Pirólise de cascas de grãos de girassol: determinação de parâmetros cinéticos, e influência da atmosfera (H2 ou He) e da catálise ex-situ (HZSM-5) na geração de vapores - ARAUJO, Arthur Tadeu Freitas de Almeida (2024)
O crescimento populacional juntamente com a modernização da sociedade traz consigo muitos desafios. Entre eles está o de encontrar alternativas para substituir a principal fonte de energia e produtos químicos, pois sendo de base fóssil o petróleo não é sustentável. Resíduos de biomassa vegetal se apresentam como uma fonte promissora de recursos para atender parte dessa demanda. Existem várias metodologias para se converter biomassa em energia e/ou produtos químicos valiosos. O processo de conversão termoquímico chamado de pirólise é capaz de gerar esses produtos nas fases sólida, líquida e gasosa, podendo apresentar um alto nível de seletividade, a depender das condições do processo. Esse trabalho teve como objetivo realizar a pirólise de cascas de grãos de girassol (CGG) a fim de analisar o material de partida e os produtos de reação. Além disso um estudo cinético para a obtenção dos parâmetros tríplices (energia de ativação, modelo de reação e fator de frequência) pode fornecer um melhor entendimento do processo de pirólise. A cinética pirolítica das CGG utilizou dados prévios de energia de ativação e partindo do chamado efeito de compensação cinética calculou como valor médio de fator de frequência 3,517x109 1/s; o modelo de reação bidimensional (D2), baseado em fenômenos difusionais, cuja representação matemática é [−(−)]−, foi o que melhor representou a pirólise das CGG; e os parâmetros cinéticos calculados foram eficientes para prever o comportamento cinético experimental, uma vez que seus desvios apresentaram baixos valores, com flutuações máximas de 6 %. Foram realizados testes de pirólise rápida analítica das CGG em quatro condições diferentes: CGG puras em atmosfera de hélio (CGHe); CGG puras em atmosfera de hidrogênio (CGHi); CGG com zeólita ex-situ em atmosfera de hélio (CG-ZeHe); e CGG com zeólita ex-situ em atmosfera de hidrogênio (CG-ZeHi). A zeólita HZSM-5 foi utilizada como catalisador. Para cada condição experimental mencionada foram realizados testes nas temperaturas de 450, 550 e 650 °C e os vapores pirolíticos foram analisados em um sistema Py-GC/MS. Os resultados demonstraram que a condição de maior efeito, quanto às funções orgânicas presentes nos voláteis e também à distribuição de seletividade, especialmente para formação de hidrocarbonetos, foi a utilização do catalisador zeolítico. Esse material conseguiu auxiliar a promoção de reações de desoxigenação dos voláteis pirolíticos, possibilitando a geração de vapores melhorados; em CG-ZeHi a produção de hidrocarbonetos com rendimento máximo de 42 % de área de pico foi alcançada em 550 °C. A temperatura e atmosfera gasosa de reação desempenharam papéis secundários; a temperatura mais elevada (650 °C) resultou em maiores quantidades de voláteis; já a atmosfera de hidrogênio apresentou resultados semelhantes à atmosfera de hélio. Diante dos resultados é possível afirmar que as representações matemáticas encontradas para as reações pirolíticas estudadas são eficientes e que esse resíduo de biomassa lignocelulósica (CGG) pode ser utilizado como fonte de energia e produtos químicos altamente demandados pela sociedade, aparecendo como uma alternativa mais limpa e sustentável à utilização de recursos fósseis. O presente estudo é pioneiro ao calcular a tríplice cinética para as CGG via efeito de compensação cinética, e a investigar a hidropirólise e a hidropirólise catalítica para os resíduos em questão.