Como projetar uma indústria química em Marte?

Colonização de Marte. Fonte:”Elon Musk (Instagram)”

Querido leitor, na última segunda-feira (21/05/2018) a Prof. Lucimara Gaziola de la Torre da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp me convidou para dar uma aula sobre Amplificação de escala. O objetivo da aula foi apresentar aos alunos os conceitos e estratégias de como utilizar microsistemas em aplicações industriais, mais especificamente, como aumentar a produção dos microdispositivos que trabalham com vazões muito baixas (μL h-1) para demandas industriais e comerciais (L min-1).

Nós já discutimos vários desses aspectos nos seguintes posts:

  1. Miniaturização das plantas químicas – Parte 1: Intensificação de processos
  2. Miniaturização das plantas químicas – Parte 2: Microfluídica

Foram discutidos aspectos como Intensificação de Processo, Microplantas químicas e evolução das plantas químicas atuais. A apresentação está disponível aqui ou aqui.

Uma pergunta que gerou um bom debate foi a seguinte: Como projetar uma indústria química em Marte?

Essa pergunta provavelmente não tem uma resposta. Ela vai depender de vários fatores.

Os novos foguetes da SpaceX.

Na minha opinião, as plantas químicas atuais deverão passar por um processo de miniaturização. Não porque nós gostamos da Microfluídica e achamos que ela vai resolver todos os problemas do mundo (kkkkkk), mas um problema claro de se implementar uma planta química em Marte é levar os equipamentos da planta.

Elon Musk, CEO da SpaceX, apresentou durante o Congresso Internacional de Astronáutica em Adelaide, Austrália, que ocorreu entre os dias 25 a 29 de setembro de 2017, o novo foguete chamado “BFR”, sigla de Big Falcon Rocketque a empresa irá adotar em suas futuras viagens para Marte.

O foguete medirá aproximadamente 106 metros de comprimento e 9 metros de diâmetro. Enquanto o segundo estágio de passageiros e carga terá 47,85 metros de comprimento e poderá levar uma carga útil para Marte de cerca de 250 toneladas  (em sua configuração expandida) ou 150 toneladas (em uma configuração reduzida ou reutilizável) para órbita terrestre baixa, retornando com 50 toneladas.

Seja qual for a estratégia de implementação que nós engenheiros químicos iremos adotar para projetar uma planta química em Marte (e se nós vamos, kkkkk) terá que levar em consideração esses meios de transporte. Considerando isso, microplantas químicas podem ser uma solução viável para reduzir o tamanho e o peso das plantas químicas.

Reator G1 da Corning. Créditos: Corning.

Eu devo fazer um post só sobre microplantas químicas em breve. Mas, brevemente, microplantas químicas podem ser entendidas com plantas químicas que utilizam estruturas micrométricas, principalmente microreatores, micromisturadores e microtrocadores de calor.

Um exemplo concreto dessas microplantas químicas são apresentados pela empresa CORNING. As microplantas fornecidas pela empresa são compatíveis com uma grande variedade de reagentes químicos que podem ser operadas em meios ácidos e básicos a elevadas temperaturas. Elas são constituídas de módulos fluídicos, nos quais ocorrem a mistura e a reação dos reagentes, além das unidades de distribuição e coleta dos produtos. O reator G1 SiC, por exemplo, apresenta uma taxa de escoamento de 30 a 200 mL min-1. Os módulos fluídicos contêm 10 ml de volume interno e podem ser operados -60 °C a 200 °C e 0 a 18 bar.

Seria muito mais fácil transportar e manusear essas plantas químicas miniaturizadas do que as atuais plantas químicas, não só em Marte ou na Lua, mas em qualquer lugar remoto do nosso planeta.

E aí leitor? O que você acha? Você concorda comigo ou acha que eu sou só um completo doido?

Antes de você responder a essas perguntas, observe o que o IChemE (Instituto de Engenheiros Químicos) disse no roteiro elaborado por eles em 2007 para a Engenharia Química do século XXI (o arquivo original em inglês pode ser visualizado aqui):

“Enquanto engenheiros químicos, temos aceitado prontamente o princípio da econômica da escala, e, como resultado, temos dimensionado e construído unidades de produção cada vez maiores, aumentando a eficiência da planta e reduzindo custos por unidade de produção. As desvantagens desta política incluem aumento dos riscos de segurança e ambientais resultantes da movimentação de maiores quantidade de materiais perigosos, riscos econômicos resultante do excesso de capacidade expansões simultâneas de múltiplas extensões mundiais, (…).

Novos conceitos como a intensificação de processo, plantas flexíveis e/ou em miniatura, produção localizada e ecologia industrial deverão implementar-se como a prática corrente, de modo que deveremos reavaliar continuamente a nossa abordagem ao design da plantas industriais e à aceitação de conceitos inovadores no sentido de uma indústria química sustentável (…)”

 

Até a próxima, querido leitor.


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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

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