Conversão catalítica de açúcares em etóximetilfurfural (EMF) empregando catalisadores nanoestruturados à base de Sn, Nb, Ce ou outros.

Descrição

A transformação da biomassa, um recurso renovável, abundante e amplamente disponível, em moléculas plataforma e biocombustíveis avançados tem despertado crescente interesse científico, tecnológico e industrial, especialmente em função das demandas globais relacionadas à transição energética, redução das emissões de carbono e desenvolvimento de processos sustentáveis. Nesse contexto, a valorização catalítica de biomassas lignocelulósicas representa uma estratégia promissora para substituição parcial de insumos fósseis e consolidação de cadeias produtivas associadas à bioeconomia. Na presente proposta, pretende-se desenvolver uma rota inovadora para produção do biocombustível avançado etóximetilfurfural (EMF), em escala laboratorial e piloto, a partir de celulose e açúcares derivados de biomassa, empregando sistemas catalíticos especialmente projetados para maximizar eficiência, seletividade e estabilidade operacional. O EMF destaca-se como um dos biocombustíveis de próxima geração mais promissores, devido à sua elevada estabilidade oxidativa, alto ponto de ebulição (235 °C) e elevada densidade energética (30,3 MJ/L), superior à do etanol (23,5 MJ/L) e muito próxima à da gasolina (31,3 MJ/L) e do diesel (33,8 MJ/L). Essas características tornam o EMF um candidato estratégico para aplicação em formulações de combustíveis sustentáveis e tecnologias de descarbonização do setor energético. Relatos da literatura demonstram a obtenção de EMF utilizando diferentes sistemas catalíticos homogêneos, heterogêneos e bifuncionais, em variados meios reacionais. Esses estudos evidenciam a importância da presença simultânea de sítios ácidos de Brønsted e Lewis nos catalisadores, os quais participam diretamente das múltiplas etapas reacionais envolvidas no processo, incluindo hidrólise, isomerização, desidratação e eterificação. Entretanto, ainda persistem gargalos tecnológicos significativos relacionados à baixa seletividade, limitada eficiência de conversão e reduzida estabilidade catalítica dos sistemas atualmente disponíveis. Nesse cenário, torna-se estratégica a investigação e desenvolvimento de catalisadores robustos, reutilizáveis e quimicamente estáveis, contendo caráter ácido dual e propriedades estruturais moduláveis. Nessa perspectiva, nosso grupo de pesquisa vem investigando a conversão catalítica de açúcares C5 e C6 em meio aquoso utilizando óxidos mistos nanoestruturados à base de estanho(IV), molibdênio(VI), nióbio(V), entre outros metais, sintetizados por diferentes metodologias. Os resultados obtidos até o momento demonstram desempenho altamente promissor em termos de conversão, seletividade e estabilidade catalítica, associados à natureza bifuncional desses materiais, caracterizados pela presença de sítios ácidos de Brønsted e Lewis em diferentes proporções e intensidades. Além disso, tais sistemas apresentam elevada robustez química e estrutural, permitindo recuperação e reutilização mesmo sob condições reacionais severas e em meio aquoso, aspecto de elevada relevância para futuras aplicações industriais. Assim, a presente proposta contempla o desenvolvimento de catalisadores nanoestruturados inovadores com propriedades ácido-base moduladas, obtidos por diferentes metodologias de síntese, visando ao controle racional da composição química, morfologia, área superficial, distribuição de sítios ativos e propriedades eletrônicas. Os materiais obtidos serão amplamente caracterizados por técnicas avançadas e posteriormente aplicados na obtenção eficiente de EMF, buscando maximizar seletividade, produtividade e viabilidade tecnológica do processo. O projeto insere-se no nível de maturidade tecnológica MT2 (validação laboratorial), contemplando etapas fundamentais para consolidação tecnológica da rota proposta e geração de conhecimento aplicado com elevado potencial de transferência tecnológica. Viabilidade técnico-econômica e potencial inovador - Elevado potencial para geração de propriedade intelectual, incluindo depósito de patentes relacionadas aos sistemas catalíticos desenvolvidos e aos processos de conversão catalítica empregados; - Alto grau de originalidade e inovação tecnológica, especialmente associado ao desenvolvimento de catalisadores bifuncionais nanoestruturados robustos e reutilizáveis para obtenção seletiva de EMF; - Possibilidade de escalonamento tecnológico e expansão dos resultados para aplicações industriais ligadas à produção de biocombustíveis avançados, química renovável e biorrefinarias integradas; - Potencial de geração de processos mais sustentáveis, energeticamente eficientes e alinhados às demandas da economia de baixo carbono; - Perspectiva concreta de produção científica de alto impacto, formação de recursos humanos qualificados e fortalecimento de redes de pesquisa e inovação; - Potencial de contribuição para o desenvolvimento regional por meio da valorização de biomassas renováveis disponíveis e geração de tecnologias estratégicas associadas à bioeconomia.