A produção
O etileno é o principal componente da maioria dos plásticos e, geralmente, é produzido a partir de hidrocarbonetos, mas pode ser alternativamente produzido a partir da desidratação do etanol, como é o caso do plástico verde.
Imagine o seguinte cenário: uma imensa plantação de canas-de-açúcar prontinhas para serem colhidas. Após cortadas e desfiadas, suas fibras passam por um processo de digestão realizado por enzimas (sim, elas estão sempre nos ajudando!) e outros micro-organismos. Após a primeira digestão, os resíduos fibrosos são separados, através de uma centrífuga, de um líquido formado por glicose, frutose, sacarose e outras coisitas más. A partir daí, dois processos em paralelo vão ocorrer: a fermentação do líquido e uma segunda digestão daqueles resíduos, que agora serão digeridos pelas enzimas celulase e por uma cultura produtora de etanol. Essa segunda digestão é necessária para que a celulose presente nas fibras seja quebrada em glicose e comece a ser fermentada.
Após a segunda digestão, as fibras teimosas que não foram digeridas são novamente separadas por uma centrífuga do líquido formado, este que é misturado àquele obtido na primeira digestão e ambos entram em fermentação. Os novos resíduos fibrosos separados são então passados para uma caldeira para queima de bagaço e depois para um moinho, onde é retirado mais líquidos de pentose. Somente depois de três tentativas de extração de líquido, o bagaço restante é queimado para que a energia liberada seja utilizada nas etapas endotérmicas do processo em geral.
Os líquidos extraídos das duas digestões e do moinho são misturados, esterilizados e fermentados. Depois, passam por um membrana de separação e - voilà! - o etanol está pronto.
A tecnologia de desidratação, utilizada na produção de etileno a partir do etanol, não é um processo novo, mas sim baseado em descobertas ocorridas no século XVIII. Essa tecnologia também foi muito utilizada durante a Segunda Guerra Mundial, quando a desidratação do etanol era a única fonte de etileno na Alemanha, no Reino Unido e nos Estados Unidos. Desde essa época, a tecnologia de desidratação foi cada vez mais aprimorada.
Para fazer a desidratação do etanol mais eficiente, muitos pesquisadores investigaram diferentes catálises para aumentar o rendimento de etanol e reduzir a temperatura necessária para a reação, uma vez que esta é muito endotérmica. A produção de etileno a partir do etanol pela Braskem começou a ocorrer em 2010 e hoje é a única usina desse tipo que opera em escala comercial. Na tentativa de fazer o “etileno verde” mais competitivo, muitos avanços tiveram que ser buscados e executados desde os primeiros passos da Braskem até a atualidade.
A desidratação do etanol a fim de produzir etileno envolve a remoção de um átomo de hidrogênio e de dois de oxigênio. Entretanto, paralelamente, outras reações ocorrem enquanto o etanol é submetido a uma desidratação térmica ou catalítica. A desidratação intramolecular do etanol é muito endotérmica: ΔH = +10.82 kcal/mol, o que corresponde a aproximadamente 386 Gcal por tonelada de etileno. Esse fato causa um impacto direto na escolha do modelo de reação industrial, tendo em vista que é necessário um reator capaz de assegurar à reação uma alta seletividade, assim como os requerimentos do transferidor de calor para que a operação ocorra a taxas de temperatura corretas durante a conversão.
A desidratação do etanol pode ser realizada na presença de um grande número de catalisadores. Durante o desenvolvimento da usina, a Braskem testou vários catalisadores com diferentes composições e formas. O grande período de testes permitiu a seleção de catalisadores que tiveram uma atuação mais eficiente, o que teve impacto na quantidade de sub-reações do processo. Tal fator é de grande importância, uma vez que um número excessivo de sub-reações implica uma perda na conversão em etileno e uma formação de produtos indesejáveis.
Após a reação de desidratação, há o processo de eliminação das impurezas, que incluem o etanol que não tenha reagido, alguns compostos oxigenados e água. O etanol que não reagiu pode ser reciclado e mandado para a corrente de alimentação do reator. O gás separado é, finalmente, o etileno bruto, que ainda passa por um processo de purificação.
Uma outra parte muito importante do processo é a polimerização, que envolve a conversão de etileno purificado em polietileno, O processo de polimerização para a produção do polietileno verde ocorre nas mesmas condições do processo de polimerização convencional do etileno, utilizando as mesmas condições operacionais.