Valorização de biomassa residual da cana-de-açúcar através de processos termoquímicos - Almeida, Sâmilla Gabriella Coêlho (2020)
A utilização dos recursos renováveis de biomassa tem aumentado como forma de diminuir os impactos causados no meio ambiente pelo uso desenfreado dos combustíveis e químicos derivados de petróleo. A utilização de biomassas lignocelulósicas tem ganhado destaque principalmente no setor de energia. O emprego dos resíduos da cana-de-açúcar para produção de vapor, energia e obtenção de açúcares de 5 e 6 carbonos integram o conceito de biorrefinaria, que visa o aproveitamento total, sustentável e competitivo da biomassa em uma gama de produtos comercializáveis. Neste sentido, o objetivo desse trabalho foi a valorização dos resíduos de cana-de-açúcar através de processos termoquímicos para a produção de bioprodutos de valor agregado. Os processos de conversão investigados foram a combustão direta e a pirólise. Na primeira etapa do projeto, foram realizados testes de queima em um queimador piloto e quantificadas as emissões de partículas geradas a partir da combustão da mistura palha/bagaço. A queima da biomassa deu-se em 4 faixas de velocidades do ar observadas na chaminé (4,19; 5,40; 6,85 e 8,21 m/s). Observou-se o efeito diluidor dentro do duto quando o fluido está em maior velocidade, tal comportamento deu-se em todo o intervalo de diâmetro de coleta das partículas; com uma concentração total de material particulado (MP10) maior na menor faixa de velocidade (4,19 m/s) e menores concentrações para a maior velocidade (8,21 m/s). Os fatores de emissão (FE) obtidos nos testes são característicos para o módulo experimental utilizado e as condições operacionais empregadas, ficando na faixa de 0,305 – 0,551 g de MP2,5/kg de biomassa paras as velocidades de 4,19 m/s. Na segunda etapa do projeto foram realizadas reações de pirólise lenta em um reator de leito fixo em escala laboratorial e variou-se as condições de operação: temperatura de pico e taxa de aquecimento, nos valores de 450, 500 e 600 ºC e de 10 e 20 ºC/min; respectivamente. Foi possível determinar o rendimento de carbonizado, bio-óleo e gases não-condensáveis resultantes do processo. O carbonizado obtido foi caracterizado em termos de análise imediata e elementar. Os rendimentos em base seca variaram para o carbonizado de 21,75 a 36,80 % m/m, para o bio-óleo entre 43,02 a 50,85 % m/m e para os gases não condensáveis entre 20,17 a 28,46 % m/m. Observou-se que para a mesma taxa de aquecimento (10 ºC/min), o rendimento de carbonizado diminui e o de bio-óleo aumenta com o aumento da temperatura de pico. O maior rendimento de carbonizado para o bagaço foi com a temperatura de pico de 450 ºC e taxa de aquecimento de 20 ºC/min (27,57%). O processo de pirólise permitiu a obtenção de um biochar que atende as normas europeias, com um poder calorífico superior à biomassa inicial, que variou entre 25,37 MJ/kg e 27,93 MJ/kg. O processo de combustão demonstrou ser uma tecnologia disponível para a transformação da energia química presente na biomassa em calor, no entanto resulta na emissão em grande concentração de partículas ultrafinas, que são danosas ao meio ambiente e a saúde. Por outro lado, o processo de pirólise demonstrou ser um processo que pode ser mais amplamente explorado em grande escala, para a obtenção de diversos produtos energéticos, como biochar, bio-óleo e gases, podendo ser aproveitados de diversas formas.