Análise do comportamento e das emissões da combustão do bagaço de cana-de-açúcar torrificado

Abstract

O crescente reconhecimento da biomassa como uma importante fonte de energia renovável deslocou o foco da sua disponibilidade para o aprimoramento da eficiência de sua conversão e da viabilidade de sua aplicação em larga escala. Nesse contexto, compreender como os pré-tratamentos termoquímicos influenciam o comportamento da combustão é fundamental. No entanto, ainda são limitados os estudos que avaliam o desempenho da combustão de biomassas torrificadas e densificadas em condições representativas de aplicações práticas, em vez de se basearem exclusivamente em análises termogravimétricas. Este estudo investigou os efeitos combinados da torrefação e da briquetagem sobre as propriedades físico-químicas e o desempenho da combustão do bagaço de cana-de-açúcar. A torrefação foi realizada em diferentes temperaturas, seguida da densificação e de uma caracterização abrangente do material. Foram conduzidas análises termogravimétricas e ensaios de combustão em escala de bancada para avaliar o comportamento da combustão e seus indicadores de desempenho. Adicionalmente, foi realizada uma análise de correlação de Pearson para avaliar as relações entre as propriedades químicas e físicas. Os resultados mostraram que a torrefação promoveu um aumento progressivo da razão combustível (fuel ratio), indicando maior grau de carbonização; entretanto, esse aumento não se traduziu diretamente em melhor desempenho da combustão. Em contrapartida, o maior desempenho de combustão, indicado pelo índice de combustão, foi obtido sob condições de torrefação suave (200 – 220 °C). Além disso, as amostras submetidas às temperaturas mais elevadas de torrefação (240 – 260 °C) apresentaram menor integridade estrutural, resultando em uma combustão mais rápida, porém menos estável após a densificação. De modo geral, os resultados demonstram que o melhor desempenho da combustão de biomassas torrificadas e densificadas não é alcançado nas maiores temperaturas de torrefação, mas sim em uma faixa de condições na qual se mantém um equilíbrio entre o aprimoramento químico do combustível e a preservação de sua estrutura física.

The growing recognition of biomass as an important renewable energy source has shifted the focus from its availability to improving its conversion efficiency and enabling its large-scale application. In this context, understanding how thermochemical pretreatments influence combustion behavior is essential. However, studies evaluating the combustion performance of torrefied and densified biomass under conditions representative of practical applications, rather than relying exclusively on thermogravimetric analyses, remain limited. This study investigated the combined effects of torrefaction and briquetting on the physicochemical properties and combustion performance of sugarcane bagasse. Torrefaction was carried out at different temperatures, followed by densification and comprehensive material characterization. Thermogravimetric analyses and bench-scale combustion tests were performed to evaluate combustion behavior and performance indicators. In addition, Pearson correlation analysis was conducted to assess the relationships between the chemical and physical properties. The results showed that torrefaction progressively increased the fuel ratio, indicating a higher degree of carbonization; however, this increase did not directly translate into improved combustion performance. Instead, the highest combustion performance, as indicated by the combustion index, was achieved under mild torrefaction conditions (200 – 220 °C). Furthermore, samples torrefied at higher temperatures (240 – 260 °C) exhibited reduced structural integrity, resulting in faster but less stable combustion after densification. Overall, the findings demonstrate that the best combustion performance of torrefied and densified biomass is not achieved at the highest torrefaction temperatures, but rather within a temperature range in which a balance between the chemical upgrading of the fuel and the preservation of its physical structure is maintained.