Os primórdios da indústria química

Os primórdios da indústria química

OS PRIMÓRDIOS DA INDÚSTRIA QUÍMICADesde o século XVIII que os produtos químicos naturais como o carbonato de sódio ou potássio passaram a ter uma grande procura, face à produção industrial de vários bens de consumo, tais como vidro, sabão e têxteis. À medida que a revolução industrial avançou e se entrou na produção maciça de bens de consumo, as jazidas conhecidas desses produtos naturais deixaram de ser suficientes e surgiram, então, novos processos industriais para a produção de algumas dessas matérias primas. Podemos dizer que a Indústria Química surgiu nessa altura, ou seja, nos primórdios do século XIX.São marcos da implantação da indústria química a invenção do Processo Le Blank para a transformação do sal marinho em carbonato de sódio (Nicholas Le Blank, 1810) e a do Processo Solvay (mais limpo) também para produzir carbonato de sódio (Ernest Solvay, 1863).

Figura 01: Cheshire, UK, início de 1800 e as núvens do Processo Leblanc (IChemE).Nesta altura as “fábricas” da indústria química eram operadas por Engenheiros Mecânicos, enquanto que o desenvolvimento à escala laboratorial estava a cargo dos Químicos. Um papel importante era o que era desempenhado pelos “Inspectores de Segurança”. Os acidentes nas fábricas de produtos químicos eram frequentes e os inspectores de segurança desempenhavam um papel fundamental na prevenção desses acidentes.

COMO NASCEU A ENGENHARIA QUÍMICAGeorge Davis, Britânico, 1880, inspector de segurança para o “Alkali Act, 1863”(a primeira peça de legislação ambiental conhecida), foi, tanto quanto se sabe, o primeiro a identificar a necessidade de uma nova profissão em ligação com a indústria química, em franca expansão nos finais do século XIX.Até aquela altura os técnicos encarregados da supervisão ou projecto dos processos nas industrias químicas eram ou:Engenheiros Mecânicos com conhecimentos do Processo Químico ou Químicos (industriais) com larga experiência industrial e conhecimentos de Processo Industrial (equipamento industrial).Assim, Químicos com instinto para a engenharia ou engenheiros com gosto pela Química deram origem aos Engenheiros Químicos.

Figura 02: George Davis (1850-1907) o fundador da profissão de Engenheiro Químico (the IChemE).

George Davis, num conjunto de 12 aulas proferidas na “Manchester Technical School” identificou e definiu os fundamentos de um novo grupo de profissionais que designou por “Engenheiros Químicos”. Na altura, esta definição de uma nova profissão e de um novo programa de ensino, foi mal aceite quer pela comunidade Universitária quer pela dos profissionais de engenharia. O mesmo aconteceu à sua tentativa de criar, por essa altura, a “Society for Chemical Engineers” no Reino Unido.Assim, é um pouco mais tarde, nos Estados Unidos da América, no “Massachussets Institute of Technology – MIT”, que se pode situar, verdadeiramente, o nascimento da Engenharia Química, com a proposta de criação, em 1888, por Lewis Norton, de uma formação estruturada em Engenharia Química [1,2].

Figura 03: Lewis Norton, fundador do primeiro Curso de Engenharia Química (MIT, 1888).

Chamava-se o “Course X” do MIT (1888). Cabe a William Page Bryant a honra de se ter tornado, em 1891, o primeiro graduado em Engenharia Química (MIT, Course X).Ainda assim, o primeiro livro sobre Engenharia Química, “Handbook of Chemical Engineering”, foi escrito por George Davis, tendo tido a sua 1ª edição em 1901. A Figura 4 mostra a primeira edição do primeiro livro editado pelo MIT na área da Engenharia Química.

Figura 04: Primeiro livro de texto de Engenharia Química do MIT, “Principles of Chemical Engineering”, 1924.A Figura 5 resume esquematicamente o nascimento da Engenharia Química, a qual faz parte dos chamados “Big Four”, os quatro grandes domínios das Engenharias Civis.

Figura 05: O nascimento da Engenharia Química.Outros cursos de Engenharia Química se seguiram ao do MIT, também nos EUA: 1892, “University of Pennsylvania”; 1894, “Tulane University”.

Na Europa, as primeiras formações estruturadas em Engenharia Química acabam por surgir mais tarde, por volta de 1920, no "Imperial College of London" e na "University College of London", enquanto que noutros países da Europa onde a indústria química desempenhou desde cedo um papel importante, como é o caso da Alemanha, é só por altura de 1950 que a formação em Engenharia Química se torna autónoma da Engenharia Mecânica. Nalguns casos foi a própria indústria a pressionar a criação de formações e Escola de Engenharia Química em Universidades de prestígio, como foi o caso da criação de um Departamento de Engenharia Química na Universidade de Cambridge, em 1945, patrocinado pela Shell.Em Portugal, o primeiro curso de Engenharia Química surgiu em 1911, no Instituto Superior Técnico, Escola então criada pelo Ministro do Fomento do Governo Provisório da República, Brito Camacho, e de que foi primeiro director Alfredo Bensaúde. Tinha a designação de Curso de Engenharia Químico-Industrial, sendo a sua origem o Curso de Química Industrial, que era um dos cursos industriais professados no Instituto Industrial e Comercial de Lisboa. Este havia sido criado em 1869, com origem no Instituto Industrial de Lisboa criado em 1852 pelo Ministro das Obras Públicas, Comércio e Indústria, Fontes Pereira de Melo.Na Universidade do Porto o curso de Engenharia Químico-Industrial começou a professar-se em 1915, quando o Curso de Engenharia, que era um curso anexo à Faculdade de Ciências, adquiriu autonomia, constituindo-se em Faculdade Técnica. Em 1926 esta Faculdade passa a designar-se por Faculdade de Engenharia.No âmbito de uma expansão do ensino superior, e precedendo a criação de novas Universidades, é criada, em 1972, na Universidade de Coimbra a Faculdade de Ciências e Tecnologia com origem na existente Faculdade de Ciências, e nela se começou a professar o curso de Engenharia Química. Esta nova designação tinha já sido adoptada em 1970 nas restantes Escolas de Engenharia do país.

Dependendo da região do globo, as formações em Engenharia Química podem estar mais próximas da Engenharia Mecânica, da Química Industrial ou dos conceitos base da Ciência da Engenharia Química.

Figura 06: As formações em Engenharia Química na Europa [3].MARCOS NO DESENVOLVIMENTO DA ENGENHARIA QUÍMICAOutros marcos importantes na Engenharia Química são ("History of Chemical Engineering "):1908 - Criação do AIChE (American Institue of Chemical Engineers)1915 – Arthur D. Little reorganizou o ensino da Engenharia Química com a introdução da noção de “Operação Unitária”. Esta noção ajudou a sistematizar o ensino dos Processos Químicos, evidenciando que cada processo pode considerar-se constituído por unidades mais pequenas, baseadas em princípios físico/químicos comuns. É com esta noção, apresentada em 1915 no relatório produzido para o MIT e depois presente ao AIChE (1922) que se introduziram, pela primeira vez, os conceitos de mecanismos físico/químicos e modelação, na Engenharia Química.1922 – Criação da “Institution of Chemical Engineers - IChemE ”. Sir Arthur Duckham foi o seu primeiro Presidente.1924 – Primeiros doutoramentos em Engenharia Química no MIT.1932 – O “American Institute of Chemical Engineers” encarrega-se, pela primeira vez, da acreditação de formações em Engenharia Química, acreditando 14 cursos.

A Figura 7 ilustra o crescimento do número de membros do AIChE no século XX.

Figura 07: Evolução do número de membros do AIChE no século XX.1934 – Primeira edição do “Handbook of Chemical Engineers” de Perry & Chilton (actualmente na 8ª edição).1953 – Criação da “European Federation of Chemical Engineers ”.1960 – Primeira edição do livro “Transport Phenomena” de Bird, Stewart e Lightfoot.A Figura 8 apresenta um mapa cronológico dos grandes marcos da indústria química no século XX, em quatro grandes áreas ligadas ao nosso quotidiano.

Figura 08: Grandes marcos da indústria química no século XX [4].No seguimento do enraizamento do conceito de Operação Unitária, outros conceitos foram progressivamente associados a esta noção primária, como sejam: Engenharia da Reacção; Engenharia Nuclear; Tecnologia das Partículas, etc. e, em conjunto, passaram a constituir o núcleo do ensino da Engenharia Química.Posteriormente, nos anos de 1970s, a ideia de Sistemas impôs-se na Engenharia Química, surgindo a Engenharia de Sistemas (Process Systems Engineering – PSE), a qual introduz uma visão holística da Engenharia Química.

ENGENHARIA QUÍMICA E O NOSSO COTIDIANOO desenvolvimento da Profissão de Engenheiro Químico acaba por estar muito associado a todo o desenvolvimento da indústria química que ocorreu em ligação com as Primeira e Segunda Guerras Mundiais. Posteriormente, foi o desenvolvimento da indústria petroquímica que contribuiu para a afirmação no mercado de trabalho, dos Engenheiros Químicos, gerando uma procura crescente de profissionais desta área. No pós-guerra, empresas como a BASF, Bayer, Hoechst, ICI (Imperial Chemical Industries), Shell, etc., foram requerendo um número crescente de profissionais de Engenharia Química. O nosso quotidiano actual e o nosso estilo de vida dependem, em grande parte, de desenvolvimentos associados à Engenharia Química.A borracha sintética; os plásticos; as fibras sintéticas; os combustíveis; as tintas; os detergentes; as conservas alimentares; os produtos lácteos de longa duração; os sistemas de refrigeração; o papel, etc, etc. são produtos que não fariam parte do nosso quotidiano sem a Engenharia Química.Mas, também a grande evolução ao nível da saúde das populações deve muito à actividade dos Engenheiros Químicos. A produção em massa de medicamentos, desde logo da penicilina, até à insulina e antibióticos e ainda o tratamento da água de consumo, evitando a propagação de doenças epidémicas, factores que tanto contribuíram para o aumento da esperança de vida nos países desenvolvidos, não teria sido possível sem a contribuição da Engenharia Química. Os Engenheiros Químicos transpõem os desenvolvimentos laboratoriais para a escala industrial. Até a utilização em massa de equipamentos de diálise (surgidos primeiro em 1945) tem por trás desenvolvimentos relacionados com a Engenharia Química.Sem a Engenharia Química, os nossos carros ainda pesariam hoje 3 toneladas, porque os componentes usados na sua construção seriam de ferro e aço e não de materiais sintéticos (polímeros) de alta resistência.

ENGENHARIA QUÍMICA MODERNANo final do século XX a Engenharia Química adoptou uma abordagem sistémica dos processos e, sem perder a sua ligação às origens (Operações Unitárias e conceitos básicos de Engenharia Química), desenvolveu-se neste domínio da Engenharia a vertente de Engenharia de Sistemas (Process Systems Engineering – PSE).Ainda no século XX, mas mais acentuadamente no século XXI surge na Engenharia Química o conceito de Engenharia do Produto ("Engenharia de Sistemas e Processos/Projecto de Produto " e "Product Engineering "). A abordagem da Engenharia Química a um novo problema passa a ser, muitas vezes, direccionada primeiro para o produto. Define-se qual o Produto pretendido com base nas funcionalidades desejadas e, a partir daí, constrói-se o Processo. Os produtos, por outro lado, deixaram de ser apenas os produtos químicos convencionais (normalmente “commodities” produzidos em larga escala) e passaram a ser, por exemplo, produtos farmacêuticos, produtos de electrónica, materiais avançados (por exemplo materiais ópticos), produtos biológicos, novos combustíveis, etc. A característica comum reside no facto de serem produtos de alto valor acrescentado, normalmente produzidos em pequena escala. A Figura 9 mostra como evoluiu a Indústria Química na Europa durante a década de 90.

Figura 09: Crescimento da produção da indústria química na EU, nos anos 90, por sectores [5].

Figura 10: Representação molecular de um nanotubo de carbono.

Figura 11: Estrutura polimérica de um osso sintético que serve de suporte ao crescimento de células de tecido ósseo (David S. Dandy, Colorado State University ).Por exemplo, os mecanismos bem conhecidos dos Engenheiros Químicos que descrevem o transporte de fluidos em condutas do processo (Dinâmica de Fluidos) também podem ser usados para descrever o transporte de fluidos biológicos no corpo humano e, como tal, as ferramentas da “Computational Fluid Dynamics – CFD” também estão a ser usadas na descrição do fluxo dos fluidos biológicos nos sistemas vivos. Estes estudos podem por exemplo ajudar a prever melhor o risco de doenças degenerativas do sistema circulatório como seja a arteriosclerose.

Figura 12: Modelo das coronárias [6].Importa referir que a Sustentabilidade Ambiental passa, necessariamente, pela Engenharia Química. Só com processos mais limpos, energeticamente mais eficientes, com combustíveis mais verdes, será possível evitar a evolução da degradação ambiental. O desenvolvimento dos Processos de Sequestração de CO2 precisa da Engenharia Química.A Figura 13 mostra como aumentou a eficiência energética na indústria química nos últimos 40 anos. Por outro lado, na Figura 14 pode verificar-se a diminuição acentuada nas emissões de CO2 por unidade produzida que ocorreu na indústria química, nesse mesmo período.

Figura 13: Evolução da eficiência energética da indústria química na EU de 1960 a 1998 [5].

Figura 14: Evolução das emissões de CO2 por unidade de consumo de energia ou por unidade produzida na indústria química da EU nos anos 90 [5].Ao nível ambiental, a conjugação da Engenharia com os novos desenvolvimentos da genómica faz antever o surgimento de novas tecnologias, nomeadamente na monitorização ambiental, tal como no esquema da Figura 15.

Figura 15: Vigiando o oceano: sensores ecogenómicos à escala nano. As sentinelas microbianas do ecosistema (Genomics: GTL Roadmap, US Dep. of Energy Office of Sc., August 2005, http://genomics.energy.gov/gallery ) [7].

NOTAS FINAISPodemos afirmar, sem receio, que a Engenharia Química é o ramo das Engenharias de espectro mais alargado.No início do Século XXI, o aspecto mais fascinante da profissão de Engenheiro Químico reside na capacidade de que estes profissionais estão dotados para abordar escalas muito diversas: desde os 10-9 m da escala do átomo (nanómetros) aos 103 m da escala do quilómetro; desde os 10-12 s da escala do picosegundo aos 104 s da escala da hora, sem nos referirmos, para já, à escala do Universo.

REFERÊNCIAS“History of Chemical Engineering”, ed. W. F. Furter, Advances in Chemistry Series 190, A.C.S., Washington dc, 1980.Don Freshwater, “Davis, George Edward (1850-1907)", Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press, UK, 2004.J. E. Gillett, “Chemical Engineering Education in the Next Century”, Chem. Eng. & Tech., 24 (6), pp. 561-570, 2001, (http://www.efce.info/wpe_educationchemeng.html ).Chemistry elements of life (www.elements-of-life.org).“La Industria química europea en una perspective mundial, 1990-1999: una década de crescimiento”, CEFIC - Trade and Economic Affairs, Ingeniería Química, pp. 135-144, Abril 2001.Crampin, E. J. et al., “Computational physiology and the physiome project”, Exp. Physiology, 89, pp. 1-26, 2004, (http://ep.physoc.org/cgi/content/abstract/89/1/1 ).Genomics.energy.gov (http://genomics.energy.gov/gallery/).

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