O sol é uma fonte abundante de energia térmica de baixa temperatura. Por outro lado, a disponibilidade intermitente e a falta de métodos eficazes para armazenamento de energia de curto e longo prazo complicam a viabilidade económica da tecnologia solar. Porém, se se concentrar a energia do sol, altas temperaturas na faixa de 600–1000 ° C podem ser alcançadas.
Assim, a energia solar concentrada pode fornecer calor para conduzir uma reação química, armazenando energia térmica do sol na forma de ligações químicas. Na indústria, as reações altamente endotérmicas são geralmente impulsionadas pelo calor derivado da queima de metano ou gás natural. Conduzir tais processos com energia solar térmica tem grande potencial para diminuir a pegada de carbono geral dos processos industriais uma vez comercializados.
De acordo com um relatório do Departamento de Energia de Manufatura Avançada dos EUA, cerca de metade da economia de energia potencial no setor petroquímico pode advir apenas da produção de etileno [1]. O etileno é o maior petroquímico do mundo em volume, com uma procura anual acima de 150 milhões de toneladas [2]. Industrialmente, o etileno é produzido por meio do craqueamento térmico de hidrocarbonetos leves, nafta ou gasóleo e hidrocarbonetos mais pesados.
Cracking de etano
(...) O cracking a vapor para produção de olefinas é considerado o processo que mais consome energia na indústria química [4]. Para um cracker a vapor de etano típico, aproximadamente 70% do custo operacional da produção de etileno é energia.
(...) Do ponto de vista económico, o custo operacional poderia ser bastante reduzido se uma fonte renovável de energia fosse usada para substituir o gás natural para a produção de calor. Um processo solar térmico que elimine a necessidade de combustíveis fósseis no reator ou nas seções de produção de vapor aumentaria potencialmente a eficiência energética em pelo menos 47%.
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Fonte: F. Lei, L. Freiberg, Y.Wang, I. Reddick, G. Jovanovic, A. Yokochi, N. AuYeung, Non-catalytic ethane cracking using concentrated solar energy, Chemical Engineering Journal, 355 (2019) 58-64.
Para que precisamos do etileno?
O etileno é a matéria-prima utilizada na fabricação de polímeros como polietileno (PE), tereftalato de polietileno (PET), cloreto de polivinil (PVC) e poliestireno (PS), além de fibras e outros produtos químicos orgânicos. Esses produtos são usados em uma ampla variedade de mercados industriais e de consumo, como embalagens, transporte, indústria elétrica / eletrónica, têxtil e construção, bem como produtos químicos de consumo, revestimentos e adesivos.
O maior mercado, responsável por 60% da procura global de eteno, é o polietileno. O polietileno de baixa densidade (LDPE) e o polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) são usados principalmente em aplicações de filmes, como embalagens para alimentos e não alimentícios, filme retrátil e extensível e usos não relacionados com embalagens. O polietileno de alta densidade (HDPE) é usado principalmente em aplicações de moldagem por sopro e injeção, como containers, tambores, utensílios domésticos, tampas e paletes. O HDPE também pode ser extrudado em tubos para água, gás e irrigação, e filme para sacos de lixo, sacolas e revestimentos industriais.
O segundo maior mercado do etileno é o óxido de etileno (EO), que é usado principalmente para fazer etilenoglicol. A maior parte do monoetilenoglicol (MEG) é usada para fazer fibras de poliéster para aplicações têxteis, resinas PET para garrafas e filme de poliéster. O MEG também é usado em aplicações anticongelantes. Outros derivados do EO incluem etoxilatos (para uso em xampus, produtos de limpeza de cozinha, etc.), éteres de glicol (solventes, combustíveis, etc.) e etanolaminas (surfactantes, produtos de higiene pessoal, etc.).
O 1,2-Dicloroetano (EDC) é feito pela cloração do etileno e pode ser quebrado para formar o monômero de cloreto de vinil (VCM). Quase todo o VCM é usado para fazer cloreto de polivinil, que tem suas principais aplicações na indústria da construção.
O etileno pode também reagir com benzeno para fazer etilbenzeno, que é posteriormente processado em estireno. Os principais mercados de escoamento do estireno são polímeros e borrachas sintéticas, como poliestireno, acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) e borracha de estireno-butadieno (SBR).
Outros derivados de etileno incluem alfa olefinas que são usadas na produção de LLDPE, álcoois detergentes e álcoois plastificantes; monómero de acetato de vinila (VAM) que é usado em adesivos, tintas, revestimentos de papel e resinas de barreira; e etanol industrial, que é usado como solvente ou na fabricação de intermediários químicos, como acetato de etila e acrilato de etila.
O etileno é um dos petroquímicos de maior volume. Com uma gama diversificada de usos finais, a demanda é sensível aos ciclos econômicos e de energia. Muitas vezes, é visto como um barómetro do desempenho da indústria petroquímica como um todo.
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