Indústria Química e Sociedade

A evolução industrial e

a Química Verde ou biotecnologia

Autores

aula

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Divisão de Serviços Técnicos

Catalogação da publicação na Fonte. Biblioteca Central Zila Mamede – UFRN

Coordenadora da Produção dos Materiais

Vera Lucia do Amaral

Coordenadora de Revisão

Giovana Paiva de Oliveira

Coordenador de Edição

Ary Sergio Braga Olinisky

Projeto Gráﬁ co

Ivana Lima

Revisores de Estrutura e Linguagem

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Revisora das Normas da ABNT

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Revisores de Língua Portuguesa

Cristinara Ferreira dos Santos Emanuelle Pereira de Lima Diniz Janaina Tomaz Capistrano Kaline Sampaio de Araújo

Revisoras Tipográﬁ cas

Adriana Rodrigues Gomes Margareth Pereira Dias Nouraide Queiroz Arte e Ilustração Adauto Harley Carolina Costa Heinkel Hugenin Leonardo Feitoza Roberto Luiz Batista de Lima

Diagramadores

Elizabeth da Silva Ferreira Ivana Lima

José Antonio Bezerra Junior Mariana Araújo de Brito Priscilla Xavier

Adaptação para Módulo Matemático

Joacy Guilherme de A. F. Filho

Governo Federal

Presidente da República

Luiz Inácio Lula da Silva

Ministro da Educação

Fernando Haddad

Secretário de Educação a Distância

Carlos Eduardo Bielschowsky

Reitor

José Ivonildo do Rêgo

Vice-Reitora

Ângela Maria Paiva Cruz

Secretária de Educação a Distância

Vera Lucia do Amaral

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2 Apresentação

Atualmente, fala-se muito em Química Verde, entretanto, poucos sabem do que se trata e qual sua importância. Nesta aula, falaremos um pouco sobre esse assunto, trataremos de sua importância e relação com a indústria química.

Objetivos

Compreender o signiﬁ cado e a importância da Química Verde.

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O que é Química Verde

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termo “revolução verde” é muito utilizado na agricultura, sua utilização iniciou-se logo depois da Segunda Guerra Mundial para identiﬁ car a alteração na prática agrícola que passava a contar com vários produtos com origem na indústria química, como fertilizantes e pesticidas, além da biologia agrícola que utiliza espécies hibridas. Essa revolução tinha como objetivo aumentar a produtividade agrícola e, por conseguinte, eliminar a fome no planeta, daí vem a origem do seu nome.

Entretanto, essa mesma revolução resultou em numerosos problemas de poluição, já comentamos na Aula 9 – O meio ambiente. Esses problemas ambientais levaram a sociedade a movimentar-se e a exigir solução para os problemas da poluição. Tal preocupação levou os químicos a buscar soluções e também alterar suas práticas, surgindo assim o que chamamos de Química Verde (QV).

O termo começou a ser usado nos Estados Unidos, em 1990, para fazer referência à legislação ambiental de prevenção à poluição. Desde então, esse termo vem ganhando força e cada vez mais adeptos. Muitas indústrias têm buscado aliar a produção com boas práticas de não poluição, estimuladas exatamente pelos químicos adeptos da Química Verde.

A seguir, segue um texto extraído do site da ABIFINA sobre a Química Verde, é muito interessante contarmos com o ponto de vista da indústria.

Química Verde

Leodônio Francisco Schroeder

A necessidade de aderirmos à Química Verde baseia-se em dois fatos fundamentais: (1) a nave Terra não suporta mais poluição: pelo contrário, somos obrigados a reduzir os estragos já feitos; (2) as fontes de matérias-primas e energia até agora utilizadas estão se esgotando.

Os princípios da Química Verde estimulam a superação desses pontos críticos, por meio das seguintes estratégias e ações.

 Prevenção da poluição e de acidentes: evitar a formação de substâncias tóxicas, detectando-as antes de sua geração, a partir de análises em tempo real e escolher processos e substâncias que diminuem os riscos de acidentes, como vazamentos, incêndios e explosões. É mais barato evitar a formação de resíduos tóxicos do que tratá-los depois que eles são gerados.

 Eﬁ ciência atômica: os métodos desenvolvidos para a obtenção de produtos sintéticos devem levar em consideração uma otimização em nível atômico ao incorporar o maior número possível de átomos dos reagentes no produto ﬁ nal.

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 Síntese segura: as metodologias sintéticas devem utilizar e gerar substâncias com pouca ou nenhuma toxicidade para a saúde humana e o meio ambiente.

 Produtos seguros e degradáveis: deve-se buscar o desenvolvimento de produtos que, após realizarem a função desejada, sejam degradáveis e não causem danos ao ambiente.

 Eﬁ ciência de energia: utilizar processos que ocorram à temperatura e pressão ambientes, para diminuir signiﬁ cativamente os impactos ambientais e econômicos causados pela geração da energia.

 Matéria-prima renovável: o uso de biomassa como matéria-prima deve ser priorizado no desenvolvimento de novas tecnologias e processos.

 Catálise: Utilizar catalisadores (tão seletivos quanto possível) em substituição aos reagentes estequiométricos.

A necessidade de adotarmos esses princípios em nossas atividades de ensino, pesquisa e também em atividades empresariais é urgente, pois, apesar dos esforços já realizados e dos progressos alcançados, ainda pesa sobre a indústria química o estigma de estar relacionada com a poluição e a degradação ambiental. Sob o ponto de vista da efi ciência atômica e energética, podemos melhorar muito: enquanto a química pesada gera de 1 a 5 kg de subprodutos por quilo de produto fi nal, na química fi na esse fator é de 5 a 50. As oportunidades para otimização são enormes.

É no item matéria-prima renovável que está nossa grande oportunidade para nos inserirmos e liderarmos a Química Verde. Temos um enorme potencial e uma alta competitividade para produzir biomassa. No Brasil, um hectare de cana produz 6.800 litros de etanol, enquanto nos Estados Unidos, onde o álcool é produzido a partir do milho, cada hectare produz 3.200 litros. No custo de produção, também somos imbatíveis. Nosso custo é de 20 centavos de dólares por litro, ante 47 centavos do álcool de milho norte-americano e 32 centavos do álcool de cana australiano. Em 2005, os negócios com etanol no Brasil movimentaram 6,2 bilhões de dólares, sendo que apenas 19 milhões (0,3%) foram com a venda de álcool como insumo para a indústria química.

Com semelhantes potencialidade e competitividade, podemos produzir óleos vegetais, celulose, amidos, açúcares e proteínas. No Brasil, um hectare de eucalipto produz 7.000 kg de celulose por ano, podendo essa produtividade ser duplicada. Dendê produz até 5.000 kg de óleo por hectare-ano. Um hectare de soja produz 1.200 kg de proteína e 600 kg de óleo. A produção de mamona pode chegar a 4.000 kg por hectare, com 47% de óleo. Seremos líderes mundiais na produção de biomassa e bioenergia. Temos em abundância os insumos básicos: luz, solo e água.

Com o petróleo a 70 dólares o barril, essas fontes de matérias-primas deverão ser cada vez mais utilizadas, não apenas por serem mais sustentáveis, mas também por razões econômicas. Nossa química será cada vez menos aromática, baseada em BTX (benzeno, tolueno e xileno), para se tornar mais doce e verde.

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Atividade 1

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O que é a Química verde

Qual a importância da Química Verde para a sociedade

Alguns objetivos

da Química Verde

Apesar da indústria química responder por apenas uma parte de todo o segmento industrial, ela está concentrando esforços para melhorar seus processos e minimizar os prejuízos ambientais.

A Química Verde tem como objetivo promover o desenvolvimento e a aplicação de produtos e processos químicos compatíveis com a saúde humana e que preservem o meio ambiente. Abaixo, indicamos alguns dos princípios mais importantes que governam a QV:

 é melhor evitar os rejeitos do que tratá-los ou limpá-los depois de criados;

 ao sintetizar novas substâncias, o método empregado deverá gerar o mínimo de produtos de rejeitos. As substâncias geradas devem possuir pouca ou nenhuma toxicidade à saúde humana e ao ambiente;

 os processos químicos devem ser desenvolvidos para ser tão eﬁ ciente em termos de energia quanto possível, evitando altas temperaturas e pressões;

 quando possível, devemos usar catalisadores contendo substâncias comuns e seguras;

 quando for técnica e economicamente viável, as matérias-primas usadas para os processos químicos devem ser provenientes de estoque com suprimentos renováveis;

 as substâncias auxiliares, como solventes, devem ser eliminadas ou transformadas em inócuas quando possível.

Algumas áreas da química são mais fáceis de seguir os princípios da QV que outras, entretanto, a preocupação com o meio ambiente deve ser uma constante. A seguir, iremos comentar um pouco sobre algumas dessas áreas.

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F F F F C C n CH₃ H₃C Para-xileno C HO O O C OH Ácido tereftáico 190 ˚C, 20 atm + 302 Catalisador

Solventes e reagentes

A principal preocupação nos processos químicos é o uso de compostos orgânicos voláteis como solventes para reações. O solvente geralmente não é consumido na reação, entretanto, existem liberações para o ambiente dessa substância. Essa evaporação deve ser extremamente controlada, pois alguns solventes são tóxicos ou podem se decompor, gerando um rejeito. O uso de ﬂ uidos supercríticos apresenta-se como uma alternativa de substituição dos solventes convencionais.

A indústria química Du Pont é um exemplo de investimento na tentativa de substituir solventes tóxicos, por exemplo, ele utiliza como solvente o CO₂, gás não tóxico presente na nossa atmosfera e poluente, na produção do politetrafl uoroetileno (conhecido como tefl on) e copolímeros com tetrafl uoroetileno. O benefi cio da utilização do gás carbônico é o de substituir solventes voláteis causadores de prejuízos à camada de ozônio da Terra, além de reduzir custos, pois o gás é facilmente encontrado na atmosfera.

Figura 1 – Estrutura do monômetro do politetraﬂ uoroetileno (Teﬂ on)

Outro exemplo é o de preparação de plásticos e ﬁ bras de poliéster de tereftalato de polietileno (PET), em que seu precursor, o ácido tereftálico, é obtido através de altas temperaturas e elevada pressão (Figura 2). O catalisador é uma mistura de manganêscobalto, o oxigênio é o agente oxidante e o solvente é o ácido acético (CH₃COOH).

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Atividade 2

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Um grupo de pesquisadores na Inglaterra desenvolveu uma rota alternativa que utiliza a água supercrítica como solvente e o peróxido de hidrogênio (água sanitária) como oxidante. Essa nova rota tem várias vantagens como a eliminação da utilização do ácido acético e o uso de um agente oxidante inócuo. Se essa rota puder ser substituída em escala industrial, irá proporcionar um enorme beneﬁ cio ao meio ambiente.

Em muitos processos importantes da sociedade moderna, são usados reagentes químicos que não são encontrados na natureza. Na lavagem a seco de roupas, normalmente usam-se solventes orgânicos clorados, como o tetracloroetileno (Cl₂C=CCl₂), que podem provocar câncer. O uso desses e outros solventes semelhantes na lavagem a seco, limpeza de metais e outros processos industriais tem contaminado a água do subsolo em algumas áreas. Os métodos de lavagem a seco alternativos que empregam gás carbônico (CO₂) supercrítico, como agente de limpeza especial, são atualmente comercializados com sucesso.

As carrocerias metálicas de carro são revestidas cuidadosamente para evitar ou retardar o máximo o processo de corrosão. Uma das etapas mais importante é a eletrodeposição de uma camada de íons que cria uma interface entre o corpo de veículo e os revestimentos poliméricos, servindo como revestimento inferior para a pintura.

Antigamente, utilizava-se o chumbo como metal de escolha para a inclusão na mistura de eletrodeposição. Entretanto, o chumbo é altamente tóxico, sendo seu uso em pinturas e revestimento eliminado. Algumas indústrias automotivas de revestimento desenvolveram o hidróxido de ítrio, que é relativamente não tóxico, visando substituir o chumbo. Quando esse revestimento é aquecido, o hidróxido é convertido a óxido, produzindo assim um revestimento insolúvel, muito semelhante à cerâmica.

Discuta como o catalisador pode tornar os processos mais eﬁ cientes energeticamente.

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Resumo

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Nesta aula, estudamos sobre a Química Verde (QV) que tem como objetivo promover o desenvolvimento e a aplicação de produtos e processos químicos compatíveis com a saúde humana e que preservam o meio ambiente. As áreas em que os princípios da Química Verde podem operar para melhorar a qualidade ambiental incluem escolhas de solventes, reagentes para reações químicas, desenvolvimento de processos alternativos e melhoramentos nos sistemas e práticas existentes.

Autoavaliação

Cite os princípios da Química Verde

Por que a Química Verde é tão importante para a humanidade

O que são créditos de carbono e como podem ser utilizados

Quais os principais pontos no tratado de Kyoto

Um dos princípios da QV é o de que é melhor prevenir a formação de resíduos que limpá-los depois de formados. Como esses princípios se relacionam, se é que se relacionam, com a eﬁ ciência energética

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Anotações

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA QUÍMICA – ABIQUIM. Disponível em: <www. abiquim.com.br>. Acesso em: 23 out. 2009.

CARRARA JÚNIOR, E.; MEIRELLES, H. A indústria química e o desenvolvimento do Brasil. São Paulo: Metalivros, 1996.

INSTITUTO ADOLFO LUTZ – IAL. Disponível em: <http://www.ial.sp.gov.br/>. Acesso em: 17 dez. 2009.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA – IBGE. Dados estatísticos da

indústria brasileira. Rio de Janeiro, 2003.

WONGTSCHOWSKI, P. Indústria química: riscos e oportunidades. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2002.

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