Publicação: Valorização de biomassa residual da cana-de-açúcar através de processos termoquímicos
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Data
Orientador
Medina, Kelly Johana Dussán 
Coorientador
Pós-graduação
Biotecnologia - IQ
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
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.
Resumo (inglês)
The search for increased use of renewable biomass resources has increased as a way of reducing the impacts caused on the environment by the uncontrolled use of fuels and chemicals derived from petroleum. The use of lignocellulosic biomass has gained importance mainly in the energy sector. The use of sugarcane residues to produce steam, energy and obtain sugars of 5 and 6 carbons is part of the biorefinery concept, which aims at the total, sustainable and competitive use of biomass in a range of marketable products. In this aspect, the objective of this work was the valorization of sugarcane residues through thermochemical processes for the production of value-added bioproducts. The conversion processes investigated were direct combustion and pyrolysis. In the first part of the project, burning tests were carried out on a pilot combustion chamber and the emissions of particles generated from the combustion of the straw/bagasse mixture were quantified. The burning of biomass occurred in 4 ranges of air speeds observed in the chimney (4.19; 5.40; 6.85 and 8.21 m/s). The diluting effect was observed inside the duct when the fluid is at a higher speed, such behavior occurred throughout the particle collection diameter range; with a higher concentration of particulate matter (PM10) in the lowest speed range (4.19 m/s) and lower concentrations for the highest speed (8.21 m/s). The emission factors (EF) obtained in the tests are characteristic for the experimental combustion chamber used and the operational conditions, being in the range of 0.305 - 0.551 g of PM2.5/kg of biomass for the speeds of 4.19 m/s. In the second part of the project, slow pyrolysis reactions were performed in a laboratory-scale fixed bed reactor and the operating conditions were varied: peak temperature and heating rate, in the values of 450, 500 and 600 ºC and 10 and 20 ºC/min; respectively. It was possible to determine the yield of carbonized, bio-oil and non-condensable gases resulting from the process. The carbonized obtained was characterized in terms of immediate and elementary analysis. Yields on a dry basis ranged for carbonized from 21.75 to 36.80 % m/m, for bio-oil between 43.02 to m/m and for non-condensable gases between 20.17 to 28 , 46 % m/m. It was observed that for the same heating rate (10 ºC/min), the carbonized yield decreases and that of bio-oil increases with the increase in the peak temperature. The highest carbonized yield for bagasse was at a peak temperature of 450 ºC and a heating rate of 20 ºC/min ( ). The pyrolysis process allowed a biochar that meets European standards to be obtained, with a calorific value higher than the initial biomass, which varied between 25.37 MJ/kg and 27.93 MJ/kg. The combustion process proved to be an available technology for the transformation of chemical energy present in biomass into heat, however it results in the emission in high concentration of ultrafine particles, which are harmful to the environment and health. On the other hand, the pyrolysis process proved to be a process that can more widely explored on a large scale, to obtain various energy products, such as biochar, bio-oil and gases, which can be used in several ways.
Descrição
Palavras-chave
Processos termoquímicos, Pirólise, Combustão, Cana-de-açúcar
Idioma
Português
