Estudo experimental de pirólise lenta de resíduo florestal em reator de  leito fixo

Com o rápido aumento na demanda e consumo de energia mundial, há o crescimento de problemas ambientais e de sustentabilidade, levando pesquisadores a buscar novas fontes de energia. Uma das soluções apresentadas é a utilização de biomassa como fonte de energia renovável substituta aos combustíveis fósseis convencionais. Resíduos florestais são uma matéria-prima presente em grande quantidade e estima-se que 12,4 milhões de toneladas desses resíduos serão usados para produção de energia anualmente a partir de 2022, equivalendo a 14% da produção de energia vinda de biomassa provida da madeira, constituída principalmente por sobras do corte, e como a maior parte da energia provida de biomassa vem da madeira ou resíduos de madeira, cerca de 64% normalmente vindos de sobras do corte de árvores e do processamento industrial. Para se ter melhor aproveitamento da biomassa, diversas tecnologias de conversão estão sendo desenvolvidas e entre elas a pirólise (processo de conversão termoquímica) tem se destacado por ser capaz de produzir biocombustíveis sólido (biochar), líquido (bio-óleo) e gasoso (gás pirolítico) por diferentes mecanismos de conversão. O objetivo geral deste projeto é realizar a pirólise de resíduos florestais por meio de processo convencional, avaliando o potencial energético do produto sólido obtido. Para a execução foram utilizadas amostras de resíduos do processo florestal da indústria Suzano de papel e celulose que utiliza o eucalipto como matéria prima. Para garantir a uniformidade da amostra durante todo o experimento, ela foi preparada passando por trituração, moagem e seleção por meio de peneiras padrão ASTM. Diferentes técnicas foram utilizadas para caracterização físico química da biomassa e do biochar (TG/DTG, PCS, PCI, FTIR, MEV, pH) determinando o potencial energético dos mesmos, e com os resultados obtidos, utilizou-se o método de resposta DCCR, comparando-se as respostas experimentais e as respostas esperadas encontradas pelo modelo, encontrando-se assim os pontos ótimos para cada resposta. Percebe-se que nenhuma condição utilizada conseguiu atingir os melhores resultados em todas as respostas analisadas (rendimento de biochar, carbono fixo, PCI e PCE) e nenhuma é a condição ideal para se obter as respostas ótimas. Para os propósitos desse estudo, o experimento 11 mostrou-se o melhor para as condições analisadas, pois tem maior aumento de PCI quando comparado com o material in natura e com PCE menor que um.

Resumo (inglês)

The fast increase in global energy demand and consumption, environmental and sustainability problems are growing, leading researchers to seek new sources of energy. One of the solutions presented is the use of biomass as a renewable energy source to replace conventional fossil fuels. Forest residues are a raw material present in large quantities and it is estimated that 12.4 million tons of these residues will be used for energy production annually starting in 2022, equivalent to 14% of the energy production coming from biomass provided by wood, consisting mainly of leftovers from cutting, and as most of the energy provided by biomass comes from wood or wood waste, about 64% usually coming from leftovers from tree cutting and industrial processing. In order to make better use of biomass, several conversion technologies are being developed and among them pyrolysis (thermochemical conversion process) has stood out for being able to produce solid (biochar), liquid (bio-oil) and gaseous (pyrolytic gas) biofuels by different conversion mechanisms. The general objective of this project is to perform the pyrolysis of forest residues by means of a conventional process, evaluating the energy potential of the solid product obtained. Samples of residues from the forest process of the Suzano pulp and paper industry that uses eucalyptus as raw material were used for the execution. In order to ensure the uniformity of the sample throughout the experiment, it was prepared by grinding, milling and selection by means of standard ASTM sieves. Different techniques were used for physical chemical characterization of biomass and biochar (TG/DTG, HHV, LHV, FTIR, SEM, pH) determining their energy potential, and with the results obtained, the DCCR response method was used, comparing the experimental responses and the expected responses found by the model, thus finding the optimal points for each response. It can be seen that no condition used was able to achieve the best results in all the responses analyzed (biochar yield, fixed carbon, LHV and PEC) and none is the ideal condition to obtain the optimal responses. For the purposes of this study, experiment 11 proved to be the best for the conditions analyzed, since it has a higher LHV increase when compared to fresh material and with PEC less than one.

Palavras-chave

Pirólise , Biomassa , Resíduos vegetais

Idioma

Português

Citação

WADA, Guilherme Yuji. Estudo experimental de pirólise lenta de resíduo florestal em reator de leito fixo. Orientadores: Fábio Roberto Vieira; Ivonete Ávila. 2019. 51 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2019.