Metodologias para projeto de processos químicos na solução de problemas ambientais

Abstract

Nas últimas décadas, discussões sobre sustentabilidade têm colaborado para muitas iniciativas de proteção ambiental. Avanços sobre normas ambientais e compromissos internacionais têm sido propostos para controlar os impactos ambientais locais e globais. A indústria química tem papel relevante neste cenário. Emissões industriais são descartadas rotineiramente em compartimentos ambientais e, quando essas emissões ultrapassam limites de capacidade de suporte de ecossistemas, danos ambientais são identificados. Esses problemas são enfrentados com o projeto ambientalmente consciente de processos químicos, o qual compreende três elementos-chave: (1) métricas para avaliação ambiental, (2) técnicas de prevenção da poluição e (3) métodos para consideração da variável ambiental no projeto. Um vasto conjunto de métricas para avaliação ambiental é identificado na literatura. Diferentes propriedades e fundamentos são encontrados nessas várias métricas, o que torna complexo o emprego na análise de processos. Nesta tese, são analisadas em detalhe as propriedades dos índices Waste Reduction Algorithm (WAR), Standard Chemical Exergy (SCE) e Sustainable Process Index (SPI). Um novo índice chamado Environmental Potential of Emissions (EPE) foi desenvolvido para agregar as propriedades de WAR e SCE, relevantes para a avaliação de desempenho ambiental de processos químicos. Esta tese aborda metodologias que empregam o projeto ambientalmente consciente de processos químicos para solução de dois problemas correntes na indústria, a compensação ambiental e a seleção de tecnologias sustentáveis. As metodologias desenvolvidas integram técnicas de prevenção da poluição a problemas de otimização definidos a partir de critérios econômicos e ambientais. Os critérios ambientais são introduzidos por meio de um modelo proposto para permitir a comparação entre o potencial de impacto ambiental do processo e metas estabelecidas. A aplicação dos métodos desenvolvidos nesta tese revela a efetividade de projetos de integração de processos para reduzir impactos e compensar danos ambientais derivados de processos industriais em operação. A seleção de tecnologias para novos projetos sustentáveis é abordada por método alternativo baseado na avaliação do tempo de retorno para efetivação dos benefícios ambientais alcançados por processos benignos do ponto de vista ambiental. Os resultados desse trabalho são obtidos a partir de estudos de caso baseados em processos químicos típicos.

In the last decades, discussions about sustainability have collaborated for many environmental protection initiatives. Advances on environmental regulations and international commitments have been proposed for control of local and global environmental impacts. The chemical industry has an important role in this scenario. Industrial emissions are often discarded on environmental compartments and damages are identified when these emissions exceed the supportability of ecosystems. These problems are faced by the environmentally conscious design of chemical processes which has three key elements: (1) metrics for environmental assessment, (2) pollution prevention techniques and (3) methods to consider the environmental variable in the project. A broad set of environmental assessment metrics can be found in the literature. Different properties and fundamentals are found in these several metrics making complex the analysis of processes. In this thesis, the properties of the indices Waste Reduction Algorithm (WAR), Standard Chemical Exergy (SCE) and Sustainable Process Index (SPI) are detailed. A new index called Environmental Potential of Emissions (EPE) was developed to aggregate the WAR and SCE properties that have an important role for the environmental performance assessment of chemical processes. This work addresses methodologies for the use of the environmentally conscious design of chemical processes to solve two actual problems of the industry, the environmental compensation and the selection of sustainable technologies. The developed methodologies integrate the pollution prevention techniques to optimization problems defined from economic and environmental criteria. The environmental criteria are introduced through a proposed model to enable comparison between the environmental impact potential of the process and goals. The application of the methods developed in this thesis reveals the effectiveness of the process integration design to reduce impacts and to compensate environmental damages from the operation of industrial processes. The selection of technologies for new sustainable designs is addressed by alternative method based on the evaluation of the return time for realization of environmental benefits achieved by benign processes of environmental point of view. The results of this work are achieved from case studies based on typical chemical processes.