Outras áreas de pesquisa que estão sendo comercializadas agora incluem nanotecnologia, biotecnologia e o desenvolvimento de biocombustíveis para complementar o fornecimento de petróleo. Benefícios significativos para o meio ambiente vieram da pesquisa para desenvolver processos que levam a uma melhor octanagem da gasolina, tintas à base de água, substitutos para clorofluorocarbonos (CFC) e o desenvolvimento da Química Verde como uma área de pesquisa ativa.

Da pesquisa à produção

A pesquisa realizada nos laboratórios da indústria e das universidades é apenas o primeiro passo. Estas descobertas têm de ser convertidas em processos industriais realistas. Este é o trabalho do engenheiro químico que é responsável pela tradução da química do laboratório em maior escala. Aumentar a produção de gramas em condições de laboratório para milhares de toneladas numa fábrica industrial em escala real é um trabalho muito meticuloso para químicos e engenheiros químicos. As etapas intermediárias entre a produção em laboratório e a produção em larga escala envolvem equipamentos capazes de imitar o processo em larga escala e permitir que sejam encontradas as condições mais favoráveis para um alto rendimento do produto obtido a um ritmo adequado (Figura 7).

Figure 7 Um exemplo mostrando alguns reatores piloto batch que são separados e
operar em paralelo. Um computador controla cada um e os usuários podem realizar séries
de experimentos, mudança de temperatura, pressão e composição do catalisador.
Por permissão do Cambridge Reactor Design Ltd.

A fotografia abaixo (Figura 8) mostra um estágio intermediário no qual foi feita uma planta piloto, para encontrar as condições mais adequadas para o novo processo OMEGA para produzir etano-1,2-diol. Esta é uma etapa muito importante, pois muitas vezes as condições adequadas para o processo em laboratório não são necessariamente adequadas quando o processo é transferido para equipamentos de maior escala. Assim, muitas experiências são realizadas sob condições muito cuidadosamente controladas para obter o máximo rendimento. Os químicos e engenheiros químicos que fazem este trabalho também devem ter em mente que o rendimento máximo pode envolver custos adicionais que tornam o processo não econômico.

Figure 8 A planta piloto do novo processo OMEGA para fazer etano-1,2-diol.
Por permissão da Shell International Ltd.

Se este trabalho for bem sucedido a próxima etapa é fazer o material em uma escala comercial que, como no caso do etano-1,2-diol, é muitas centenas de milhares de toneladas por ano (Figura 9). A rentabilidade do produto reside no desenho do reator em escala industrial necessário para a fabricação segura dos produtos desejados. O custo de capital de tal planta provavelmente será de milhões de dólares.

Figura 9 A planta real para o novo processo OMEGA de fabricação de etano-1,2-diol, construída após ensaios bem sucedidos na planta piloto. Esta planta produz 750 000 toneladas de diol por ano. Por meio de permissão da Shell International Ltd.

Desenhar uma fábrica é um projecto de equipa e os químicos, designers de fábrica e engenheiros químicos seleccionam os materiais adequados para a construção da fábrica. Embora a imagem comum seja de plantas químicas feitas de aço brilhante, muitos outros materiais são utilizados na sua construção, incluindo uma grande variedade de metais, plásticos, vidro e borracha. Como os materiais de construção são eles próprios químicos, a escolha de materiais que não reagem com os químicos envolvidos no processo é essencial para evitar interacções perigosas, a avaria da fábrica ou a contaminação do produto.

Os materiais de construção devem ser

• interpretados a reagentes, intermediários e produtos
• capazes de suportar pressões e temperaturas muito altas quando necessário
• duráveis.

A indústria química: quão segura e como regulada ambientalmente?

A segurança deve estar no topo da agenda da indústria química e por bons motivos. Muitos de seus produtos são potencialmente perigosos em algum estágio durante sua fabricação e transporte. Estes produtos químicos podem ser sólidos, líquidos ou gases, inflamáveis, explosivos, corrosivos e/ou tóxicos. Os processos de fabricação freqüentemente envolvem altas temperaturas, altas pressões e reações que podem ser perigosas, a menos que sejam cuidadosamente controladas. Por isso a indústria opera dentro dos limites de segurança exigidos pela legislação nacional e internacional.

Figure 10 O ácido fluorídrico é um líquido muito corrosivo. Aqui está a ser
Carregado automaticamente num camião cisterna.
Por permissão do Mexichem Fluor.

Riscos e ferimentos

Apesar de lidar com operações perigosas, a indústria química tem na realidade um número de acidentes inferior ao da indústria como um todo. Entre 1995 e 2005, em toda a produção europeia de todos os tipos, houve mais de 4 feridos por cada 1000 empregados, o dobro do que se registou na indústria química. Os dados dos EUA, registrados como dias perdidos devido a acidentes, mostram uma diferença ainda maior; o número de dias perdidos em grandes empresas da indústria química por acidentes é 4 vezes menor do que na fabricação em geral.

Figura 11 O pessoal recebe treinamento extensivo no uso de roupas e equipamentos de segurança. Nesta fotografia, a manutenção está sendo realizada em um reator utilizado para produzir hidrofluoroalcanos. Por meio de permissão de Arkema.

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Regulamentações ambientais

Existem sérias preocupações sobre o potencial impacto de certos produtos químicos fabricados sobre os organismos vivos, incluindo nós mesmos, e sobre o ambiente natural. Estas preocupações incluem a poluição do ar, da terra e do mar, o aquecimento global e as alterações climáticas, o empobrecimento da camada superior da atmosfera e a chuva ácida.

A indústria química tem uma iniciativa mundial intitulada Responsible Care. Ela começou no Canadá em 1984 e é praticada atualmente em mais de 60 países. Ela compromete as associações e empresas nacionais da indústria química a:

• Aprimorar continuamente os conhecimentos e o desempenho ambiental, de saúde, de segurança e de conhecimento e desempenho de nossas tecnologias, processos e produtos ao longo de seus ciclos de vida, a fim de evitar danos às pessoas e ao meio ambiente.
• Utilizar os recursos de forma eficiente e minimizar o desperdício.
• Relatar abertamente sobre desempenho, realizações e deficiências.
• Ouvir, engajar-se e trabalhar com as pessoas para compreender e abordar suas preocupações e expectativas.
• Cooperar com governos e organizações no desenvolvimento e implementação de regulamentos e normas eficazes, e para cumpri-los ou ir além deles.

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• Prover ajuda e aconselhamento para promover a gestão responsável de produtos químicos por todos aqueles que os gerem e utilizam ao longo da cadeia de produtos.

Nos EUA, as empresas químicas gastam mais de 12 bilhões de dólares por ano em programas ambientais, de saúde e segurança. Isto, por exemplo, levou à redução de liberações perigosas para o ar, terra e água em 80% nos últimos 25 anos. Outra medida ambiental diz respeito ao uso de energia. Nos 20 anos desde 1994, a indústria química nos EUA economizou cerca de 20% de energia por unidade de produção e, no mesmo período, a energia economizada por unidade de produção na UE diminuiu em 55%. A emissão de gases de efeito estufa por unidade de produção (a intensidade de gases de efeito estufa) diminuiu 58% e 75% nos EUA e na UE, respectivamente, entre 1990 e 2014.

Regulamentações estão em vigor em todos os principais países. Na Europa, elas são aplicadas através do REACH (Registration, Evaluation Authorisation and restriction of Chemicals). Eles estão mudando fundamentalmente a maneira como os produtos químicos são feitos, vendidos e usados, fornecendo uma estrutura única padronizada para a gestão segura de produtos químicos. O REACH atribui aos fabricantes e importadores a responsabilidade de garantir que todas as substâncias químicas produzidas em quantidades superiores a uma tonelada por ano não afectem negativamente a saúde humana ou o ambiente. A indústria fornece informação documentada abrangente para todos os produtos químicos qualificados e substâncias relacionadas, permitindo aos utilizadores dos produtos químicos garantir a existência de controlos adequados. As substâncias químicas que são produzidas em quantidades iguais ou superiores a 1000 toneladas por ano devem ter sido registadas até Dezembro de 2010 e aquelas superiores a 1 tonelada devem ser registadas até Junho de 2018.

Apenas uma pequena proporção de resíduos químicos são tóxicos ou perigosos. A maioria destes, juntamente com os materiais que resistem à decomposição natural, são incinerados a alta temperatura. Sempre que possível, os resíduos em si fornecem o combustível para este processo. Os gases produzidos são cuidadosamente limpos e ‘esfregados’ antes de serem lançados na atmosfera, deixando apenas cinzas para eliminação. Exemplos de como os subprodutos são tratados são vistos em todas as unidades deste site.

Quais são os desafios para a indústria química hoje em dia?

A indústria química está passando por enormes mudanças em todo o mundo. Como já vimos acima, uma delas diz respeito ao surgimento de países do Oriente Médio e da China, Índia e Brasil como fabricantes de produtos químicos em escala gigantesca, para consumo próprio e também para exportação para todo o mundo. As empresas desses países também estão investindo em fábricas nos EUA e na Europa, enquanto as empresas americanas e européias estão investindo em fábricas nesses grandes países emergentes, tornando a indústria como um todo totalmente internacional no modo como ela conduz os negócios. O desafio para as empresas dos EUA e da Europa é reduzir os seus custos e, ao mesmo tempo, garantir a sua conformidade com as melhores práticas de protecção do ambiente. Esta preocupação com o meio ambiente é discutida nas unidades separadas sobre produtos químicos individuais.

Uma nova revolução acena. À medida que o petróleo e o gás natural se tornam cada vez mais escassos e mais caros, os químicos estão à procura de novas matérias-primas para complementar ou mesmo substituir o petróleo e o gás natural. E estão redescobrindo as virtudes do carvão (ainda em grande oferta, embora seja um combustível fóssil que não pode ser substituído) e da biomassa.

Então estamos chegando ao círculo completo. No final do século XIX e na primeira parte do século XX, a indústria química orgânica era baseada em grande parte no carvão e na biomassa. O carvão era fortemente aquecido na ausência de ar para formar gás de carvão (uma mistura de hidrogênio, metano e monóxido de carbono). Formou-se um líquido (alcatrão de carvão) como subproduto que continha muitas substâncias químicas orgânicas úteis, incluindo benzeno, e o resíduo sólido era o coque, uma forma impura de carbono. O coque era a fonte do que agora chamamos gás de síntese. O vapor era passado sobre ele a altas temperaturas para produzir monóxido de carbono e hidrogênio. Outra fonte de produtos químicos orgânicos era a biomassa. Por exemplo, a fonte de muitos produtos químicos C2 era o etanol, produzido por fermentação da biomassa. Produtos químicos C3 e C4, como propanona e butanol, também foram produzidos em grande escala por fermentação da biomassa.

Desde então, a partir dos anos 40, a indústria encontrou melhores e melhores formas de utilizar os produtos da refinação do petróleo para produzir não só todos os produtos químicos acima mencionados, mas muitos mais. Um exemplo é o crescimento da indústria petroquímica, com a variedade de novos polímeros, detergentes e uma miríade de produtos químicos sofisticados produzidos a baixo custo.

Talvez, portanto, o maior desafio seja encontrar maneiras de reduzir nossa dependência de recursos não renováveis. Assim, à medida que o fornecimento de petróleo e gás natural diminui, devemos encontrar maneiras de usar as tecnologias mais antigas baseadas em biomassa para produzir produtos químicos da maneira mais ambientalmente aceitável possível, em termos de energia gasta e efluentes produzidos. Por exemplo, alguns eteno e uma gama de polímeros, assim como grandes quantidades de etanol, estão sendo produzidos a partir da biomassa.

Um outro desafio é reduzir nossa dependência de recursos não renováveis para produzir energia. A maneira mais fácil de fazer isso é encontrar maneiras de operar nossas plantas químicas a temperaturas mais baixas com a ajuda de catalisadores ou usando rotas alternativas. Isto já começou a sério, tal como referido na última secção. O consumo de energia por unidade de produção diminuiu cerca de 55% na UE desde 1994 e cerca de 22% nos EUA desde 1990. Em consequência, a emissão de dióxido de carbono caiu aproximadamente na mesma escala de tempo.

As novas tecnologias baseadas em nanomateriais também estarão na vanguarda dos futuros avanços da indústria química e será importante assegurar que a produção destes materiais revolucionários seja segura e de benefício económico.

A indústria química tem muitos desafios no século XXI que devem ser superados para permanecer no coração de cada grande país. Só assim a indústria pode ajudar a sociedade a manter e melhorar o seu nível de vida e fazê-lo de forma sustentável.

Muitos dos dados utilizados nesta unidade derivam de trabalhos publicados pelo CEFIC (Conseil Européen des Fédérations de l’Industrie Chimique, The European Chemical Industry Council) e pelo American Chemical Council.