Da bancada de pesquisa ao resíduo transformado: a base científica por trás da Brechó do Carbono

Toda tecnologia séria de valorização de resíduos nasce de uma pergunta incômoda: o que fazemos com aquilo que sobra depois que tentamos resolver um problema ambiental? Foi exatamente essa pergunta que orientou a pesquisa de mestrado de Jenny Sayaka Komatsu, sócia majoritária da Brechó do Carbono, muito antes de a empresa existir — e é essa mesma pergunta que segue orientando o trabalho da empresa hoje.

O problema: reduzir a poluição sem apenas transferi-la de lugar

Em 2005, Jenny defendeu seu mestrado, no Departamento de Engenharia Ambiental Urbana na Universidade de Kyoto (Japão), a dissertação "Chemical Inhibition of Dioxins Formation in Municipal Solid Waste Incinerators by Urea" ("Inibição química da formação de dioxinas em incineradores de resíduos sólidos urbanos por meio da uréia"), sob orientação do Prof. Dr. Nobuo Takeda, com apoio do Prof. Dr. Masaki Takaoka, do instrutor Msc Tadao Matsumoto e do instrutor Dr. Kazuki Oshita.

O ponto de partida da pesquisa é uma constatação simples, mas incômoda: as tecnologias usadas para reduzir a emissão de dioxinas em incineradores de resíduos sólidos urbanos concentram seus esforços em remover esses poluentes do gás de saída — mas, ao fazer isso, apenas transferem a carga poluente para as cinzas, que precisam ser tratadas depois. Ou seja, o poluente não desaparece: ele muda de lugar. A quantidade total de dioxinas que efetivamente chega ao meio ambiente não diminui de forma proporcional.

A pesquisa de Jenny propôs investigar uma alternativa: em vez de só remover as dioxinas já formadas, seria possível inibir quimicamente a própria formação delas durante o processo de incineração? E, indo além, qual seria a melhor forma de fazer isso, sem gerar novos problemas ou custos excessivos?

A escolha da ureia — e por que ela importa

Entre diversos compostos possíveis, a pesquisa escolheu a ureia como agente inibidor, justamente por reunir três características que a dissertação destaca: fácil manuseio, baixo custo e caráter não tóxico. A ureia é usada até mesmo em cosméticos como agente hidratante. Até então, o potencial inibidor da ureia já havia sido testado injetado no gás da queima do incinerador ou misturado em combustível derivado de resíduos (CDR), mas nunca havia sido avaliado quando aplicado diretamente no resíduo , em escala industrial. Além de o mecanismo pelo qual a ureia inibia a formação de dioxinas continuava sem explicação.

Para investigar isso, a pesquisa combinou várias frentes experimentais:

• Experimentos em escala laboratorial, incinerando um resíduo-modelo (PVC com cobre como catalisador) em forno elétrico;

• Experimentos em uma planta real de incineração de 45 toneladas/dia, comparando três condições: operação normal - o teste "em branco" sem ureia, solução de ureia injetada na câmara de combustão e a injeção de ureia diretamente sobre o resíduo, ainda na câmara de alimentação dos resíduos (hopper ou tremonha);

• Testes de recozimento ("annealing") de cinzas volantes (cinzas carregadas pelos gases) coletadas na planta real, para entender a formação secundária de dioxinas (a chamada síntese de novo);

• Análises térmicas (TG-DTA) da ureia e de seus compostos de decomposição em contato com diferentes formas de cobre (catalisador);

• Técnicas de espectroscopia de raios-X (XANES/XAFS e ESCA), para investigar como o cobre — um catalisador conhecido da formação de dioxinas — se comporta quimicamente na presença da ureia.

O que a pesquisa encontrou

Os resultados mostraram que a forma como o inibidor é introduzido no processo faz toda a diferença. Quando a uréia foi adicionada diretamente sobre o resíduo, antes da incineração, os níveis de dioxinas na saída da zona de combustão caíram de forma expressiva — com inibição de até 88% em valor de toxicidade equivalente (TEQ), contra 70% quando a uréia era injetada apenas na câmara de combustão. Um achado especialmente relevante veio dos testes de recozimento das cinzas: quando a uréia era gaseificada e conduzida junto ao fluxo de gás sobre a cinza — em vez de simplesmente misturada em estado sólido — a inibição da formação secundária, síntese de novo, chegou a taxas entre 76% e 96%. Já a uréia misturada em estado sólido, sem gaseificação, chegou a aumentar a formação desses compostos. Isso indica que não basta adicionar o inibidor: o estado físico e o momento da adição são determinantes para o resultado.

As análises térmicas e espectroscópicas também revelaram que a ureia e seus compostos de decomposição interagem quimicamente com o cobre presente nas cinzas — possivelmente formando complexos que suprimem, ainda que parcialmente, a atividade catalítica do metal na formação de dioxinas. A pesquisa é honesta quanto aos limites desse efeito: os experimentos de XAFS não mostraram supressão da cloração do cobre, sugerindo que o mecanismo de inibição reduz a velocidade da reação, mas não elimina totalmente a atividade catalítica.

A conclusão central da dissertação é que introduzir o inibidor diretamente no resíduo, antes da queima, é mais eficaz do que tratar apenas o gás já formado — porque sua capacidade de inibição se prolonga também para as etapas de resfriamento, onde ocorre boa parte da formação secundária de dioxinas.

Ainda hoje o uso de ureia é largamente pesquisada, e usada em plantas reais, como um duplo agente, reduzindo a formação de óxidos de nitrogênio (NOx), e também inibindo a formação de dioxinas. [ref1]

O que essa pesquisa tem a ver com a Brechó do Carbono

A Brechó do Carbono nasceu para acelerar a transição para economia circular e descarbonização, transformando resíduos têxteis em produtos de alto valor agregado, como carvão ativado. É um objetivo diferente do estudado no mestrado, mas construído sobre o mesmo tipo de pergunta que Jenny já investigava em Kyoto: como tratar um material residual de forma a controlar, entender e melhorar o que sai desse processo — em vez de apenas empurrar o problema para outro lugar,a etapa seguinte.

A trajetória científica de nossa fundadora é parte da origem da Brechó do Carbono. Ao longo de sua formação e pesquisa, dedicou-se ao estudo do comportamento térmico de resíduos, da caracterização de cinzas e subprodutos e da investigação de processos em nível molecular. Esse percurso contribui para a abordagem adotada pela empresa, baseada em pesquisa, análise técnica e desenvolvimento contínuo.

Olhando para frente

Uma pesquisa de mestrado não fecha um assunto — ela abre caminhos. A própria dissertação da Jenny reconhece isso ao apontar, em suas conclusões, a necessidade de investigar melhor os compostos de decomposição da ureia isoladamente, e de repetir os experimentos em plantas operando de forma plenamente contínua. É esse espírito de investigação contínua — testar, medir, questionar o próprio resultado antes de aceitá-lo — que a Brechó do Carbono carrega como parte de sua cultura, ao seguir desenvolvendo soluções de valorização de resíduos com compromisso científico.

Quer conhecer os detalhes metodológicos e os dados completos da pesquisa? A dissertação de mestrado de Jenny Sayaka Komatsu, "Chemical Inhibition of Dioxins Formation in Municipal Solid Waste Incinerators by Urea" (Kyoto University, 2005), está disponível para consulta no botão abaixo.

Ref1: Hongquan Zhou, et al.  Influences of Non-SCR De-NOx Technologies on NOx and Dioxin Emissions in Full Scale MSW Incinerators. Aerosol and Air Quality Research, 2024. https://aaqr.org/articles/aaqr-23-12-oa-0319