MEMBRANAS DE MATRIZ MISTA DE PEBAX E PES COM BIOCHAR PARA SEPARAÇÃO CO₂/CH₄ EM BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO

Descrição

O presente projeto propõe o desenvolvimento e a avaliação de membranas de matriz mista (MMMs) baseadas em Pebax-1657 e polietersulfona (PES), contendo biochar como carga carbonácea, com aplicação na separação de CO₂/CH₄ em biogás de aterro sanitário. O estudo está inserido no contexto da crescente demanda por tecnologias eficientes para purificação de biogás e produção de biometano, considerando o elevado potencial ainda subutilizado no Brasil. A separação CO₂/CH₄ constitui etapa central no processo de upgrading do biogás, sendo determinante para viabilizar sua utilização como combustível renovável. Entre as tecnologias disponíveis, as membranas poliméricas destacam-se por sua eficiência energética, operação contínua e modularidade. No entanto, seu desempenho é limitado pelo trade-off entre permeabilidade e seletividade, o que motiva o desenvolvimento de novos materiais. Nesse contexto, a incorporação de biochar — um material carbonáceo obtido a partir de biomassa residual — surge como estratégia promissora para melhorar as propriedades de transporte de gases e reduzir custos, alinhando-se aos princípios da economia circular. Apesar dos avanços recentes, ainda existe uma lacuna científica quanto à compreensão dos mecanismos de transporte em membranas contendo biochar, especialmente quando comparadas matrizes poliméricas com diferentes naturezas, como polímeros borrachosos (Pebax) e vítreos (PES). O projeto tem como objetivo principal desenvolver e comparar MMMs de Pebax-1657 e PES com biochar, avaliando seu desempenho na separação de CO₂/CH₄ e investigando os mecanismos de transporte envolvidos. Para isso, serão produzidas membranas puras e modificadas com biochar em diferentes teores (3 e 5% em massa), utilizando biochar in natura e oxidado com peróxido de hidrogênio. As membranas serão caracterizadas quanto à sua morfologia, estrutura química e estabilidade térmica por técnicas como MEV/EDS, FTIR, TGA e DSC. Em seguida, serão realizados ensaios de permeação e sorção de CO₂ e CH₄, em condições controladas de pressão e temperatura, permitindo a determinação de parâmetros como permeabilidade, seletividade, solubilidade e difusividade. Adicionalmente, serão conduzidos ensaios com mistura gasosa CO₂/CH₄ (50/50 vol%) para avaliação da seletividade real, bem como estudos de plastificação e estabilidade sob exposição ao CO₂ em diferentes pressões. Os resultados serão analisados com base no modelo solução-difusão, permitindo discriminar as contribuições dos mecanismos de sorção e difusão no transporte de gases. A comparação entre os sistemas baseados em Pebax e PES permitirá avaliar o papel da matriz polimérica na modulação do desempenho das MMMs, fornecendo subsídios para o desenvolvimento de materiais mais eficientes e robustos. Espera-se que o biochar promova aumento da permeabilidade ao CO₂ e melhorias na seletividade, ao mesmo tempo em que contribui para a sustentabilidade do processo por utilizar resíduos como matéria-prima. Os resultados obtidos serão posicionados em diagramas de desempenho (limites superiores de Robeson), permitindo avaliar o avanço em relação ao estado da arte. O projeto apresenta potencial para geração de conhecimento científico relevante, formação de recursos humanos qualificados e desenvolvimento de soluções tecnológicas para a purificação de biogás.