Licenciada pela Matryx, tecnologia de adsorção molecular ataca a água emulsionada, blindando a integridade física de geradores e sistemas de injeção em setores eletrointensivos e de logística.
O avanço na composição de biocombustíveis no Brasil traz consigo um desafio físico-químico silencioso que afeta diretamente a confiabilidade operacional de ativos térmicos, sistemas de geração de energia de emergência, frotas de transporte e maquinário de mineração. Com o aumento da parcela de biodiesel no óleo diesel comercializado no país, a higroscopicidade, a capacidade do combustível de absorver e reter umidade do ar, se elevou substancialmente. Como resposta a esse gargalo técnico e logístico, uma tecnologia disruptiva desenvolvida ao longo de mais de dez anos de pesquisas na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) propõe uma quebra de paradigma no tratamento de combustíveis líquidos através do uso de hidrogéis poliméricos superabsorventes.
Idealizado originalmente pela pesquisadora Patrícia Lucente Fregolente em seu estágio de pós-doutorado na Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, sob a coordenação da professora Maria Regina Wolf Maciel, o projeto agora ruma para a escala comercial. A solução foi licenciada para a empresa de engenharia ambiental Matryx, sediada no polo petroquímico e industrial de Paulínia (SP), que conduz os testes finais de validação industrial para estruturar dispositivos modulares de filtragem ativa.
O desafio da água emulsionada e a termodinâmica da mistura
Diferente das técnicas tradicionais que realizam apenas a purificação de água livre através de decantação gravitacional em tanques inclinados, o novo método foca na eliminação da água solúvel e, sobretudo, da água emulsionada. Este segundo estado consiste em microgotículas dispersas de forma homogênea e ultrafina no combustível, as quais se comportam de maneira extremamente estável e são imunes à separação física convencional.
A água emulsionada acelera os processos de corrosão em tanques e sistemas de bicos injetores de alta pressão, além de atuar como meio de cultura para a proliferação de colônias de bactérias e fungos (biofilmes), que entopem filtros e degradam o poder calorífico do diesel.
A pesquisadora Patrícia Lucente Fregolente detalha a origem do desenvolvimento científico e o foco do projeto: “Um dos problemas enfrentados pelas refinarias é a turbidez do diesel, causada pela presença de água no combustível. Desde o início, a ideia não foi apenas estudar o comportamento da água no diesel, mas buscar uma forma alternativa e eficiente de removê-la. Essa proposta surgiu a partir da minha experiência acadêmica na Faculdade de Engenharia Química, onde trabalhei com o desenvolvimento de materiais poliméricos altamente hidrofílicos. A partir dessa convergência de ideias, estruturamos o projeto de pesquisa de pós-graduação, com apoio da FAPESP.”
O resultado da pesquisa consolidou-se no uso de hidrogéis de poliacrilamida de alta performance. O material polimérico funciona como uma espécie de “esponja molecular” altamente seletiva, que atrai e retém as moléculas de água por meio de forças de afinidade química, deixando o combustível purificado intacto. Uma das principais vantagens operacionais do sistema é que o hidrogel pode passar por processos de regeneração térmica e ser reaproveitado em múltiplos ciclos operacionais, diminuindo drasticamente o custo total de propriedade (TCO) e a geração de resíduos industriais.
A transição regulatória e a física de biocombustíveis
O direcionamento da pesquisa ganhou forte tração comercial à medida que as diretrizes do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) elevaram os patamares da mistura obrigatória de biodiesel no diesel fóssil. No Brasil, onde os limites de tolerância de água nos pontos de entrega de combustíveis são rigorosamente monitorados pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o controle de umidade se tornou prioridade na gestão de riscos de grandes players de infraestrutura.
O professor Leonardo Fregolente, que integrou o grupo de pesquisa em 2017 trazendo em sua bagagem uma sólida experiência de mais de uma década atuando na Petrobras, analisa o contexto mercadológico e as bases físicas que moldaram o projeto: “Quando as pesquisas começaram, em 2010, havia uma expectativa de aumento do teor de biodiesel no diesel consumido no Brasil. Essa mudança traz benefícios ambientais importantes, já que o biodiesel é um biocombustível renovável e contribui para a redução das emissões. Por outro lado, a incorporação faz com que o diesel se torne mais hidrofílico, ou seja, com maior afinidade com a água. Diante desse cenário, nosso grupo percebeu a necessidade de desenvolver soluções práticas e de fácil aplicação para remover a água do combustível. Naquele período, realizamos estudos, inclusive de base termodinâmica, para entender como diferentes concentrações de biodiesel influenciam a incorporação de água no diesel, o que ajudou a fundamentar o desenvolvimento da tecnologia.”
O trabalho do grupo resultou na emissão de um certificado de adição de patente junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). Este documento atesta a evolução da molécula original para uma nova estrutura de hidrogéis poliacrílicos que otimiza significativamente a capacidade de retenção de água e entrega uma excelente resistência mecânica, permitindo que as partículas poliméricas resistam às forças de cisalhamento presentes nas bombas de transferência de fluidos de alta vazão.
Engenharia macromolecular e manufatura aditiva
Para dar escala ao processo e simular as condições reais de operação logística, a equipe utilizou as instalações de biofabricação da FEQ e a infraestrutura do Laboratório de Valoração de Petróleos (VALPET) da Unicamp. Através da manufatura aditiva e impressão 3D, os pesquisadores conseguiram testar formatos, layouts de fluxo e designs geométricos de filtros que melhoram o tempo de contato e a taxa de transferência de massa entre as fases líquidas.
A professora Maria Regina Wolf Maciel descreve o processo de refinamento das propriedades físicas do polímero sintético: “O que fizemos foi aprimorar o design do material por meio da engenharia de materiais, para que o hidrogel desempenhasse melhor a função para a qual foi desenvolvido, remover mais água do combustível e apresentar propriedades mais adequadas para a aplicação industrial. Esse avanço envolveu a modificação da composição do polímero, com a incorporação de novos monômeros, que são os componentes que formam a macromolécula do material. Dependendo desses monômeros, o hidrogel pode apresentar diferentes características, como maior capacidade de absorção de água ou melhor resistência mecânica, o que permite ajustar o material conforme a necessidade da aplicação.”
Transferência tecnológica e o caminho para o mercado
A estruturação jurídica e a negociação comercial que culminaram na transferência do ativo de propriedade intelectual para o setor produtivo foram coordenadas pela Agência de Inovação Inova Unicamp. A aproximação estratégica ocorreu após executivos da Matryx terem acesso às pesquisas divulgadas pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP).
O sócio-diretor da Matryx, Rodrigo Massena, aponta as vantagens da sinergia entre o ambiente acadêmico de excelência e a base de engenharia de Paulínia: “Essa proximidade entre a indústria e a Universidade é muito relevante. A Matryx está localizada em Paulínia, de forma estratégica, próxima à Unicamp, o que facilita a interação. Além disso, essa relação contribui para a mitigação de riscos. O processo de levar uma tecnologia ao mercado, por meio do licenciamento, é complexo e envolve a superação de diversas barreiras, e a proximidade com a universidade ajuda a reduzir essas incertezas.”
Validação prática e perspectivas industriais
O foco técnico atual do projeto está voltado à estruturação física e ao dimensionamento de vasos e cartuchos de retenção que abrigarão os hidrogéis nos pontos de abastecimento. Para operações eletrointensivas, refinarias de petróleo, bases de distribuição e mineradoras, a inserção desse dispositivo pode representar economias expressivas em manutenção de ativos e preservação de combustíveis de segurança estocados em grandes volumes por longos períodos.
A coordenadora de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) da Matryx, Rafaela Carvalhal, indica os objetivos de mercado para a aplicação da nova arquitetura de tratamento: “A expectativa é que consigamos, em alguns nichos de mercado, utilizar essa tecnologia na construção de dispositivos que vão remover essa água emulsionada, que é extremamente estável.”
A especialista complementa detalhando a proposta de valor que o material trará para a cadeia de combustíveis, diferenciando-o das soluções comerciais de purificação atualmente consolidadas no setor: “Com a tecnologia, pretendemos reduzir a água emulsionada para níveis aceitáveis e, assim, manter esse diesel preservado por mais tempo. Nossa expectativa é que, dentro desse nicho específico, consigamos desenvolver esse dispositivo que será uma solução inexistente hoje. Pelo que temos visto no mercado, as soluções atuais conseguem retirar a água livre, grandes tanques de diesel são inclinados e retiram um pouco dessa água, mas não essa água extremamente emulsionada, que não sai por decantação ou separação de fases.”
Com a etapa técnica de validação de bancada concluída, as próximas frentes de engenharia englobam a construção de um sistema piloto dinâmico em escala industrial. A inovação promete redefinir os parâmetros de confiabilidade na queima de combustíveis, gerando reflexos positivos em conformidade ambiental, integridade de ativos de geração distribuída e eficiência logística em todo o território nacional.
