Preparação e caracterização de catalisadores zeolíticos para obtenção de combustíveis sustentáveis de aviação via rota Alcohol to Jet (ATJ)

Resumo

Em virtude dos recorrentes problemas ambientais e da provável escassez dos combustíveis fósseis, os estudos estão cada
vez mais centrados na busca por alternativas sustentáveis que, de certa forma, possam mitigar os impactos causados pelo
intenso uso e exploração dos recursos fósseis não renováveis. Dentre os setores, a aviação é um dos mais difíceis de
descarbonizar, sendo responsável por cerca de 2,5% das emissões globais de CO2 para a atmosfera. Conforme dados
estatísticos, até 2050, espera-se um aumento em 22% das emissões globais em decorrência do crescente fluxo de pessoas
e produtos em todo o mundo. Dessa maneira, com o objetivo de reduzir essas emissões e atingir as metas de sustentabilidade,
a indústria está investindo cada vez mais em combustíveis sustentáveis de aviação (SAF) [1]. A rota ATJ é uma das
abordagens mais promissoras para a produção de SAF. Este processo envolve a conversão de álcoois, especialmente o
etanol, em hidrocarbonetos líquidos que possam ser usados como combustível de aviação drop-in. O processo é realizado
através de reações catalíticas que incluem desidratação dos álcoois a olefinas, seguido da oligomerização das olefinas,
seguido de hidrotratamento. O zeólito H-ZSM-5 é um dos catalisadores mais promissores para a rota ATJ devido às suas
propriedades únicas, tais como sua acidez, alta área superficial e estabilidade térmica, que o tornam ideal para a desidratação
e oligomerização de álcoois. Além disso, a impregnação com metais de baixo custo como o níquel (Ni) e cobre (Cu) no HZSM-
5 podem aumentar significativamente a eficiência catalítica na hidrogenação, melhorando a conversão das olefinas em alcanos
[1]. Neste trabalho, a síntese do catalisador H-ZSM-5 de topologia MFI foi baseada no método hidrotérmico utilizando-se a
metodologia proposta pela International Zeolite Association com posterior impregnação com 5% de níquel. Os materiais foram
caracterizados por difratometria de raios-X (DRX), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV),
florescência de raios-X (FRX) e análise textural por fisissorção de N2. Os materiais recém-sintetizados apresentaram o perfil
de difração de raios-X característico de uma topologia MFI. Com base nos dados de TG/DTG, o material foi calcinado a 500°C
por 6 horas sob vazão de 50 mL/min de ar sintético. Não foram observadas mudanças significativas no padrão de raios-X após
a calcinação. A microscopia eletrônica de varredura revelou que o zeólito ZSM-5 apresenta partícula aproximadamente
esféricas de ~13,5 m de diâmetro, formadas por aglomerados de cristalitos prismáticos. O zeólito ZSM-5 apresentou isoterma
do tipo I, característica de materiais predominantemente microporosos. A análise de FRX mostrou que o zeólito obtido
apresenta razão molar SiO2/Al2O3 = 24 e que os sítios de troca iônica estão ocupados por íons H+ e Na+. Após impregnação
com 5% de níquel não foram observados picos de oxido de níquel no padrão de difração de raios-X, mas observa-se redução
da área superficial e do volume de microporos, sugerindo que espécies de oxido de níquel sub-nanométricas podem estar
bloqueando parcialmente os canais do zeólito ZSM-5.