TRUEFuel: Formulações colorimétricas para corantes de combustível

Concebido para permitir a deteção visual de etanol em misturas de combustível através de uma mudança de cor reversível e estável.

CONTEXTO

Esta proposta descreve uma oportunidade de colaboração comercial focada no desenvolvimento de sistemas avançados de marcação para combustíveis, centrados em formulações cromogénicas inovadoras. O uso de corantes em combustíveis é uma prática bem estabelecida e, em muitos países, uma exigência legal. O objetivo principal é diferenciar combustíveis não tributados (conhecidos como «coloridos») de combustíveis tributados («transparentes» ou «brancos»), evitando assim o uso indevido que pode levar a perdas fiscais e riscos de segurança.

O combustível de aviação é um exemplo claro, uma vez que a gasolina de aviação é sempre tingida, tanto por razões de segurança como para cumprimento da regulamentação fiscal. Os corantes utilizados devem ser altamente solúveis em solventes não polares à base de hidrocarbonetos, típicos dos combustíveis. São comumente utilizados corantes do tipo azo (por exemplo, Solvent Red) para tons vermelhos e corantes à base de antraquinona (por exemplo, Solvent Green, Solvent Blue) para tons verdes e azuis.

Os corantes modernos para combustíveis incorporam cadeias laterais alquílicas ramificadas mais longas (como 2-etilhexilo ou tridecilo), que melhoram significativamente a solubilidade e o desempenho geral. As principais inovações neste campo vieram da Morton International e da BASF, que desenvolveram versões de alta solubilidade dos corantes tradicionais. Apesar da disponibilidade desses corantes líquidos avançados, algumas refinarias ainda utilizam formas em pó, o que representa desafios significativos em termos de manuseamento, sustentabilidade e segurança.

Neste contexto, o cristal violeta lactona (CVL) destaca-se como um corante orgânico bem conhecido baseado numa estrutura de triarilmetano, com propriedades cromogénicas notáveis. O CVL é sensível a vários estímulos externos, como temperatura, luz, pH e tipo de solvente, permitindo uma mudança de cor intensa e precisa. No seu estado puro, o CVL é um pó cristalino branco, altamente solúvel em solventes orgânicos não polares ou ligeiramente polares. Em condições ácidas, ele sofre uma reação de abertura de anel, formando um cromóforo altamente conjugado que absorve fortemente no espectro visível e dá origem a uma cor azul vívida.

Essa capacidade multirresponsiva permite que o CVL funcione como um marcador inteligente em sistemas piezo-cromáticos, termo-cromáticos, halocromáticos e solvato-cromáticos, com aplicações em materiais inteligentes, tecnologias de sensores e tintas que mudam de cor. Além disso, o CVL tem sido usado como aditivo em formulações de corantes para combustíveis e foi protegido por uma patente da BASF (DE4422336A1, 1994). No entanto, as tecnologias anteriores apresentavam limitações, como eficiência de cor reduzida à temperatura ambiente e problemas de reprodutibilidade.

SOBRE A TECNOLOGIA

A tecnologia proposta introduz uma formulação colorimétrica inovadora para marcação de combustíveis com base na lactona cristal violeta (CVL), um composto cromogénico amplamente estudado e comercialmente relevante. Este sistema foi concebido para permitir a deteção visual de etanol em misturas de combustíveis através de uma mudança de cor reversível e estável, oferecendo assim uma solução inteligente e responsiva para aplicações em autenticação de combustíveis, controlo de qualidade e esforços anti-adulteração.

A abordagem aproveita o comportamento químico único do CVL na presença de etanol e líquidos iônicos hidrofóbicos, formando uma nova formulação de sensor capaz de produzir uma coloração azul distinta ao interagir com combustíveis contaminados com etanol.

Componentes técnicos e processo de formulação

O processo de formulação consiste em várias etapas principais, integrando sistemas de solventes, solubilização de corantes e aditivos funcionais:

1. Preparação do sistema de solventes

Uma mistura binária de solventes é usada para replicar as condições típicas do combustível e simular cenários de adulteração:

Heptano como solvente não polar escolhido como modelo para combustíveis à base de hidrocarbonetos, como gasolina ou diesel. Ele fornece um ambiente realista e inerte para testar a solubilidade do combustível e o comportamento do corante.

O etanol atua como um analito de teste (simulando combustível adulterado com etanol) e um modificador de polaridade, aumentando ligeiramente a polaridade do solvente para iniciar a resposta cromogênica do corante.

2. Dissolução do corante

O CVL, um corante leuco, é normalmente um pó cristalino branco na sua forma de anel fechado (sem cor). Quando adicionado à mistura de heptano/etanol, o corante dissolve-se completamente, formando uma solução homogénea. O ambiente do solvente desempenha um papel crucial no equilíbrio entre as formas leuco (incolor) e aberta (colorida) do corante.

3. Adição de líquido iónico hidrofóbico

Para aumentar a sensibilidade e a estabilidade do corante, um líquido iónico hidrofóbico é introduzido na formulação em diferentes percentagens em peso (2% em peso, 5% em peso, 10% em peso e 20% em peso).

Estes líquidos iónicos são cuidadosamente selecionados por:

-Alta compatibilidade com solventes não polares

– Capacidade de solubilizar moléculas polares em meios apolares

– Interação com a estrutura cromófora do CVL, permitindo a estabilização da forma de anel aberto, de cor azul

Inovação e mecanismo de ação

A principal característica inventiva desta formulação é a estabilização inesperada da forma de anel aberto do CVL — normalmente uma espécie altamente reativa e transitória — num meio predominantemente apolar. Em condições normais, o CVL reverte rapidamente para a sua forma leuco em combustíveis de hidrocarbonetos, minimizando a detetabilidade visual.

No entanto, quando o líquido iónico está presente, a forma azul aberta do CVL permanece estabilizada mesmo num meio rico em heptano e de baixa polaridade. Este fenómeno é surpreendente, uma vez que os líquidos iónicos não são normalmente eficazes na preservação de tais estados cromóforos polares em solventes não polares.

O líquido iónico provavelmente interage com o carbono central deficiente em eletrões na forma aberta do CVL, seja por meio de estabilização eletrostática ou interações π–cátion, ajudando a manter o sistema conjugado estendido responsável pela cor visível.

APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS

A tecnologia proposta de corante colorimétrico para combustíveis apresenta uma solução versátil e impactante, com ampla aplicabilidade em vários setores. A sua principal vantagem reside na capacidade de indicar visualmente a presença de etanol em combustíveis à base de hidrocarbonetos através de uma mudança de cor estável e reversível, oferecendo um método imediato e acessível para autenticação e controlo de qualidade do combustível. Esta inovação é especialmente valiosa em setores como distribuição de combustíveis, aplicação de regulamentações, manutenção automotiva e aeronáutica, monitorização de combustíveis industriais e operações de refinaria.

Nas redes de distribuição de combustível, a tecnologia pode ser usada para monitorar a autenticidade e a integridade dos combustíveis à medida que passam pelas etapas de transporte, armazenamento e retalho. A capacidade de detectar adulteração ou mistura de combustíveis tributados e não tributados ajuda a prevenir fraudes, protege a receita tributária e garante a confiança do consumidor. Órgãos reguladores e agências alfandegárias podem usar essa tecnologia para inspeções rápidas e imediatas, sem a necessidade de análises laboratoriais ou instrumentação cara, permitindo um monitoramento mais frequente e eficaz.

Nos setores automóvel e da aviação, a resposta colorimétrica pode ajudar a confirmar que está a ser utilizado o tipo correto de combustível, reduzindo o risco de danos no motor devido à contaminação por etanol. Isto é particularmente importante para aeronaves e máquinas que não foram concebidas para lidar com combustíveis misturados com etanol. Da mesma forma, em ambientes industriais e agrícolas, onde os motores dependem frequentemente de composições específicas de combustível, a capacidade de verificar rapidamente a pureza pode evitar danos dispendiosos e tempo de inatividade operacional.

As refinarias e instalações de mistura também se beneficiam desta tecnologia, pois ela permite o controlo de qualidade em tempo real durante a produção, sem interromper os processos. A formulação líquida é fácil de integrar nos fluxos de combustível existentes e não requer infraestrutura adicional ou ferramentas analíticas complexas.

O que diferencia esta tecnologia das soluções tradicionais é a sua capacidade de resposta, sensibilidade e praticidade. Ao contrário dos corantes em pó convencionais, que podem ser difíceis de manusear e muitas vezes carecem de estabilidade no combustível, esta formulação — baseada em lactona de cristal violeta e estabilizada por líquidos iônicos hidrofóbicos — oferece excelente solubilidade em meios de hidrocarbonetos e alta clareza visual. A resposta é imediata e não requer instrumentos, tornando-a acessível tanto para pessoal técnico como para não especialistas.

Os métodos convencionais de deteção de etanol ou verificação da autenticidade do combustível envolvem frequentemente testes laboratoriais demorados, espectroscopia especializada ou a utilização de corantes que não são otimizados para estabilidade em solventes não polares. Em contrapartida, esta nova formulação é económica, altamente adaptável e pode ser ajustada em termos de sensibilidade, variando a concentração do aditivo líquido iónico. Também elimina algumas das preocupações com a saúde e o ambiente associadas aos corantes em pó, uma vez que é fornecida na forma líquida, reduzindo o risco de derrames ou inalação.

Se amplamente adotada, esta tecnologia poderia resolver vários problemas persistentes na indústria de combustíveis. Ajudaria a combater a fraude de combustível e a evasão fiscal, tornando significativamente mais difícil rotular incorretamente ou adulterar combustíveis sem ser detetado. Melhoraria a segurança em setores onde o uso de tipos de combustível incorretos pode ter consequências graves. Também preencheria uma lacuna no mercado de ferramentas de teste de campo rápidas, precisas e acessíveis para análise de combustível.

Ao combinar o comportamento cromogénico único da lactona de cristal violeta com o poder estabilizador de líquidos iônicos cuidadosamente selecionados, esta tecnologia oferece um avanço inovador e não óbvio na ciência da marcação de combustíveis. Ela oferece uma resposta prática e inovadora às necessidades de reguladores, fornecedores e consumidores, tornando-a uma solução promissora para uma indústria de combustíveis mais transparente, segura e melhor regulamentada.

PROPRIEDADE INTELECTUAL

• [PT] Formulação Colorimétrica para Deteção de Álcoois em Combustíveis [EN] Colorimetric Formulation for the Detection of Alcohols in Fuels – Inventores: Andreia F. M. Santos and Luis C. Branco – Ref.: PT 119864

OPORTUNIDADE

NOVA Inventors

Luís Branco

Andreia Santos