Análise técnico-econômica do aproveitamento dos gases residuais da carbonização contínua de madeira para a geração de eletricidade

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: SANTOS, Paulo Henrique Melo
• Orientador(a): VENTURINI, Osvaldo José
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia de Energia
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Carbonização contínua; Carvão vegetal; Geração de eletricidade; Biomassa; Pirólise lenta; Recuperação de energia
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA::ENGENHARIA DE ENERGIA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3854

O Brasil é o único país que produz carvão vegetal em larga escala. No entanto, os processos tradicionais de carbonização desperdiçam grandes quantidades de energia através dos gases residuais da carbonização, que são lançados na atmosfera, causando poluição do ar e degradação ambiental. Os gases da carbonização contêm aproximadamente 40% do conteúdo energético da madeira, e a produção de carvão vegetal no estado de Minas Gerais pode representar um potencial energético considerável. Este trabalho buscou avaliar a possibilidade de recuperação da energia dos gases produzidos durante a carbonização da madeira em um reator de carbonização contínua do modelo "Lambiotte" (retorta). Estes reatores operam continuamente e, permitem um melhor aproveitamento da energia da madeira, por meio de um sistema de recuperação de gases, que utiliza o próprio gás para o fornecimento de calor ao processo e para a geração de eletricidade. O reator considerado é capaz de produzir 20 toneladas de carvão por dia, além de disponibilizar até 840 kW de potência térmica através dos gases não condensáveis e alcatrão. Para a conversão dos gases em eletricidade, foram analisadas duas tecnologias: o ciclo Rankine a vapor convencional e o Ciclo Rankine Orgânico (ORC), que apresentaram eficiências de 9,5% e 17,7%, respectivamente. A análise econômica indicou o Ciclo Rankine a Vapor como a tecnologia mais viável para o caso em estudo quando se tem apenas uma retorta em operação, onde estima-se uma geração específica de 130 kWh por tonelada de carvão, considerando um rendimento gravimétrico de 33%. A análise, também considerou um rendimento gravimétrico de 42%, que resultou em uma produção específica de eletricidade através desta mesma tecnologia de 62 kWh por tonelada de carvão vegetal. A carbonização continua mostrou-se bastante eficaz para a produção de carvão vegetal. Além de produzir um carvão mais homogêneo e de melhor qualidade, consegue proporcionar o aproveitamento de toda energia da madeira através da geração de eletricidade com os gases excedentes do processo. A emissão de gases altamente poluentes, como CH4 e CO, é minimizada com a queima dos gases residuais, evitando assim, um dos maiores problemas desse setor industrial, as emissões de gases de efeito estufa.