Carbon dioxide hydrogenation to liquid hydrocarbons: process simulation and assessments (2025)
- Authors:
- Autor USP: SANTOS, MAGNO FONSECA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PQI
- Subjects: DIÓXIDO DE CARBONO; HIDROCARBONETOS; PROCESSOS QUÍMICOS; SIMULAÇÃO
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: As emissões antrópicas de CO₂ são a principal causa do aquecimento global e representam mais de 75% das emissões de gases de efeito estufa. Apesar dos avanços no uso de fontes de energia renovável, as emissões de CO₂ ainda persistem, o que torna essencial o desenvolvimento de tecnologias de captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS). O CO₂ pode ser convertido em produtos de alto valor agregado, fortalecendo a cadeia de valor da CCUS. Entre as rotas de valorização do CO₂, a reação reversa de deslocamento gás-água (RWGS) destaca-se como uma alternativa sustentável para a produção de gás de síntese (syngas), o qual pode ser utilizado como precursor na síntese de hidrocarbonetos por meio da síntese Fischer-Tropsch (SFT). Esta tese, desenvolvida no âmbito do projeto CO₂CHEM liderado pela Repsol Sinopec Brasil, tem como foco a simulação e avaliação da reação RWGS integrada à produção de hidrogênio via eletrólise da água e à SFT para produção de hidrocarbonetos líquidos. O objetivo é a produção de hidrocarbonetos na faixa do diesel, oferecendo uma alternativa viável para a utilização do CO₂ na transição energética. Foram analisadas diferentes configurações para uma planta de produção de diesel a partir de CO₂. Estas incluíram eletrólise da água com membrana de troca prótonica, reatores de leito fixo convencionais e com membrana permeável à água para a reação RWGS, tecnologias de purificação de syngas como adsorção por oscilação de pressão e absorção com metildietanolamina, reatores de leito fixo para a SFT, uma etapa de hidrotratamento e uma coluna de destilação atmosférica. As configurações foram avaliadas sob os aspectos técnico, econômico e ambiental, incluindo Avaliação do Ciclo de Vida e Limites Planetários. Uma contribuição central desta tese está no desenvolvimento de umaavaliação integrada e sistêmica que combina simulação rigorosa dos processos com essas análises. Diferentemente da maioria dos estudos, que tratam essas dimensões separadamente, este trabalho adota uma abordagem holística que permite compreender com maior profundidade os trade-offs, sinergias e gargalos associados à produção de combustíveis a partir de CO₂. Todas as configurações mostraram-se tecnicamente viáveis, com conversões de carbono para hidrocarbonetos líquidos variando entre 71% e 75%. A análise econômica indicou que o processo é altamente dependente da produção de H₂ e apresenta inviabilidade econômica, com valores presentes líquidos negativos. Do ponto de vista ambiental, a configuração que utiliza o reator de membrana para a reação RWGS apresentou desempenho superior em comparação à produção de diesel convencional, especialmente em relação ao potencial de aquecimento global e à demanda energética primária. A tese oferece percepções sobre os desafios do escalonamento tecnológico de rotas para produção de combustíveis a partir de CO₂ e identifica pontos-chave de alavancagem que são essenciais para o avanço de sistemas CCUS. De modo geral, o processo apresenta vantagens ambientais e tecnológicas relevantes, mas ainda é economicamente inviável nas condições atuais. Otimização de processos, redução de custos e marcos regulatórios favoráveis são essenciais para viabilizar a utilização sustentável do CO₂ e alinhar essas tecnologias às fronteiras planetárias e às metas climáticas de longo prazo.
- Imprenta:
- Data da defesa: 12.09.2025
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ABNT
SANTOS, Magno Fonseca. Carbon dioxide hydrogenation to liquid hydrocarbons: process simulation and assessments. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032026-082134/pt-br.php. Acesso em: 15 abr. 2026. -
APA
Santos, M. F. (2025). Carbon dioxide hydrogenation to liquid hydrocarbons: process simulation and assessments (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032026-082134/pt-br.php -
NLM
Santos MF. Carbon dioxide hydrogenation to liquid hydrocarbons: process simulation and assessments [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 15 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032026-082134/pt-br.php -
Vancouver
Santos MF. Carbon dioxide hydrogenation to liquid hydrocarbons: process simulation and assessments [Internet]. 2025 ;[citado 2026 abr. 15 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032026-082134/pt-br.php
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