Biochar produzido a partir de casca de coco: aplicações como fonte de carbono nos altos-fornos

Abstract

El coque metalúrgico es actualmente el principal agente reductor utilizado en la reducción de óxidos de hierro en altos hornos. Sin embargo, su uso genera grandes emisiones de CO2, contribuyendo al efecto invernadero. Aunque los altos hornos que funcionan exclusivamente con carbón vegetal se encuentran solo en Brasil, su aplicación ha sido limitada debido a la falta de resistencia y la alta reactividad del carbón vegetal como reductor. En este contexto, el objetivo de este estudio fue desarrollar materiales alternativos al coque y al carbón vegetal, buscando nuevas fuentes de carbono que puedan ser utilizada en los altos hornos siderúrgicos. Se utilizó cáscara de coco (Cocos nucifera L.) para producir biochar a las temperaturas de pirolisis de 200, 250, 350 y 450°C, luego los biochars producidos se prensaron variando la temperatura del proceso de 150, 250 y 350°C, para formar un combustible sólido, aquí llamado bio-coque (BIC). Las características físico-químicas de los biochars fueron analizadas mediante índices de combustión y comparadas con dos carbones minerales (C1 y C2), para evaluar su aplicación como combustible auxiliar en altos hornos. Por otro lado, se comparó la calidad del BIC con dos coques metalúrgicos (Coque 1 y Coque 2) normalmente utilizados como reductores. Todos los materiales utilizados se caracterizaron mediante análisis próximo y elemental (CHNSO), poder calorífico superior (PCS) y fluorescencia de rayos X (FRX). La reactividad del BIC se estudió usando análisis termogravimétrico y un método a mayor escala (ECE-INCAR). En los resultados del análisis próximo se observó que el proceso de pirolisis mejoró las características energéticas de la biomasa in natura, presentando un aumento estadísticamente significativo en el contenido de carbono, PCS y disminución en el contenido de volátiles, con el aumento de la temperatura de pirolisis. Los análisis termogravimétricos permitieron explicar los cambios en la estructura química de los constituyentes del biochar. En los índices de combustión se observó que los biochars producidos a bajas temperaturas presentaron los valores recomendados para ser aplicados como combustible auxiliar en altos hornos. Además, también fue posible producir BIC usando bajas temperaturas en el proceso de densificación, pero el producto presentó menor resistencia mecánica y mayor reactividad que los coques de referencia. Los resultados sugieren que la adición de BIC al coque disminuye su calidad y desempeño en el alto-horno. Aunque el BIC no puede reemplazar completamente al coque en los altos hornos, en este estudio una mezcla con 5% BIC mostró la calidad suficiente para ser utilizada como reductor.