Simulação, análise técnico-econômica e de risco da valorização da acetona na produção de intermediários para biocombustíveis de aviação

Abstract

A produção de biocombustíveis sustentáveis é uma estratégia essencial para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e mitigar impactos ambientais. Nesse contexto, a condensação aldólica entre furfural (derivado da biomassa) e acetona surge como uma rota promissora para a síntese de intermediários, como o 1,4- pentadien-3-ona,1,5-di-2-furanil (F2Ac), utilizado na produção de biocombustíveis de aviação. A acetona, embora enfrente restrições regulatórias que dificultam sua comercialização, é amplamente gerada como subproduto industrial e pode ser valorizada como matéria-prima em processos inovadores como os biocombustíveis. Este trabalho avaliou a viabilidade técnica, econômica e os riscos do processo de condensação aldólica entre furfural e acetona por meio de simulações no software Aspen Plus, considerando oito cenários com variações de vazão de entrada (original: 10.957,7 kg/h; modificada: 13.697,1 kg/h, aumento de 25%) e dois diagramas de fluxo (PFD-1 e PFD-2). As condições reacionais foram de 2 h a 80?°C, com razão mássica furfural: acetona de 1:0,8. A análise econômica considerou uma planta operando 7920 h/ano, com vida útil de 15 anos, taxa de retorno de 15% ao ano e payback de 3,6 anos. O cenário 7 apresentou o menor preço mínimo de venda (MSP) (12,47 USD/gal), enquanto o cenário 5 obteve o maior valor presente líquido (VPL) (96,53 milhões de dólares). A análise de riscos e incertezas, pela metodologia de Monte Carlo, considerou variações nos custos do furfural, da acetona e da capacidade produtiva, tendo o VPL e os custos operacionais como variáveis de resposta. O cenário 5 demonstrou o menor risco de investimento e melhor desempenho econômico. O estudo contribui com resultados relevantes para o desenvolvimento de rotas sustentáveis na produção de intermediários de biocombustíveis de aviação, com base na reação de condensação aldólica entre furfural e acetona, além de apoiar a avaliação da viabilidade econômica e dos riscos associados ao investimento. Palavras-chave: Catálise Heterogênea; Condensação aldólica; Monte Carlo; SAF’s; Furfural

The production of sustainable biofuels is a key strategy to reduce dependence on fossil fuels and mitigate environmental impacts. In this context, the aldol condensation between furfural (a biomass-derived compound) and acetone emerges as a promising route for the synthesis of intermediates such as 1,4-pentadien-3- one,1,5-di-2-furanyl (F2Ac), used in the production of aviation biofuels. Although acetone faces regulatory restrictions that hinder its commercialization, it is widely produced as an industrial by-product and can be valorized as a feedstock in innovative processes such as biofuel production. This study evaluated the technical and economic feasibility, as well as the risks associated with the aldol condensation process between furfural and acetone through simulations performed in the Aspen Plus software. Eight scenarios were analyzed, varying feed flow rates (original: 10,957.7 kg/h; modified: 13,697.1 kg/h, a 25% increase) and process flow diagrams (PFD-1 and PFD-2). The reaction conditions were set at 2 hours and 80?°C, with a mass ratio of furfural:acetone of 1:0.8. The economic analysis considered a plant operating 7920 hours per year, with a 15-year lifetime, a return rate of 15% per year, and a payback period of 3.6 years. Scenario 7 resulted in the lowest minimum selling price (MSP) (12.47 USD/gal), while scenario 5 achieved the highest net present value (NPV) (96.53 million USD). The risk and uncertainty analysis, based on the Monte Carlo method, considered variations in furfural and acetone costs and production capacity, using NPV and operating costs as response variables. Scenario 5 showed the lowest investment risk and the best economic performance. This study provides relevant insights for the development of sustainable routes for the production of aviation biofuel intermediates based on the aldol condensation of furfural and acetone, as well as supporting the assessment of economic viability and investment risk. Keywords: Heterogeneous Catalysis; Aldol condensation; Monte Carlo; SAF’s; Furfural