Catalisadores RISS não convencionais para produção de Hidrogénio e outros compostos de base biológica

Descrição

À luz da necessidade de transformações globais para atingir um desenvolvimento sustentável, o uso de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAMEs) biodegradáveis como fontes renováveis de carbono derivado de óleos vegetais, gordura animal, resíduos de óleos alimentares e algas, tem contribuído de forma valiosa para responder à crescente necessidade de combustíveis e produtos químicos e reduzir a pegada de carbono. O mercado de milhares de milhões de euros/dólares de FAMEs abrange lubrificantes, solventes, produção de polímeros e principalmente biocombustível para transportes terrestres e marítimos, geradores, aquecimento doméstico e caldeiras industriais. Por conseguinte, a valorização dos FAMEs é de grande interesse para a industria química, a nível nacional e internacional. A hidrogenação catalítica e a epoxidação catalítica permitem melhorar propriedades importantes, tais como a estabilidade oxidativa (requisito fundamental para o armazenamento, qualidade e desempenho dos FAMEs e derivados) e o fluxo a frio (requisito para aplicações como biocombustível, entre outras, em regiões geográficas mais frias). Além disso, os epóxidos de FAMEs (EFAMEs) têm mercados em diversos sectores relevantes, tais como plasticizantes, resinas, lubrificantes e outros com potencial de crescimento. Os processos de hidrogenação catalítica dos FAMEs (FAMEHD) têm usado metais nobres e hidrogénio a altas pressões e temperaturas. Contudo, os processos com alta pressão de H2 colocam problemas de segurança e custos elevados para o armazenamento, transporte e operação. Tecnologias sustentáveis com condições de operação mais moderadas e seguras requerem o uso de dadores de hidrogénio renováveis, biodegradáveis e não inflamáveis. Para este efeito, um dos dadores mais atrativos é o ácido fórmico, uma vez que perfaz todos os requisitos indicados e ainda tem a vantagem de ser produzido na conversão da biomassa lenhocelulósica em biorrefinarias, contribuindo para tecnologias de base totalmente biológica. Esta estratégia torna-se ainda mais relevante e atrativa se a desidrogenação do FA a hidrogénio (FADH) for integrada com FAMEHD. Esta estratégia de intensificação do processo apresenta mais vantagens importantes, como a diminuição do consumo de energia, custos e pegada de carbono. Por outro lado, na procura de catalisadores de metais não nobres, os catalisadores à base de Mo provaram ser eficientes para FADH, assim como para FAMEHD usando H2. Contudo, não existem estudos a reportar o processo integrado FADH/FAMEHD com catalisadores de Mo. Isto será abordado de forma inovadora neste projeto através do desenvolvimento de novos complexos de Mo com propriedades catalíticas adequadas. Para além da melhoria dos FAMEs por hidrogenação, este projeto valoriza FAMEs por epoxidação a EFAMEs com uma gama alargada de aplicações, o que contará com o desenvolvimento de novos catalisadores óxidos de Mo. As duas vias de valorização de FAMEs exploradas neste projeto  – hidrogenação e epoxidação - contribuirão para diminuir o grau de insaturação dos FAMEs, conferindo-lhes maior estabilidade. Além disso, para alcançar uma maior sustentabilidade, serão utilizados catalisadores não convencionais de auto-separação induzida por reação (RISS). Os catalisadores RISS sofrem uma auto e reversível desconstrução-reconstrução estrutural, apresentando o melhor dos dois mundos da catálise homogénea e catálise heterogénea. São particularmente vantajosos para reações de moléculas volumosas como os FAMEs, eliminando limitações difusionais internas, por exemplo. No entanto, há pouca ou nenhuma investigação e desenvolvimento sobre os processos alvo usando catalisadores RISS. Apenas um catalisador RISS foi reportado para FADH, tratando-se de um complexo de metal nobre, e nenhum foi reportado para FAMEHD ou o sistema integrado FADH/FAMEHD. Por outro lado, apenas dois catalisadores RISS foram reportados para a epoxidação de FAMEs; um polioxometalato (POM) à base de Mo e um híbrido orgânico-inorgânico polimérico à base de Mo. Este projeto visa o melhoramento de FAMEs através de duas estratégias diferentes - hidrogenação e epoxidação - utilizando catalisadores RISS de Mo. Assim, as atividades incluem a síntese e caracterização de catalisadores de Mo novos e adequados e o desenvolvimento de processos de valorização catalítica de FAMEs. Para isso, a equipa de investigação possui competências complementares em síntese e caracterização de compostos de Mo, catálise RISS, epoxidação catalítica, valorização química da biomassa de forma integrada com FADH. O projeto inclui duas bolsas para jovens estudantes. Dois consultores, um especialista em química organometálica e inorgânica, e outro em catálise e engenharia de reações químicas, prestarão aconselhamento especializado.