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Descrição do projeto com identificação dos objetivos e metas

Descrição do problema

A sustentabilidade nos seus três pilares fundamentais – económico, social e ambiental – começa a ser considerada como de elevada relevância para a sobrevivência e competitividade das empresas a longo prazo, representando simultaneamente um desafio ao nível do desenvolvimento de produto e processo. De entre as áreas de diagnóstico identificadas pelo Observatório de Sustentabilidade Empresarial para avaliar o desenvolvimento sustentável para o país, o presente projeto enquadra-se claramente no âmbito da “Produção e Consumo Sustentável” que diz respeito às ações de produção sustentável realizadas pelas empresas através da implementação de sistemas de monitorização com metas específicas de redução de resíduos reutilizados, reciclados e valorizados. (http://ose.pt/ise/areas-de-diagnostico).

Adicionalmente, este projeto vai de encontro às ações definidas pelo Conselho Empresarial para o Desenvolvimento Sustentável relativamente à necessidade de promover sinergias entre empresas na área dos resíduos e subprodutos. Na verdade, em Portugal, os resíduos ainda não são considerados como recursos sendo a percentagem de resíduos valorizados, inferior à média europeia (http://www.bcsdportugal.org/acao-2020/industria-e-materiais). Este cenário reflete a necessidade de promover maiores sinergias entre empresas, através da investigação, que permitam valorizar resíduos que atualmente são um encargo para quem os produz e a abertura de novas oportunidades de negócio para quem os transforma e/ou comercializa.

Recentemente, o crescente aproveitamento dos desperdícios gerados pelas indústrias e outras fontes alternativas para produzir energia e uma larga variedade de produtos e precursores de químicos tem assumido uma importância capital. Este aspeto é particularmente importante no que respeita à substituição (ainda que parcial) dos derivados do petróleo, dado o previsível esgotamento dos recursos fósseis no planeta. Especificamente, as empresas produtoras de espumas flexíveis de poliuretano, como é o caso da Flexipol, geram uma quantidade muito importante de subprodutos/resíduos/desperdícios. Mesmo com a natural procura de diversidade nas aplicações e nos mercados-alvo cerca de 20% da produção de espuma, em média, não apresenta as propriedades mecânicas e estruturais necessárias à sua normal comercialização e são considerados desperdícios.

Por norma, estes desperdícios são utilizados para a produção de aglomerados de espuma (comercializados como subprodutos). Há, no entanto, um mercado muito limitado, na Europa e mesmo nos EUA, para escoar estes subprodutos que começam inclusivamente a ter uma diminuição de consumo. Como consequência, o preço de venda dos subprodutos tem fortes oscilações com impacto significativo nos resultados e na sustentabilidade das empresas produtoras de espuma flexível.

Num negócio caracterizado por envolver volumes elevados e margens reduzidas, o valor que se consegue acrescentar a esta fração da produção tem um impacto muito forte no equilíbrio económico e financeiro das empresas, afetando de forma direta a sua competitividade no mercado. Em anos dominados pela descida do valor de mercado destes subprodutos – não indexada ao valor de mercado das espumas “comerciais” – os fabricantes deste ramo deparam-se com enormes dificuldades para não apresentarem prejuízo – tal é a dependência atual desta via. Assim, nos últimos anos, novas alternativas para a valorização desses subprodutos de espuma flexível de PU têm vindo a ser analisadas.

Por outro lado, a SAPEC Química SA (SQ) tem vindo a desenvolver know how no campo da transformação de resíduos macromoleculares em polióis utilizando essencialmente fontes renováveis, mas com resultados que do ponto de vista industrial apresentam duas limitações principais: 1. o baixo índice de reprodutibilidade – característico de produtos com origem vegetal e 2. O facto das fontes de matéria-prima serem limitadas em quantidade e qualidade – embora alguns resíduos industriais de origem renovável (como as borras de café, aparas de madeira, desperdícios de cortiça, etc...) representem um “problema ambiental”, que normalmente tem na incineração a solução comum, a quantidade individual de cada subclasse ainda não é suficiente para alimentar um processo produtivo industrial. Assim, está a ser desenvolvido pela SQ um estudo de prospeção da oferta deste e outros tipos de desperdícios.

Paralelamente, e dando continuidade à aposta na área da valorização de resíduos industriais, a SQ tem centrado esforços na procura de outras fontes alternativas de matéria-prima para investimento numa unidade integrada de produção de polióis para espumas de PU.

Na Flexipol, e noutras empresas da mesma área, a produção de espumas flexíveis em bloco devido à sua natureza gera volumes significativos de desperdícios e subprodutos, cerca de 20% do total de produção. A utilização dos resíduos e subprodutos é limitada e está sujeita a um mercado que tem fortes oscilações. Assim, estes desperdícios e subprodutos são bons candidatos para serem uma fonte contínua para serem transformados em polióis.

Complementarmente, para uma aposta forte na inovação, sobretudo na atual conjuntura económica, é necessário rentabilizar ao máximo os investimentos já efetuados, nomeadamente em experiência e know-how e na instalação piloto desenhada para a obtenção de polióis (no âmbito do projeto EcoPolyol – QREN 11435), explorar as sinergias estabelecidas com a Universidade, assim como estabelecer parcerias com o fornecedor/cliente direto, o que permite obter feedback em tempo útil e subsequentes ajustes dos parâmetros de processo.

Assim, com este projeto pretende-se responder a dois grandes problemas:

  • A reincorporação de resíduos de espumas através da sua prévia transformação em poliol.
  • A utilização de resíduos e subprodutos que permitem a produção de polióis utilizáveis em formulações de espumas flexíveis e com grande grau de reprodutibilidade.

Objetivos

O objetivo principal deste projeto é o desenvolvimento de um processo de produção de polióis a partir de resíduos e subprodutos de espumas flexíveis de PU, com qualidade para poderem ser reincorporados na produção de novas espumas, com uma percentagem de 10-20% do total de poliol virgem utilizado. Com as taxas de incorporação expectáveis, não deverão existir perdas significativas das propriedades físicas e químicas ao nível de:

  • Resiliência
  • Compression-set húmido e seco
  • Dureza
  • Emissões
  • Rasgamento, alongamento e tração
  • Permeabilidade ao ar

O sucesso deste projeto estabelecerá condições para a criação de uma empresa (spin-off) partilhada pelas entidades privadas do consórcio, que explorará a produção de polióis a partir dos resíduos de espumas de poliuretano (PUF - PolyUrethane Foam). Isto implica que o custo de produção deste poliol não poderá ser superior ao dos polióis virgens já utilizados no fabrico das espumas flexíveis de poliuretano, tirando partido de previsíveis normas que obriguem à reincorporação de resíduos num futuro próximo.

Conceito e solução proposta

A utilização de resíduos de espumas flexíveis para a produção de polióis apresenta vários desafios, isto porque os polióis para serem utilizados neste tipo de formulações têm de obedecer a uma série de requisitos.

  • Concentrações superiores a 0,1% (W/W) de aminas aromáticas não são aceitáveis.
  • O poliol deve ter características semelhantes a nível de viscosidade e de requisitos de armazenamento de forma a poder ser processado pelas linhas utilizadas neste tipo de indústria.
  • O processo de reciclagem deve ter uma reprodutibilidade elevada de forma a originar produtos com características semelhantes (nº de OH, pH, viscosidade, reatividade, cor, odor, etc.) de batch para batch.
  • O produto reciclado não pode ser mais caro do que o poliol virgem.
  • O produto reciclado não deve ter uma cor muito escura nem um odor forte. Também deverá ter níveis de emissões de COV (Compostos Orgânicos Voláteis) adequados à sua aplicação.
  • O produto da reciclagem deverá ter características ao nível da funcionalidade, distribuição de pesos moleculares e reatividade de forma a permitir uma incorporação de pelo menos 5% sem alterar significativamente as características físicas do produto final.

Devido à grande exigência dos requisitos acima descritos prevê-se o estudo de diferentes tipos de reações para a obtenção de polióis. As duas principais vias de obtenção dos polióis a serem estudadas serão a acidólise e a glicólise. No entanto, não se exclui a necessidade de utilização de outro tipo de reações.

Da revisão da literatura e do know-how dos 3 parceiros, rapidamente se concluiu que a separação e o estudo dos vários tipos de resíduos de espuma flexível para a produção de polióis é fundamental. Para maximização da quantidade de poliol a incorporar nas formulações também deverá existir um estudo exaustivo da influência destes polióis nas características físicas das espumas flexíveis e também uma adaptação cíclica dos polióis obtidos. A grande flexibilidade e baixo custo dos ensaios laboratoriais de produção de espuma permitirá este ajuste iterativo do tipo de polióis. As variáveis principais a ter em conta neste processo iterativo serão a taxa de incorporação dos polióis, as propriedades físicas das espumas e o comportamento no processo de espumação.

Os ensaios laboratoriais de alta pressão de espumas flexível, devido a permitirem a produção de espumas com uma estrutura adequada, serão utilizados para a confirmação e validação do potencial dos polióis desenvolvidos nos ensaios laboratoriais de baixa pressão.

Na produção industrial de PUF, qualquer que seja o tipo de matéria-prima, o acerto final das formulações de PUF, só é possível com os ensaios industriais. No entanto, prevê-se que com todo o conhecimento obtido durante a fase laboratorial de alta e baixa pressão o número destes ensaios pode ser minimizado, já que estes ensaios implicam a produção de grandes quantidades de espuma.